(Đồ Án Hcmute) Nghiên Cứu, Ứng Dụng Công Nghệ Mbbr Xử Lý Nước Thải Trại Bò Sữa Bằng Giá Thể Mutag Biochip Kết Hợp Chế Phẩm Vi Sinh Microbe-Lift Ind Và Microbe-Lift N1.Pdf

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT Tp Hồ Chí Minh, tháng 08/2017 S K L 0 0 9 9 5 9 NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ MBBR XỬ LÝ NƯỚC THẢI TRẠI BÒ SỮA BẰNG GIÁ TH[.]

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

S K L 0 0 9 9 5 9

NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ MBBR XỬ LÝ NƯỚC THẢI TRẠI BÒ SỮA BẰNG GIÁ THỂ MUTAG BIOCHIP KẾT HỢP CHẾ PHẨM VI SINH MICROBE-LIFT

IND VÀ MICROBE-LIFT N1

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

GVHD: TS TRẦN THỊ KIM ANH SVTH: TRẦN LÊ DUY

TRẦN THỊ KIM ANH

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC & THỰC PHẨM Độc lập – Tự do – Hạnh Phúc

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Họ tên sinh viên: Trần Lê Duy MSSV: 13150013

Nguyễn Đoàn Thu Thủy MSSV: 13150078

I TÊN ĐỀ TÀI:

Nghiên cứu, ứng dụng công nghệ MBBR xử lý nước thải trại bò sữa bằng giá

thể Mutag Biochip kết hợp chế phẩm vi sinh Microbe-Lift IND và Microbe-Lift N1

Lĩnh vực:

Nghiên cứu  Thiết kế  Quản lý 

II NỘI DUNG VÀ NHIỆM VỤ:

 Phân tích, đánh giá đặc tính nước thải trại bò khu vực nghiên cứu

 Lập mô hình nghiên cứu, kế hoạch lấy mẫu, phân tích các thông số nước thải đầu và đầu ra của mô hình MBBR theo từng tải trọng

 Đánh giá hiệu quả xử lý của mô hình đối với tính chất nước thải đầu vào đã đề

ra

 Ứng dụng chế phẩm vi sinh vào mô hình, đánh giá hiệu quả đạt được sau xử lý

 Đề xuất phương án áp dụng công nghệ

III THỜI GIAN THỰC HIỆN: từ 9/2016 - 7/2017

IV CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS TRẦN THỊ KIM ANH

Đơn vị công tác: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM

Tp.HCM, ngày tháng năm

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN TRƯỞNG BỘ MÔN

LỜI CẢM ƠN

Thực hiện luận văn tốt nghiệp thật sự là một thách thức lớn trong quá trình học tập và công tác, thông qua đó giúp chúng em học được nhiều điều cả trên lý thuyết lẫn thực tiễn cuộc sống Để có được những trải nghiệm này, chúng em xin bày tỏ lòng biết

ơn chân thành đến cô Trần Thị Kim Anh đã đồng ý hướng dẫn luận văn này và chỉ dạy chúng em trong suốt thời gian nghiên cứu Với lòng biết ơn, chúng em xin chúc cô luôn dồi dào sức khỏe Nhóm chúng em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến tất cả các thầy giáo, cô giáo khoa Công nghệ Hóa học và Thực phẩm, bộ môn Công nghệ Kỹ thuật môi trường - trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM Trong suốt thời gian học tập và nghiên cứu tại trường, thầy cô đã tận tình giảng dạy, truyền đạt những tri thức quý báu giúp chúng em hoàn thành chương trình đào tạo và luận văn tốt nghiệp

Chúng em xin chân thành cảm ơn đến cô Lê Thị Bạch Huệ, cán bộ quản lý phòng thí nghiệm đã tạo điều kiện thuận lợi về không gian nghiên cứu, các kiến thức

đo chỉ tiêu mẫu nước cũng như các dụng cụ, thiết bị thí nghiệm cho nhóm chúng em trong suốt quá trình thực hiện đề tài Xin gửi lời cảm ơn đến gia đình em Nguyễn Hoàng Sơn đã tạo điều kiện tốt nhất về nơi lấy nước thải; chúng em xin gửi lời cảm ơn đến thầy Đặng Việt Hùng (giảng viên Đại học Bách Khoa TP.HCM), thầy Đặng Hoàng Thanh Sơn (Viện Tài nguyên và Môi trường), anh Nguyễn Tiến Bách (khóa 2004), anh Trần Tuấn Vũ, anh Nguyễn Văn Thanh, anh Nguyễn Văn Hiến (giám đốc công ty HUBICO), anh Nguyễn Minh Trí (giám đốc công ty Lamella) đã tư vấn, giải đáp thắc mắc cho chúng em về các kiến thức sinh học, nguồn nước thải, nguồn vật liệu Chúc mọi người có nhiều sức khỏe, thành công trong công việc và cuộc sống

Con xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến ba mẹ, người luôn âm thầm lặng lẽ

hỗ trợ, động viên cho con trong suốt thời gian qua Và cuối cùng, cảm ơn các bạn lớp Công nghê Kỹ thuật môi trường khóa 2013 đã giúp đỡ, đồng hành trong suốt bốn năm học Chúc mọi người luôn được bình an và hạnh phúc!

Trân trọng cảm ơn!

Tp.HCM, ngày 5 tháng 7 năm 2017

Trần Lê Duy Nguyễn Đoàn Thu Thủy

TÓM TẮT

Đến thời điểm hiện tại, một số chuyên gia trong ngành chăn nuôi đã đề nghị Nhà nước cần xác định và coi chăn nuôi bò sữa là ngành nông nghiệp công nghệ cao chứ không phải chăn nuôi thông thường Điều này đã thúc đẩy tích cực ngành chăn nuôi bò sữa có những bước phát triển tích cực, góp phần tăng trưởng kinh tế Bên cạnh đó, ngành chăn nuôi bò sữa cũng thải ra một lượng lớn nước thải gây ô nhiễm môi trường, đặc biệt đến sức khỏe con người và sinh vật Đây là một trong các loại nước thải có nồng độ ô nhiễm rất cao, đặc biệt là BOD, COD, SS, Nitơ, phospho và vi sinh vật gây bệnh… nên cần xây dựng một hệ thống xử lý nước thải trang trại có quy mô phù hợp

để khi xả vào nguồn nước sẽ không làm suy giảm nồng độ oxy hòa tan trong nước do

vi sinh vật sử dụng ôxy hòa tan để phân hủy các chất hữu cơ

Vì vậy, đề tài: “Nghiên cứu, ứng dụng công nghê MBBR xử lý nước thải trại bò sữa bằng giá thể Mutag Biochip kết hợp chế phẩm vi sinh MICROBE-LIFT IND và MICROBE-LIFT N1” đưa ra thêm lựa chọn cho việc nâng cấp hệ thống xử lý nước

thải hiện hữu trở nên đơn giản Mô hình MBBR bể hiếu khí kết hợp với bể thiếu khí qua kết quả nghiên cứu cho thấy thích hợp để xử lý nước thải cho trại bò sữa

Nghiên cứu này gồm 3 giai đoạn, ở giai đoạn 1 sử dụng giá thể Biocell K1- 6 cánh xuất xứ Việt Nam đòi hỏi cần nhiều thời gian thích nghi hơn, vì vậy chuyển sang sử dụng giá thể Mutag Biochip xuất xứ Đức tiếp tục giai đoạn thích nghi để vi sinh vật tiếp xúc và tạo màng sinh học trên giá thể Mutag Biochip; giai đoạn 2 là giai đoạn vận hành, khi vi sinh vật trong bùn hoạt tính đã phát triển ổn định, quen với nước thải trại

bò sữa sẽ được thí nghiệm qua các tải trọng 1,3,5; giai đoạn cuối cùng là ứng dụng

thêm chế phẩm vi sinh MICROBE-LIFT IND và MICROBE-LIFT N1 Kết quả đạt

được cuối cùng là pH dao động 5.22 ± 0.76, COD đạt 198.12 mg/l, TN đạt 125.14

mg/l đạt với tiêu chuẩn nước thải loại B QCVN 62-MT:2016/BTNMT nước thải chăn

nuôi

ABSTRACT

At present, some experts in the livestock sector have asked the State to identify and consider dairy farming as high tech agriculture rather than conventional farming The dairy industry has seen positive developments, contributing to economic growth In addition, dairy farming also emits a large amount of wastewater that pollutes the environment, particularly human and animal health This is one of the wastewater with very high concentrations of pollutants, especially BOD, COD, SS, nitrogen, phosphorus and pathogenic microorganisms Therefore, it is necessary to build a suitable scale of wastewater treatment system so that when discharged into the water source, it will not decrease the concentration of dissolved oxygen in the water as microorganisms use dissolved oxygen to dissolve substances organic

Therefore, the topic: "Research and application of MBBR technology for treating dairy farms using Mutag biochip, Microbe-Lift IND and Microbe-Lift N1"

Upgrading existing wastewater treatment systems becomes simple The aerobic MBBR model combined with an anaerobic tank showed that it is suitable for wastewater treatment in dairy farms

This study consists of four phases; in the early stages of using Biocell K1-6 chips originating in Vietnam, it took more time to adapt therefore, change to the use of German-based Mutag Biochip keep to adaptedfor microorganisms to contract and biofilm formation on Mutag Biochip; Stage 3 is the operating stage, when activated sludge microorganisms have grown steadily, accustomed to dairy cattle wastewater

will be tested through the load of 1,3,5; The final stage is the addition of

MICROBE-LIFT IND and MICROBE-MICROBE-LIFT N1 The final result was a pH of 5.22 ± 0.76, a

COD of 198.12 mg/l, a TN of 125.14 mg/l, consistent with discharge B standards

QCVN 62-MT: 2016/BTNMT

LỜI CAM ĐOAN

Chúng tôi là Trần Lê Duy, Nguyễn Đoàn Thu Thủy; sinh viên khóa 2013, chuyên ngành Công Nghệ Kỹ Thuật Môi Trường Chúng tôi xin cam đoan: đồ án tốt nghiệp này là công trình nghiên cứu khoa học thực sự của bản thân tôi, được thực hiện dưới sự hướng dẫn của TS Trần Thị Kim Anh

Các thông tin tham khảo trong đề tài này được thu thập từ những nguồn đáng tin cậy, đã được kiểm chứng, được công bố rộng rãi và được tôi trích dẫn nguồn gốc rõ ràng ở phần Danh mục tài liệu tham khảo Các kết quả nghiên cứu trong đồ án này

là do chính tôi thực hiện một cách nghiêm túc, trung thực và không trùng lặp với các đề tài khác

Chúng tôi xin được lấy danh dự và uy tín của bản thân để đảm bảo cho lời cam đoan này

TP.Hồ Chí Minh, ngày 5 tháng 7 năm 2017

Sinh viên thực hiện

Trần Lê Duy

Nguyễn Đoàn Thu Thủy

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

TÓM TẮT ii

ABSTRACT iii

LỜI CAM ĐOAN iv

DANH MỤC BẢNG viii

DANH MỤC HÌNH ix

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT xi

MỞ ĐẦU 1

1 ĐẶT VẤN ĐỀ 2

2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU 3

3 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 4

4 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 4

5 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 4

5.1 Phương pháp thu thập, tổng hợp, phân tích tài liệu 4

5.2 Phương pháp nghiên cứu mô hình thực nghiệm 4

5.3 Phương pháp phân tích thực nghiệm 4

5.4 Phương pháp tham khảo ý kiến 5

6 TÍNH MỚI VÀ Ý NGHĨA THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 5

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 6

1.1 TỔNG QUAN VỀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU 7

1.2 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI TRẠI BÒ SỮA 7

1.2.1 Khí thải 8

1.2.2 Nước thải 9

1.2.3 Chất thải rắn 11

1.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI TRẠI BÒ SỮA 11

1.3.1 Phương pháp xử lý cơ học 11

1.3.2 Phương pháp xử hóa lý học 12

1.3.3 Phương pháp xử lý sinh học 13 1.4 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ MBBR (MOVING BED BIOFILM

REACTOR) 15

1.4.1 Giới thiệu về công nghệ MBBR 15

1.4.2 Giá thể di động MBBR 18

1.4.3 Màng sinh học Biofilm 22

1.4.4 Những yếu tố ảnh hưởng đến quá trình xử lý bằng công nghệ MBBR 24

1.4.5 Những thuận lợi, hạn chế của công nghệ MBBR 26

1.4.6 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước 26

CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM 28

2.1 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 29

2.1.1 Nước thải trại bò sữa 29

2.1.2 Giá thể di động K1 – 6 cánh 30

2.1.3 Giá thể di động Mutag Biochip 32

2.1.4 Chế phẩm vi sinh 35

2.2 MÔ HÌNH NGHIÊN CỨU 38

2.2.1 Thiết kế mô hình 38

2.2.2 Kích thước của các bể 40

2.3 THÔNG SỐ KIỂM SOÁT 40

2.3.1 Kiểm soát lưu lượng 40

2.3.2 Kiểm soát các yếu tố khác 41

2.4 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 41

2.4.1 Giai đoạn 1: Thí nghiệm thích nghi trên giá thể 45

2.4.2 Giai đoạn 2: Thí nghiệm với 3 tải trọng khác nhau 45

2.4.3 Giai đoạn 3: Thí nghiệm với chế phẩm LIFT IND và MICROBE-LIFT N1 45

2.5 QUY TRÌNH LẤY MẪU VÀ PHÂN TÍCH 46

2.5.1 Lấy mẫu 46

2.5.2 Phương pháp phân tích mẫu 47

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 49

3.1 SỰ PHÁT TRIỂN CỦA LỚP MÀNG VI SINH TRÊN GIÁ THỂ DI ĐỘNG K1 - 6 CÁNH 50

3.1.1 Chỉ số pH 50

3.1.2 Chỉ số DO 51

3.1.3 Chỉ số MLSS bùn lơ lửng 51

3.1.4 Chỉ số COD 52

3.2 SỰ PHÁT TRIỂN CỦA LỚP MÀNG VI SINH TRÊN GIÁ THỂ DI ĐỘNG MUTAG BIOCHIP 53

3.2.1 Chỉ số pH 53

3.2.2 Chỉ số DO 54

3.2.3 Chỉ số MLSS giá thể và MLSS bùn lơ lửng 55

3.2.4 Hiệu quả xử lý COD 56

3.2.5 Hiệu quả xử lý N-NH4+ 57

3.3 KẾT QUẢ VẬN HÀNH THEO BA TẢI TRỌNG KHÁC NHAU TRÊN MÔ HÌNH MBBR VỚI GIÁ THỂ MUTAG BIOCHIP 58

3.3.1 Chỉ số pH 58

3.3.2 Chỉ số DO 59

3.3.3 Chỉ số MLSS giá thể và MLSS bùn lơ lửng 60

3.3.4 Hiệu quả xử lý COD 62

3.3.5 Hiệu quả xử lý N-NH4+, TKN 63

3.3.6 Sự chuyển hóa N-NO3- 64

3.4 Giai đoạn chế phẩm vi sinh 65

3.4.1 Chỉ số pH 65

3.4.2 Chỉ số DO 66

3.4.3 Chỉ số MLSS giá thể và MLSS bùn lơ lửng 66

3.4.4 Hiệu quả xử lý COD 68

3.4.5 Hiệu quả xử lý N-NH4+, TKN 69

3.4.6 Sự chuyển hóa N-NO3- 70

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 71

4.1 KẾT LUẬN 72

4.2 KIẾN NGHỊ 73

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 75

PHỤ LỤC 77

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Thông số kỹ thuật các loại giá thể vi sinh 19

Bảng 2.1 Thông số nước thải đầu vào 30

Bảng 2.2 Thông số kỹ thuật của giá thể K1 - 6 cánh 31

Bảng 2.3 Thông số kỹ thuật giá thể Mutag Biochip 33

Bảng 2.4 Thông số kiểm soát 41

Bảng 2.5 Thông số vận hành ở giai đoạn 1 43

Bảng 2.6 Thông số vận hành OLR = 1 kgCOD/m3.ngày 44

Bảng 2.7 Thông số vận hành OLR = 3 kgCOD/m3.ngày 44

Bảng 2.8 Thông số vận hành OLR = 5 kgCOD/m3.ngày 44

Bảng 2.9 Thông số vận hành thí nghiệm với chế phẩm vi sinh 46

Bảng 2.10 Tần suất lấy mẫu 46

Bảng 2.11 Phương pháp phân tích các chỉ tiêu 47

Bảng 4.1 So sánh các thông số với tiêu chuẩn 72

Bảng PL 1 KẾT QUẢ PHÂN TÍCH pH, DO 78

Bảng PL 2 KẾT QUẢ PHÂN TÍCH MLSS giá thể, MLSS bùn lơ lửng 83

Bảng PL 3 KẾT QUẢ PHÂN TÍCH COD 88

Bảng PL 4 KẾT QUẢ PHÂN TÍCH N-NH4+ 93

Bảng PL 5 KẾT QUẢ PHÂN TÍCH N-NO3- 97

Bảng PL 6 KẾT QUẢ PHÂN TÍCH TKN 101

Bảng PL 7 CHẾ PHẨM SINH HỌC 105

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Các loại giá thể phổ biến 19

Hình 1.2 Sự phát triển của lớp màng Biofilm 20

Hình 2.1 Quy trình giả lập nước thải 29

Hình 2.2 Giá thể MBBR hạt Kaldnes K1 – 6 cánh 31

Hình 2.3 Giá thể Mutag Biochip 32

Hình 2.4 Chế phẩm vi sinh MICROBE-LIFT IND 36

Hình 2.5 Chế phẩm vi sinh MICROBE-LIFT N1 37

Hình 2.6 Sơ đồ công nghệ mô hình MBBR 38

Hình 2.7 Sơ đồ bố trí mô hình 39

Hình 2.8 Kích thước bể Thiếu khí và bể Hiếu khí 40

Hình 2.9 Thí nghiệm với giá thể K1-6 cánh 41

Hình 2.10 Thí nghiệm với giá thể Mutag Biochip cùng chế phẩm vi sinh 42

Hình 2.11 Liều lượng đề xuất sử dụng chế phẩm 45

Hình 3.1 Diễn biến pH của K1-6 cánh trong giai đoạn thích nghi 50

Hình 3.2 Chỉ số DO trong giai đoạn thích nghi của giá thể K1 - 6 cánh 51

Hình 3.3 MLSS bùn lơ lửng trong giai đoạn thích nghi của giá thể K1-6 cánh 51

Hình 3.4 Diễn biến hiệu quả xử lý COD trong giai đoạn thích nghi của giá thể K1-6 cánh 52

Hình 3.5 Giá thể K1-6 cánh trước và sau 85 ngày thích nghi 53

Hình 3.6 Diễn biến pH trong giai đoạn thích nghi của giá thể Mutag Biochip 53

Hình 3.7 Chỉ số DO trong giai đoạn thích nghi của giá thể Mutag Biochip 54

Hình 3.8 Diễn biến sinh khối lớp màng vi sinh trên giá thể trong giai đoạn thích nghi của giá thể Mutag Biochip 55

Hình 3.9 Sự hình màng vi sinh trên giá thể Mutag Biochip trong bể thiếu khí 55

Hình 3.10 Sự hình thành màng vi sinh trên giá thể Mutag Biochip trong bể hiếu khí 55

Hình 3.11 MLSS bùn lơ lửng trong giai đoạn thích nghi của giá thể Mutag Biochip 56

Hình 3.12 Diễn biến hiệu quả xử lý COD trong giai đoạn thích nghi của giá thể Mutag Biochip 56

Hình 3.13 Diễn biến hiệu quả xử lý N-NH 4 + trong giai đoạn thích nghi của giá thể

Mutag Biochip 57

Hình 3.14 Diễn biến pH trong giai đoạn vận hành với 3 tải trọng 58

Hình 3.15 DO trong giai đoạn vận hành với 3 tải trọng 59

Hình 3.16 Diễn biến sinh khối lớp màng vi sinh trên giá thể trong giai đoạn vận hành với 3 tải trọng 60

Hình 3.17 MLSS bùn lơ lửng trong giai đoạn vận hành với 3 tải trọng 60

Hình 3.18 Màng vi sinh trên giá thể tại bể thiếu khí sau mỗi tải trọng 61

Hình 3.19 Màng vi sinh trên giá thể tại bể hiếu khí sau mỗi tải tải trọng 61

Hình 3.20 Diễn biến hiệu quả xử lý COD trong giai đoạn vận hành với 3 tải trọng 62

Hình 3.21 Diễn biến hiệu quả xử lý N-NH 4 + giai đoạn vận hành với 3 tải trọng 63

Hình 3.22 Diễn biến hiệu quả xử lý TKN giai đoạn vận hành với 3 tải trọng 63

Hình 3.23 Diễn biến chuyển hóa nitrat giai đoạn vận hành với 3 tải trọng 64

Hình 3.24 Diễn biến pH trong giai đoạn vận hành với chế phẩm vi sinh 65

Hình 3.25 DO trong giai đoạn vận hành với chế phẩm vi sinh 66

Hình 3.26 Bọt trắng nổi trên bề mặt bể phản ứng sau khi châm chế phẩm 66

Hình 3.27 Diễn biến sinh khối lớp màng vi sinh trên giá thể giai đoạn vận hành chế phẩm vi sinh 67

Hình 3.28 MLSS bùn lơ lửng trong giai đoạn vận hành với chế phẩm vi sinh 67

Hình 3.29 Màng vi sinh trên giá thể sau giai đoạn thí nghiệm với chế phẩm 68

Hình 3.30 Diễn biến hiệu quả xử lý COD trong giai đoạn vận hành với chế phẩm vi sinh 68

Hình 3.31 Diễn biến hiệu quả xử lý N-NH 4 + trong giai đoạn vận hành với chế phẩm vi sinh 69

Hình 3.32 Diễn biến hiệu quả xử lý TKN trong giai đoạn vận hành với chế phẩm vi sinh 69

Hình 3.33 Diễn biến chuyển hóa N-NO 3 - trong giai đoạn vận hành với chế phẩm vi sinh 70

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

COD Nhu cầu oxy hóa học (Chemical Oxygen Demand)

BOD5 Nhu cầu oxy sinh hóa 5 ngày (Biochemical Oxygen Demand 5 days)

DO Oxy hòa tan (Dissolved Oxygen)

F/M Tỉ số cơ chất/vi sinh (Food/ Microorganism)

HRT Thời gian lưu nước (Hydraulic Retention Time)

MLSS Hàm lượng chất rắn lơ lửng (Mixed Liquor Suspended Solids)

TN Tổng Nitơ (Total Nitrogen)

TKN Tổng Nitơ Kjenldahl (Total Kjeldahl Nitrogen)

OLR Tải trọng hữu cơ (Organic Loading Rate)

TP Tổng Photpho (Total Phosphorus)

MBBR Xử lý sinh học với giá thể lơ lửng (Moving Bed Biological Reactor) SRT Thời gian lưu bùn (Sludge Retention Time)

SS Chất rắn lơ lửng (Suspended Solid)

SVI Thể tích lắng của bùn (Sludge Volume Index)

TSS Tổng chất rắn lơ lửng (Total Suspended Solid)

QCVN Quy chuẩn Việt Nam

TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam

MỞ ĐẦU

Vì Từ năm 1986 đến 1999 phong trào chăn nuôi bò sữa tư nhân đã hình thành và tỏ ra

có hiệu quả Chăn nuôi bò sữa ở Việt Nam phát triển nhanh từ năm 2001 sau khi có Quyết định số 167/2001/QĐ-TTg ngày 26/10/2001 của Thủ tướng Chính phủ về một

số biện pháp và chính sách phát triển bò sữa ở Việt Nam giai đoạn 2001 - 2010 Tổng

số lượng bò sữa ở nước ta tăng từ 41.000 con năm 2001 lên đến 128.600 con năm

2010 và năm 2012 số lượng bò sữa nước ta là 167.000 con Bò sữa được nuôi chủ yếu tại vùng Đông Nam Bộ với số lượng khoảng 90.000 con, chiếm 53,71% tổng số lượng

bò sữa cả nước, trong đó Thành phố Hồ Chí Minh là nơi có số lượng bò sữa nhiều nhất Việt Nam với khoảng 1600 hộ chăn nuôi bò sữa Tính đến thời điểm 1/10/2015, tổng đàn bò sữa tại TP.Hồ Chí Minh đạt 101.134 con, trong đó đàn cái vắt sữa là 49.530 con, năng suất sữa bình quân đạt 5.657 kg/con/năm (16,07 kg/con/ngày) Bên cạnh việc nuôi bò sữa phát triển cũng kéo theo nhiều ảnh hưởng tiêu cực, tiêu biểu là việc sản sinh ra một lượng nước thải gây ô nhiễm môi trường trầm trọng

Mặt khác, do ảnh hưởng của quá trình đô thị hóa, diện tích đất nông nghiệp ngày càng thu hẹp thì việc gây ô nhiễm môi trường trong khu dân cư là việc không thể tránh khỏi Nước thải trại bò sữa là một trong các loại nước thải có nồng độ ô nhiễm rất cao, đặc biệt là BOD, COD, SS, Nitơ, Phospho và vi sinh vật gây bệnh… khi xả vào nguồn nước sẽ làm suy giảm nồng độ oxy hòa tan trong nước do vi sinh vật sử dụng ôxy hòa tan để phân hủy các chất hữu cơ Các chất rắn lơ lửng làm cho nước đục hoặc có màu,

nó hạn chế độ sâu tầng nước được ánh sáng chiếu xuống, gây ảnh hưởng tới quá trình quang hợp của tảo, rong rêu…Các chất dinh dưỡng (N,P) với nồng độ cao gây ra hiện tượng phú dưỡng nguồn nước, rong tảo phát triển làm suy giảm chất lượng nguồn nước Các vi sinh vật đặc biệt vi khuẩn gây bệnh và trứng giun sán trong nguồn nước

là nguồn ô nhiễm đặc biệt Con người trực tiếp sử dụng nguồn nước nhiễm bẩn hay qua các nhân tố lây bệnh sẽ truyền dẫn các bệnh dịch cho người như bệnh lỵ, thương hàn, bại liệt, nhiễm khuẩn đường tiết niệu, tiêu chảy cấp tính…

Do đó, việc xử lý nước thải cho trại bò sữa là vấn đề cấp thiết cần phải chú ý và quan tâm kỹ lưỡng Hiện nay, đã có nhiều phương pháp vật lý, hóa học và sinh học được áp dụng để xử lý nước thải chăn nuôi Tuy nhiên, phương pháp sinh học hiện đang là một giải pháp tối ưu cho việc xử lý triệt để hàm lượng nitơ, photpho trong nước thải Một số công trình sinh học được áp dụng hiện nay như: Mương ôxy hóa, hầm biogas, bể Anoxic, bể Aerotank, SBR, Hiện nay, ở Việt Nam nước thải chăn nuôi trại bò sữa chủ yếu được xử lý bằng phương pháp kỵ khí sử dụng hầm Biogas, đây là một phương pháp sinh học mang lại hiệu quả cao về kinh tế, khí Biogas sinh ra trong quá trình lên men, được thu hồi và sử dụng chạy máy phát điện Tuy nhiên, sau quá trình này các thành phần ô nhiễm vẫn còn ở mức khá cao Để xử lý nước thải một cách triệt để, đặc biệt là hàm lượng chất ô nhiễm hữu cơ, Nitơ, đã có nhiều giải pháp

kỹ thuật được triển khai nghiên cứu và ứng dụng, tùy theo quy mô, trong đó có công nghệ MBBR (Moving Bed Biofilm Reactor)

Công nghệ MBBR với quá trình màng sinh học kết hợp giá thể di động đã được phát triển ở Nauy vào những năm 1980 đã đạt được hiệu quả xử lý sinh học cao cơ bản dựa trên sự kết hợp của quá trình bùn hoạt tính và quá trình màng sinh học Việc cải tiến công nghệ MBBR bằng cách sử dụng giá thể Mutag Biochip nguồn gốc từ Đức với diện tích tiếp xúc cực cao 3000m2/m3 Bên cạnh sử dụng bùn hoạt tính từ hệ thống đang hoạt động, việc bổ sung thêm 2 loại chế phẩm vi sinh nguồn gốc từ Mỹ là

Microbe-Lift IND và Microbe-Lift N1 nhằm tăng một số lượng lớn vi sinh xử lý

vào bùn hoạt tính thúc đẩy quá trình làm sạch nước diễn ra nhanh hơn tiết kiệm được thời gian và chi phí

Từ những đặc điểm ưu việt nói trên, chúng em xác định tính cần thiết khi lựa chọn

đề tài: “Nghiên cứu, ứng dụng công nghệ MBBR xử lý nước thải trại bò sữa bằng giá thể Mutag Biochip kết hợp chế phẩm vi sinh MICROBE-LIFT IND và MICROBE-LIFT N1”

2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

Đánh giá hiệu quả xử lý của công nghệ MBBR với giá thể K1- 6 cánh, Mutag

Biochip

Đánh giá hiệu quả xử lý của công nghệ MBBR kết hợp chế phẩm vi sinh

MICROBE-LIFT IND và MICROBE-LIFT N1

3 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

 Đối tượng nghiên cứu: Nước thải giả lập theo thông số ô nhiễm của nước thải trại

bò sữa tại hộ chăn nuôi phường 11, quận Gò Vấp, TP HCM

 Phạm vi nghiên cứu: Thực nghiệm được tiến hành trên mô hình thí nghiệm đặt tại

phòng thí nghiệm Hóa phân tích, trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM, mô hình kết hợp bể Hiếu khí và bể Thiếu khí với giá thể lần lượt là K1-6 cánh, Mutag

Biochip; ứng dụng thêm chế phẩm vi sinh LIFT IND và

MICROBE-LIFT N1

4 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

Sử dụng mô hình thí nghiệm bao gồm: bể MBBR-Thiếu khí và bể MBBR-Hiếu khí kết hợp với nhau

Nghiên cứu gồm 3 giai đoạn:

 Giai đoạn 1: Chạy giai đoạn thích nghi với giá thể K1-6 cánh, OLR = 0.5 kgCOD/m3.ngày, từ 10/11/2016 đến 12/2/2017; với giá thể Mutag Biochip, OLR = 0.5 kgCOD/m3.ngày, từ 15/2/2017 đến 21/3/2017

 Giai đoạn 2: Chạy với 3 tải trọng khác nhau, OLR = 1 kgCOD/m3.ngày, OLR = 3 kgCOD/m3.ngày, OLR = 5 kgCOD/m3.ngày, từ 22/3/2017 đến 31/5/2017

 Giai đoạn 3: Chạy với tải trọng OLR = 5 kgCOD/m3.ngày, bổ sung chế phẩm vi

sinh MICROBE-LIFT IND và MICROBE-LIFT N1; từ 1/6/2017 đến 30/6/2017

5 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

5.1 Phương pháp thu thập, tổng hợp, phân tích tài liệu

Thu thập, tổng hợp các tài liệu, các nghiên cứu trong và ngoài nước về công nghệ

xử lý nước thải trại bò sữa nói chung và công nghệ MBBR nói riêng

5.2 Phương pháp nghiên cứu mô hình thực nghiệm

Tiến hành thiết kế và lắp đặt mô hình tại phòng thí nghiệm Hóa phân tích, trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật thành phố Hồ Chí Minh

- Thiết kế mô hình MBBR gồm: 1 bể hiếu khí và 1 bể thiếu khí

- Các dụng cụ và thiết bị phụ trợ cho mô hình: Xô chứa nước thải 25 lít và 4 bơm định lượng, 4 motor động cơ khuấy, 3 máy sục khí cỡ lớn và 1 máy sục khí cỡ nhỏ

5.3 Phương pháp phân tích thực nghiệm

Định kỳ lấy mẫu để phân tích hiệu quả của quá trình xử lý thông qua các chỉ tiêu

pH, DO, COD, BOD, N-NH4+, N-NO3-, TKN, MLSS bùn, MLSS giá thể

Các chỉ tiêu phân tích thí nghiệm trong đề tài nghiên cứu được thực hiện theo hướng dẫn của Các phương pháp thí nghiệm chuẩn của nước và nước thải quốc tế cùng với một số tiêu chuẩn của Việt Nam

5.4 Phương pháp tham khảo ý kiến

Để hoàn thiện nội dung nghiên cứu cần phải tham khảo ý kiến và sự hướng dẫn của giáo vin hướng dẫn và các thầy cô trong bộ môn, các kỹ sư môi trường từ các công ty

6 TÍNH MỚI VÀ Ý NGHĨA THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI

 Tính mới của đề tài: Hiện nay, nghiên cứu về hệ thống MBBR kết hợp chế phẩm

vi sinh để xử lý nước thải trại bò sữa chỉ ở bước đầu và đang hạn chế về số lượng Chính vì vậy, việc lựa chọn hướng nghiên cứu của đề tài là hoàn toàn mới và hợp

lý

 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài: Dựa vào những ưu điểm vượt bậc của công nghệ

MBBR so với các công nghệ xử lý sinh học khác, sử dụng giá thể di động xuất xứ

từ Đức, kết hợp cùng chế phẩm vi sinh nguồn gốc ở Mỹ, mô hình này là sự kết hợp mới cho nhà đầu tư lựa chọn để xử lý nước thải trong nhiều lĩnh vực

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

1.1 TỔNG QUAN VỀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU

Nước thải trại bò sữa được giả lập dựa trên thông số nước thải lấy từ hầm chứa tại

hộ chăn nuôi bò sữa đường Cây Trâm, phường 11, quận Gò Vấp, TP.HCM

1.2 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI TRẠI BÒ SỮA

Nguồn phát sinh chủ yếu của những trang trại chăn nuôi bò sữa chủ yếu đến từ các quá trình vệ sinh dọn dẹp chuồng trại và bài tiết của động vật nuôi gồm phân, nước tiểu Lượng phân này cũng theo nước thải về hệ thống xử lý nước thải

Thành phần nước thải chăn nuôi bò hầu hết là các chất hữu cơ, vô cơ, vi sinh vật tồn tại ở dạng hòa tan, phân tán nhỏ hoặc có kích thước lớn Đặc trưng chủ yếu của nước thải chăn nuôi bò là: ô nhiễm hữu cơ, ô nhiễm N, P và có chứa nhiều loại vi trùng, vi khuẩn gây bênh Những chất hữu cơ chưa được gia súc đông hóa, hấp thụ sẽ bài tiết ra ngoài theo phân và nước tiểu cùng các sản phẩm trao đổi chất khác

Ngoài ra, trong thành phần nước thải chăn nuôi bò còn chứa thức ăn dư thừa đây là một nguồn ô nhiễm hữu cơ Trong nước thải chăn nuôi, hợp chất hữu cơ chiếm 70-80% gồm protid, acid amin, lipit, carbonhydrat và các dẫn xuất của chúng Chất vô cơ chiếm phần còn lại gồm: cát, đất, ure, aminoum, muối clorua, sulfat…

 Các loại chất thải phát sinh

Trang trại chăn nuôi bò sữa trong quá trình hoạt động thải ra ngoài môi trường phân, nước tiểu và thức ăn thừa Các chất này đóng vai trò rất lớn trong quá trình gây ô nhiễm môi trường chăn nuôi Bản thân các chất thải ra trong quá trình chăn nuôi này chưa nhiều nhân tố độc hại những có thể quy ra 3 nhóm chính:

Trung bình một con bò thải 3.5-7 kg phân và 50-100 lít nước thải trong một ngày Trong chất thải chăn nuôi bò có nhiều chất gây ô nhiễm môi trường Các nhà khoa học đã phân chia các chất ô nhiễm trong chất thải chăn nuôi thành các loại: các chất

hữu cơ dễ bị phân hủy sinh học, các chất hữu cơ bền vững, các chất vô cơ, các chất có mùi, các chất rắn, các loại mầm bệnh Các chất ô nhiễm này có thể tồn tại cả trong khí thải, nước thải, chất thải rắn

 Các chất khí ô nhiễm

CO2 là loại khí không màu, không mùi vị, nặng hơn không khí (1.98 g/l) Nó được sinh ra trong quá trình thở và các quá trình phân huỷ của vi sinh vật Nồng độ cao sẽ ảnh hưởng xấu đến sự trao đổi chất, trạng thái chung của cơ thể cũng như khả năng sản xuất và sức chống đỡ bệnh tật do làm giảm lượng oxy tồn tại Nồng độ CO2 sẽ tăng lên

do kết quả phân giải phân động vật và do quá trình hô hấp bình thường của động vật trong một không gian kín Vì vậy trong các chuồng nuôi có mật độ cao và thông khí kém, hàm lượng cacbonic tăng cao có thể vượt quá tiêu chuẩn và trở nên rất có hại đối với cơ thể vật nuôi

H2S là loại khí độc tiềm tàng trong các chuồng chăn nuôi gia súc Nó được sinh ra

do vi sinh vật yếm khí phân hủy protein và các vật chất hữu cơ có chứa Sunfua khác Khí thải H2S sinh ra được giữ lại trong chất lỏng của nơi lưu giữ phân Khí H2S có mùi rất khó chịu và gây độc thậm chí ở nồng độ thấp Súc vật bị trúng độc H2S chủ yếu do

bộ máy hô hấp hít vào, H2S tiếp xúc với niêm mạc ẩm ướt, hoá hợp với chất kiềm trong cơ thể sinh ra Na2S Niêm mạc hấp thu Na2S vào máu, Na2S bị thuỷ phân giải phóng ra H2S sẽ kích thích hệ thống thần kinh, làm tê liệt trung khu hô hấp và vận mạch Ở nồng độ cao H2S gây viêm phổi cấp tính kèm theo thuỷ thũng Không khí

chứa trên 1mg/l H2S sẽ làm cho con vật bị chết ở trạng thái đột ngột, liệt trung khu hô hấp và vận mạch Đã có vụ ngộ độc đối với công nhân chăn nuôi do hít phải H2S ở nồng độ cao trong các chuồng chăn nuôi Người ta có thể xác định được mùi H2S ở nồng độ rất thấp (0.025ppm) trong không khí chuồng nuôi

NH3 là một chất khí không màu, có mùi khó chịu, ngưỡng giới hạn tiếp nhận mùi là 37mg/m3, tỉ trọng so với không khí là 0.59 Nó có mùi rất cay và có thể phát hiện ở nồng độ 5 ppm Vào mùa đông tốc độ thông gió chậm hơn thì có thể vượt 50 ppm và

có thể lên đến 100 – 200 ppm Hàm lượng amoniac trong các cơ sở chăn nuôi phụ thuộc vào số lượng chất thải, chất hữu cơ tích tụ lại trong các lớp độn chuồng, tức là phụ thuộc vào mật độ nuôi gia súc, gia cầm, độ ẩm, nhiệt độ của không khí và của lớp độn chuồng, nguyên liệu và độ xốp của lớp độn chuồng Thường thì khu vực bẩn chứa nhiều NH3 hơn khu vực sạch Nồng độ của NH3 được phát hiện trong các trại chăn nuôi thường < 100 ppm

CO là một chất khí có hại trong không khí chuồng nuôi Trong không khí bình thường CO ở nồng độ là 0.02 ppm, trong các đường phố là 13 ppm và ở những nơi có mật độ giao thông cao có thể lên đến 40 ppm Loại khí này gây độc cho vật nuôi và con người do cạnh tranh với Oxy (O2) kết nối với sắt trong hồng cầu Ái lực liên kết này cao hơn 250 lần so với O2 do đó nó đã đẩy oxy ra khỏi vị trí của nó Khí CO kết hợp với sắt của hồng cầu tạo thành khí carboxy hemoglobin làm cho O2 không dược đưa tới mô bào gây nên tình trạng thiếu oxy trong hô hấp tế bào Nồng độ CO cao tới

250 ppm trong các khu chăn nuôi bò sinh sản có thể làm tăng số lượng bò con đẻ non,

bò con đẻ ra bị chết nhưng xét nghiệm bệnh lý cho thấy không có liên quan tới các bệnh truyền nhiễm

CH4 chất khí này được thải ra theo phân do vi sinh vật phân giải nguồn dinh dưỡng gồm các chất xơ và bột đường trong quán trình tiêu hoá Loại khí này không độc nhưng nhưng nó cũng góp phần làm ảnh hưởng tới vật nuôi do chiếm chỗ trong không khí làm giảm lượng oxy Ở điều kiện khí quyển bình thường, nếu khí CH4 chiếm 87-90% thể tích không khí sẽ gây ra hiện tượng khó thở ở vật nuôi và có thể dẫn đến tình trạng hôn mê Nhưng quan trọng hơn là nếu hàm hượng khí metan chỉ chiếm 10-15% thể tích không khí có thể gây nổ, đây là mối nguy hiểm chính của khí metan

1.2.2 Nước thải

Nước thải phát sinh từ trang trại chăn nuôi do làm vệ sinh chuồng trại, máng ăn,

máng uống, nước tắm rửa cho gia súc hàng ngày, nước tiểu do gia súc bài tiết ra môi trường Thành phần nước thải chăn nuôi biến động rất lớn phụ thuộc vào quy mô chăn nuôi, phương pháp vệ sinh, kiểu chuồng trại và chất lượng nước vệ sinh chuồng trại Trong nước thải, nước chiếm 75 – 95%, phần còn lại là các chất hữu cơ, vô cơ và mầm bệnh Các chất hữu cơ dễ bị phân huỷ sinh học Gồm các chất như: Cacbonhydrat, protein, chất béo Đây là chất gây ô nhiễm chủ yếu của nước thải khu dân cư, công nghiệp chế biến thực phẩm, lò mổ Chất hữu cơ tiêu thụ ôxy rất mạnh, gây hiện tượng giảm ôxy trong nguồn tiếp nhận dẫn đến suy thoái và giảm chất lượng nguồn nước

 Các chất rắn tổng số trong nước

Bao gồm chất rắn lơ lửng và chất rắn hoà tan, chất rắn bay hơi và chất rắn không bay hơi do các chất keo protein, hydratcacbon, chất béo có trong nước thải hoặc được tạo ra khi gặp điều kiện như: pH, nhiệt độ, độ cứng thích hợp Lượng chất rắn lơ lửng cao trong nước gây cản trở quá trính xử lý chất thải Chất rắn lơ lửng trong nước thải chăn nuôi chủ yếu là cặn phân vật nuôi trong quá trình vệ sinh chuồng trại, trong phân

có Nitrogen, phốt phát và nhiều vi sinh vật Phần lớn N trong phân ở dạng Amonium (NH4+) và hợp chất nitơ hữu cơ Nếu không được xử lý thì một lượng lớn Amonium sẽ

đi vào không khí ở dạng Amonia (NH3) Nitrat và vi sinh vật theo nước thải ra ngoài môi trường có thể nhiễm vào nguồn nước ngầm và làm đất bị ô nhiễm

 Các chất hữu cơ bền vững

Bao gồm các hợp chất Hydrocacbon, vòng thơm, hợp chất đa vòng, hợp chất có chứa Clo hữu cơ trong các loại hoá chẩt tiêu độc khử trùng như DDT, Lindan các chất hoá học này có khả năng tồn lưu trong tự nhiên lâu dài và tích lũy trong cơ thể các loại sinh vật Các chất vô cơ Bao gồm các chất như Amonia, ion PO43-, K+, SO42-,Cl-, Kali trong phân là chất lỏng tồn tại như một loại muối hoà tan, phần lớn là từ nước tiểu gia súc bài tiểt ra khoảng 90% Kali trong thức ăn cũng được gia súc bài tiết ra ngoài Ion SO42- được tạo ra do sự phân huỷ các hợp chất chứa lưu huỳnh trong điều kiện hiếu khí hoặc yếm khí

Clorua là chất vô cơ có nhiều trong nước thải, nồng độ Clorua vượt quá mức 350 mg/l sẽ gây ô nhiễm đất, nước ngầm và nước bề mặt

 Các yếu tố vi sinh vật

Trong nước thải có chứa một tập đoàn khá rộng các vi sinh vật có lợi và có hại, trong đó có nhiều loại trứng ký sinh trùng, vi trùng và virus gây bệnh như: E.coli, Salmonella, Shigella, Proteus, Arizona Bình thường, các vi sinh vật này sống cộng sinh với nhau trong đường tiêu hoá nên có sự cần bằng sinh thái Khi xuất hiện tình trạng bệnh lý thì sự cân bằng đó bị phá vỡ, chẳng hạn như gia súc bị ỉa chảy thì số lượng vi khuẩn gây bệnh sẽ nhiều hơn và lấn áp tập đoàn vi khuẩn có lợi

Trong những trường hợp vật nuôi mắc các bệnh truyền nhiễm khác thì sự đào thải

vi trùng gây bệnh trong chất thải trở nên nguy hiểm cho môi trường và cho các vật nuôi khác

1.2.3 Chất thải rắn

Chất thải rắn từ hoạt động chăn nuôi bao gồm phân, rác, chất độn chuồng, thức ăn

dư thừa, xác gia súc chết hàng ngày Tỷ lệ các chất hữu cơ, vô cơ, vi sinh vật trong chất thải phụ thuộc vào khẩu phần ăn, giống, loài gia súc và cách dọn vệ sinh

Trong chất thải rắn chứa: nước 56 - 83%, chất hữu cơ 1 - 26%, Nitơ 0.32 – 1.6%,

P 0.25 – 1.4%, K 0.15 – 0.95% và nhiều loại vi khuẩn, virus, trứng giun sán gây bệnh cho người và động vật Các thành phần trong chất thải rắn có thể khác nhau và tỷ lệ các thành phần này cũng khác nhau tuỳ từng loại gia súc, gia cầm Ngoài một số thành phần như ở trên thì trong chất thải rắn còn chứa một số vi sinh vật gây bệnh cho người và động vật

1.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI TRẠI BÒ SỮA

1.3.1 Phương pháp xử lý cơ học

Mục đích là tách chất rắn, cặn, phân ra khỏi hỗn hợp nước thải bằng cách thu gom, phân riêng Có thể dùng song chắn rác, bể lắng sơ bộ để loại bỏ cặn thô, dễ lắng tạo kiều kiện thuận lợi và giảm khối tích của công trình xử lý tiếp theo Ngoài ra còn

có thể dùng phương pháp ly tâm hoặc lọc Hàm lượng cặn lơ lửng trong nước thải chăn nuôi khá lớn (khoảng vài ngàn mg/l ) và dễ lắng nên có thể lắng sơ bộ trước rồi sang các công trình xử lý phía sau

Sau khi tách, nước thải được đưa ra công trình phía sau, còn phần chất rắn được đem đi ủ để làm phân bón

1.3.2 Phương pháp xử hóa lý học

1.3.2.1 Keo tụ - tạo bông

Nước thải chăn nuôi còn chứa nhiều chất hữu cơ, chất vô cơ dạng hạt có kích thước nhỏ, khó lắng, khó để tách ra bằng phương pháp cơ học thông thường vì tốn nhiều thời gian nhưng hiệu quả không cao Ta có thể áp dụng phương pháp keo tụ để loại bỏ chúng Các chất kẹo tụ thường sử dụng phèn nhôm, phèn sắt, phèn bùn,…kết hợp với polymer trợ keo tụ để tăng quá trình keo tụ

Nguyên tắc của phương pháp này là: cho vào nước thải các hạt keo tụ mang điện tích trái dấu với các hạt lơ lửng của nước thải (các hạt có nguồn gốc silic và các chất hữu cơ có trong nước thải mang điện tích âm, các hạt nhôm hidroxid sắt hidroxi được đưa vào mang điện tích dương) Khi đó điện động của nước bị phá vỡ, các hạt mang điện tích trái dấu này sẽ liên kết lại thành các bông cặn có kích thước lớn và dễ lắng hơn

1.3.2.2 Tuyển nổi

Mục đích của việc tuyển nổi là để tách các hợp chất không tan, hoặc tan có khả năng lắng kém nhưng có thể kết dính vào các bọt khí nổi lên, hoặc các chất lỏng có trọng lượng nhỏ hơn tỷ trọng của chất lỏng làm nền, trong nước thải chăn nuôi, tuyển nổi được áp dụng nhằm tách các chất rắn có kích thước nhỏ, lắng kém

Các loại bể tuyển nổi thường gặp:

- Tuyển nổi phân tán không khí bằng thiết bị cơ học (tuabin hướng trục) được sử dụng rộng rãi trong lực vực khai khoáng cũng như trong lĩnh vực xử lý nước thải, các thiết

bị kiểu này cho phép tạo bọt khí khá nhỏ

- Tuyển nổi phân tán không khí bằng mấy bơm khí nén: qua các vòi phun (xử lý nước thải chưa có tạp chất dễ ăn mòn vật liệu

- Tuyển nổi với tách không khai với nước (tuyển nổi chân không, tuyển nổi không

áp, tuyển nổi có áp hoặc bơm hỗn hợp khí chế tạo các thiết bị cơ giới với các chi tiết chuyển động), qua các tấm xốp… nước): được sử dụng rộng rãi với nước thải chứa chất bẩn kích thước nhỏ vì nó cho phép tạo bọt khí rất nhỏ

- Tuyển nổi điện, tuyển nổi sinh học, tuyển nổi hóa học

1.3.2.3 Khử trùng

Mục đích của việc khử trùng nhằm loại bỏ các vi sinh vật có khả năng gây ảnh

hưởng đến môi trường tiếp nhận và sức khỏe con người

 Một số phương pháp và hóa chất khử trùng thường gặp:

Phương pháp Clo hóa: là phương pháp được áp dụng phổ biến hiện nay Clo cho

vào nước thải dưới dạng hơi hoặc clorua với nước thải sau xử lý cơ học, 5 g/m3

sau xử

lý sinh học hoàn toàn Clo phải được trộn đều với nước và để cho một đơn vị thể tích nước thải là: 10g/m3 đối hóa chất đảm bảo hiệu quả khử trùng, thời gian tiếp xúc giữa nước với vôi Lượng clo hoạt tính cần thiết là 30 phút trước khi thải ra nguồn hệ thống Clo hóa nước thải Clo hơi bao gồm thiết bị Clorato, máng trộn và bể tiếp xúc Clorato phục vụ cho mục đích chuyển Clo hơi thành dung dịch Clo trước khi hòa trộng với nước thải và được chia thành 2 nhóm: nhóm chân không và nhóm áp lực clo hơi được vân chuyển về trạm xử lý nước thải dạng hơi nén trong banlon chịu áp Trong trạm xử

lý cần phải có kho cất giữ các banlon này Phương pháp dùng Clo hơi ít được dùng phổ biến

Phương pháp Ozon hóa: Ozon tác động mạnh mẽ với các chất khoáng và chất

hữu cơ, oxy hóa bằng ozon cho phép đồng thời khử màu, khử mùi, tiệt trùng của nước bằng Ozon hóa có thể xử lý phenol, sản phẩm dầu mỏ, H2S, các hợp chất asen, thuốc nhộm…Sau quá trình Ozon hóa số lượng vi khuẩn bị tiêu diệt đến 99% Ngoài ra Ozon còn oxy hóa các hợp chất Nitơ, Photpho…Nhược điểm chính của phương pháp này là giá thành cao và thường được ứng dụng rộng rãi trong xử lý nước cấp

1.3.3 Phương pháp xử lý sinh học

Phương pháp này dựa trên sự hoạt động của các vi sinh vật có khả năng phân hủy chất hữu cơ Các vi sinh vật sử dụng các chất hữu cơ và một số chất khoáng làm nguồn dinh dưỡng và tạo năng lượng Tùy theo nhóm vi sinh vật sử dụng là hiếu khí hay kỵ khí mà người ta thiết kế khác nhau Và tùy theo khả năng về tài chính, diện tích đất mà người ta sử dụng hồ sinh học hoặc xây dựng bể nhân tạo để xử lý

Mục đích của xử lý sinh học là lên men phân hủy các chất hữu cơ nhờ hoạt động của vi sinh vật hiếu khí hoặc kỵ khí Sản phẩm cuối cùng là là chất khí (CO2, N2, CH4,

H2S), các chất vô cơ và tế bào mới Phương pháp này khi áp dụng sẽ cho hiệu quả kinh

tế cao, rẻ tiền và tận dụng được các sản phẩm phụ làm phân bón (bùn hoạt tính) hoặc tái sử dụng năng lượng

1.3.3.1 Phương pháp xử lý hiếu khí

Sử dụng nhóm vi sinh vật hiếu khí, hoạt động trong điều kiện có oxy Quá trình xử

lý nước thải bằng phương pháp hiếu khí gồm 3 giai đoạn:

Oxy hóa các chất hữu cơ :

CxHyOz + O2 enzyme CO2 + H2O + ΔH Tổng hợp tế bào mới

CxHyOz + O2 enzyme tế bào vi khuẩn ( C5H7O2N) + CO2 + H2O ± ΔH Phân hủy nội bào :

C5H7O2N + O2 enzyme 5CO2 + 2H2O +NH3 ± ΔH

1.3.3.2 Phương pháp xử lý kỵ khí

Sử dụng vi sinh vật kỵ khí, hoạt động trong điều kiện yếm khí không hoặc có lượng

O2 hòa tan trong môi trường rất thấp, để dễ phân hủy chất các hữu cơ

Bốn giai đoạn xảy ra đồng thời trong quá trình phân hủy kỵ khí :

a Thủy phân: trong giai đoạn này, dưới tác động của enzyme do vi khuẩn tiết ra,

các phức chất và các chất không hòa tan (như polysacchride, protein, lipid) chuyển hóa thành các phức chất đơn giản hơn hoặc hòa tan (như đường, các acid amin, acid béo)

b Acid hóa: trong giai đoạn này : vi khuẩn lên men chuyển hóa các chất hòa tan

thành các chất đơn giản như acid béo dễ bay hơi, rượu, acid lactic, methamol, CO2, H2,

NH3, H2S và sinh khối mới

c Acetic hóa: vi khuẩn acetic chuyển hóa các sản phẩm của giai đoạn acid hóa

hành acetat , CO2, H2 và sinh khối mới

d Methane hóa: đây là giai đoạn cuối cùng của quá trình phân hủy kỵ khí Acid

axetic, H2, CO2, acid formic và methanol, chuyển hóa thành methane, CO2 và sinh khối mới

1.3.3.3 Các hệ thống xử lý tự nhiên bằng phương pháp sinh học

 Hồ sinh học

Người ta có thể ứng dụng các quy trình tự nhiên trong các ao, hồ để xử lý nước thải Trong các hồ, hoạt động của các vi sinh vật hiếu khí, kỵ khí, quá trình cộng sinh của vi khuẩn và tảo là quá trình sinh học chủ đạo Các quá trình lý học, hóa học bao gồm các hiện tượng pha loãng, lắng, hấp phụ, kết tủa, các phản ứng hóa học cũng diễn ra tại đây Việc sử dụng ao hồ để xử lý nước thải có ưu điểm là ít vốn đầu tư cho quá trình xây dựng, đơn giản trong vận hành và bảo trì Tuy nhiên, do các cơ chế diễn

ra với tốc độ tự nhiên do đó đòi hỏi diện tích rất lớn Hồ sinh học chỉ thích hợp với nước thải có mức độ ô nhiễm thấp Hiệu quả xử lý phụ thuộc vào sự phát triển của vi

khuẩn hiếu khí, kỵ khí, tùy nghi, cộng với sự phát triển của các loại vi nấm, rêu, tảo và một số động vật khác

Hồ sinh học có thể phân loại như sau:

 Hồ hiếu khí với làm thoáng tự nhiên

 Hồ hiếu khí với làm thoáng nhân tạo

Ở cánh đồng tưới không được trồng rau xanh và cây thực phẩm vì vi khuẩn, virus gây bệnh trong nước thải chưa được loại bỏ có thể gây hại cho sức khỏe của con người

xử dụng các loại thực phẩm này

 Xả thải vào ao, hồ, sông suối:

Nước thải được xả vào nơi chứa nước có sẵn trong tự nhiên để pha loãng chúng và tận dụng khả năng tự làm sạch của nguồn Đối với nước thải chăn nuôi heo, biện pháp này không được áp dụng vì nó gây mùi hôi thối rất nghiêm trọng và giết chết các loài thủy sinh vật sống trong nước Mặc dù vậy ở nước ta, phần lớn nước thải chăn nuôi thường xả vào các hệ thống sông, hồ gần khu vực chăn nuôi sau khi xử lý bằng những biện pháp thô sơ như hầm biogas, hồ lắng

1.4 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ MBBR (MOVING BED BIOFILM REACTOR)

1.4.1 Giới thiệu về công nghệ MBBR

Moving Bed Biofilm Reactor (MBBR) là một công nghệ xử lý nước thải được phát minh bởi giáo sư Hallvard tại trường Đại học Norwengian (Nauy) vào cuối thập niên

1980 MBBR là một dạng của quá trình xử lý nước thải bằng bùn hoạt tính thông qua lớp màng sinh học - Biofilm Trong quá trình MBBR, lớp màng Biofilm phát triển trên giá thể lơ lửng trong chất lỏng của bể phản ứng

Hệ thống MBBR bao gồm một bể vi sinh hiếu khí Aerotank (tương tự như một bể bùn vi sinh hoạt tính) với một giá thể nhựa đặc biệt cung cấp bề mặt để các vi sinh có thể sinh trưởng trên đó Giá thể vi sinh này được tạo ra từ vật liệu có khối lượng riêng gần tương đương với khối lượng riêng của nước (1g/cm3) Chẳng hạn như nhựa high-density polyetylen (HDPE) có trọng lượng riêng vào khoảng 0.95g/cm3 Các giá thể này sẽ được trộn đều trong bể bằng hệ thống sục khí và vì vậy vi sinh bám dính trên bề mặt giá thể được tiếp xúc với nước thải vào tốt hơn Để ngăn cho các giá thể nhựa này

đi ra khỏi bể MBBR thì chúng ta cần phải có một lưới chắn trên đầu ra của bể MBBR Công nghệ MBBR được xếp vào một trong những công nghệ màng vi sinh bám dính Các công nghệ truyền thống như Lọc nhỏ giọt (Trickling filter), Bể tiếp xúc sinh học xoay (Rotating Biological Contactor - RBC) và Bể lọc sinh học (Biological Aerated Filter - BAF) MBBR có thể áp dụng để xử lý nước thải công nghiệp lẫn nước thải đô thị, giải pháp công nghệ này giúp nâng cao công suất và hiệu quả của các hệ thống xử lý nước thải hiện tại, giúp giảm thiểu diện tích sử dụng một cách tối đa Công nghệ xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học MBBR còn giúp đạt được hiệu quả kinh tế rất cao nhờ việc giảm chi phí vận hành cũng như chí phí xử lý bùn thải và chi phí điện năng tiêu thụ Quy trình công nghệ áp dụng giá thể vi sinh MBBR được sử dụng để loại bỏ các chất hữu cơ (BOD), Nitơ, Photpho Hệ thống MBBR về

cơ bản giống hệ thống bùn hoạt tính lơ lửng Aerotank do đó bùn lở lửng cũng cần được loại bỏ ra khỏi nước Những giá thể lơ lửng này có diện tích bề mặt tiếp xúc rất lớn giúp tối ưu sự tiếp xúc giữa nước, không khí và vi sinh Vi sinh hay bùn hoạt tính phát triển trên bề mặt của giá thể Vi sinh giúp phân giải các chất hữu cơ có từ nước thải Hệ thống sục khí giúp giá thể chuyển động bên trong bể MBBR không ngừng Các vi sinh còn non và trẻ thường bám chặt với giá thể, chỉ một phần nhỏ các vi sinh già tách ra khỏi giá thể sẽ đi cùng với nước thải qua thiết bị phân tách phía sau Quy trình MBBR có thể được sử dụng cho những ứng dụng khác nhau để duy trì kết quả mong ước, phụ thuộc trên quy định chất lượng xả thải cũng như tính chất nước thải

đầu vào (Nguồn: MBBR toàn tập, sưu tầm và biên soạn bởi Nguyễn Văn Thanh)

 Đối với các hệ thống xử lý nước thải hiện có áp dụng công nghệ Aerotank truyền thống mong muốn nâng công suất lên thì hoàn toàn có thể thực hiện mà không cần phải mở rộng hay xây thêm bể mới

 Nhờ công nghệ MBBR sử dụng các giá thể vi sinh lơ lửng nên mật độ vi sinh non

và trẻ trong bể cao hơn gấp 2-4 lần (tùy loại giá thể) bể Aerotank truyền thống Do

đó tải trọng BOD (thức ăn) trong bể MBBR sử dụng giá thể vi sinh lơ lửng cao gấp 2-4 lần bể Aerotank truyền thống

 Thời gian lưu trong bể MBBR cũng được giảm xuống còn 3-5 tiếng (so cới 7-9 tiếng của bể Aerotak truyền thống), nhờ vậy khi nâng công suất hệ thống xử lý nước thải lên gấp đôi thì thời gian lưu vẫn đảm bảo mà không cần xây thêm bể

2 Cải thiện hiệu quả của hệ thống xử lý nước thải

Như đã nói ở trên thì bể áp dụng công nghệ MBBR có thể chịu tải trọng BOD cao hơn bể Aerotank truyền thống cho nên khi hệ thống hiện hữu bị quá tải và hiệu quả xử

lý không đạt tiêu chuẩn xả thải thì ta chỉ việc đổ giá thể vi sinh lơ lửng MBBR vào bể Aerotank truyền thống, như vậy ta có thể xử lý hết lượng chất bẩn (BOD) và đầu ra đạt yêu cầu xả thải

3 Thích hợp cho những dự án giới hạn diện tích

Nhờ tải trọng của bể MBBR cao hơn các bể vi sinh truyền thống Aerotank, SBR, cho nên thời gian lưu nước của bể MBBR cũng được giảm Nhờ vậy mà kích thước bể MBBR sẽ nhỏ gấp đôi so với bể Aerotank, SBR

4 Dự án có kế hoạch mở rộng trong tương lai

Tải trọng của bể MBBR phụ thuộc vào lượng vi sinh bám dính có trong bể, hay nói cách khác là phụ thuộc vào tổng diện tích bề mặt của giá thể vi sinh lơ lửng MBBR có trong bể Do đó, đối với các dự án có kế hoạch mở rộng thì ban đầu ta chỉ đổ 1/2 lượng giá thể cần thiết (ở đây đang tính công suất giai đoạn 1 và giai đoạn 2 là cùng công suất) Khi chúng ta triển khai giai đoạn 2 (nhà máy mở rộng, sản xuất nhiều hơn) thì chúng ta chỉ cần đổ thêm 1/2 lượng giá thể vi sinh còn lại là xong Rất nha, gọn và đơn giản

5 Khi khách hàng muốn tối giản quy trình và quan tâm đến vận hành

Công nghệ MBBR sử dụng giá thể vi sinh bám dính do đó vi sinh non, trẻ và khỏe

sẽ luôn bám lại giá thể vi sinh lơ lửng, chỉ có các vi sinh già yếu là bong ra và trôi qua

bể lắng thải bỏ mà không cần phải tuần hoàn lại Do đó nhân viên vận hành không cần

phải tính toán, đo đạc MLSS, SV30 hay SVI để mà điều chỉnh lượng bùn tuần hoàn,

xả bỏ hằng ngày Đây chính là điểm mạnh của MBBR mà khiến cho công nghệ này trở nên tin cậy hơn và ít sự cố hơn các công nghệ khác

Điều đặc biệt hơn nữa là các vi sinh bám dính trên giá thể vi sinh lở lửng MBBR sẽ

có sức đề kháng mạnh mẽ hơn nhờ vào sức khỏe và trẻ của mình Nhờ vậy mà bể MBBR có thể chịu sốc tải tốt hơn nhiều so với bể Aerotank, SBR,

(Nguồn: hanhtrinhxanh.com.vn)

 Tại sao phải sử dụng MBBR?

1 Công nghệ MBBR giúp giảm diện tích xây dựng nhờ vào việc nâng cao tải trọng

xử lý BOD/m3 nước thải lên

2 Công nghệ MBBR giúp giảm chi phí xử lý bùn nhờ giảm thiểu lượng bùn thải

3 Quá trình vận hành đơn giản và tin cậy hơn nhờ vào việc không phải đo và điều chỉnh MLSS hay F/M trong bể hằng ngày

(Nguồn: moitruongperso.com.vn)

1.4.2 Giá thể di động MBBR

Nhân tố quan trọng của quá trình xử lý này là các giá thể động có lớp màng biofilm dính bám trên bề mặt Những giá thể này được thiết kế sao cho diện tích bề mặt hiệu dụng lớn để lớp màng biofim dính bám trên bề mặt của giá thể và tạo điều kiện tối ưu

cho hoạt động của vi sinh vật khi những giá thể này lơ lửng trong nước

Tất cả các giá thể có tỷ trọng nhẹ hơn so với tỷ trọng của nước, tuy nhiên mỗi loại giá thể có tỷ trọng khác nhau Điều kiện quan trọng nhất của quá trình xử lý này là mật

độ giá thể trong bể, để giá thể có thể chuyển động lơ lửng ở trong bể thì mật độ giá thể chiếm tứ 25 – 50% thể tích bể và tối đa trong bể MBBR phải nhỏ hơn 67% Trong mỗi quá trình xử lý bằng màng sinh học thì sự khuyếch tán của chất dinh dưỡng (chất ô nhiễm) ở trong và ngoài lớp màng là nhân tố đóng vai trò quan trọng trong quá trình

xử lý, vì vậy chiều dày hiệu quả của lớp màng cũng là một trong những nhân tố quan

trọng ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý (Nguồn: moitruongsach.vn)

 Một số loại giá thể vi sinh MBBR trên thị trường

Hình 1.1 Các loại giá thể phổ biến

Bảng 1.1 Thông số kỹ thuật các loại giá thể vi sinh

Giá thể K3 K2 K1-6

cánh

K1-4 cánh

Cầu D50

Cầu D100

5-15 ngày 5-15 ngày

5-15 ngày

5-15 ngày

10 ngày trở lên

(Nguồn: lamella.vn)

Nhờ mật độ vi sinh neo bám dày đặc trên bề mặt của giá thể vi sinh di động, quá trình trao đổi chất, nitrat, khử nitrat diễn ra nhanh hơn gấp nhiều lần so với loại bùn hoạt tính thông thường Giá thể vi sinh được xoay chuyển liên tục, khuếch tán khắp nơi trong bể sinh học

Hình 1 1 Sự phát triển của lớp màng Biofilm

Khi thiết kế bể MBBR, vận tốc khí cũng được kiểm soát chặt chẽ, đảm bảo đủ lớn

để giúp các giá thể vi sinh có thể chuyển động trong lòng bể một cách dễ dàng do tỷ trọng của giá thể di động MBBR nhỏ hơn nước Không giống như đệm vi sinh dạng sợi, dạng thảm, dạng cầu hoặc các hình thức khác của đệm vi sinh dạng tĩnh, đệm vi sinh MBBR được thiết kế để di chuyển tự do trong bộ lọc

1.4.2.1 Nguyên lý hoạt động của giá thể di động MBBR

Dựa trên lực tương tác yếu Van der Waals, các vi sinh vật nổi tự do trên bề mặt và tạo thành lớp màng sinh học nhờ phân tử kết dính tế bào Khi lớp đầu tiên được hình thành, quá trình này tiếp diễn và các tế bào khác kết lại nhiều hơn nữa Các vi sinh như

vi khuẩn, nấm, tảo, động vật nguyên sinh…tiết ra một số lượng đáng kể các polymer ngoại bào, giúp chúng neo bám trên bề mặt Nhờ vậy, sự trao đổi chất, nitrat hóa diễn

ra nhanh do mật độ vi sinh lớn tập trung trong giá thể vi sinh di động Vi sinh được di động khắp nơi trong bể, lúc lên lúc xuống, lúc trái lúc phải Lượng khí cung cấp cho quá trình xử lý đủ để giá thể lưu động vì giá thể vi sinh khá nhẹ, xấp xỉ khối lượng riêng của nước

Bởi vì các tế bào trên bề mặt của “ma trận” bảo vệ cho các tế bào bên trong, lớp màng này đảm bảo cơ chế sinh tồn cho vi khuẩn và các vi sinh vật khác Tùy thuộc vào độ dày của lớp màng, các tế bào bên trong có thể tồn tại trong một trạng thái không hoạt động do thiếu oxy cho đến khi lớp ngoài bị phá vỡ Khi các tế bào bên

ngoài bị phân tán, các vi sinh vật bên trong hoạt động và hình thành một lớp màng mới Có thể nói, giá thể vi sinh vô cùng bền với cơ chế phát triển tự nhiên

(Nguồn: hanhtrinhxanh.com.vn)

1.4.2.2 Mục đích của giá thể di động MBBR

Giá thể vi sinh được sử dụng để xử lý nước thải, tạo rào cản để bảo vệ đất và nước ngầm bị nhiễm bẩn Bằng cách chạy nước thải lớp màng này, các giá thể vi sinh giúp giảm sự tăng trưởng của các vi khuẩn gây bệnh, hạn chế sự ăn mòn máy móc do các phản ứng hóa học của vi sinh vật Nước thải sau khi qua bể lọc có chứa giá thể vi sinh đạt yêu cầu xả thải vào nguồn tiếp nhận theo đúng tiêu chuẩn quy định Giá thể vi sinh còn giúp tránh mùi hôi sinh ra do sự phân hủy sinh học của các chất hữu cơ

1.4.2.3 Tính năng nổi bật của giá thể di động MBBR

Từ cấu tạo và thông số kỹ thuật đã nêu ở trên, giá thể MBBR có rất nhiều ưu điểm

vượt trội so với các loại giá thể khác, có thể kể đến như:

 Chiếm ít diện tích bể sinh học

 Hiệu quả xử lý BOD, COD, Nito, Photpho cao

 Quá trình vận hành đơn giản

 Chi phí bảo trì, bảo dưỡng thấp

 Độ bền cao

 Lượng bùn phát sinh thấp

 Giảm thiểu mùi hôi ở quá trình xử lý sinh học

 Mật độ vi sinh trong bể sinh học cao, do vậy tải trọng hữu cơ của giá thể MBBR rất cao

 Chủng loại vi sinh vật xử lý đa dạng: Lớp màng biofilm phát triển tùy thuộc vào loại chất hữu cơ và tải trọng hữu cơ trong bể xử lý

 Sử dụng được cho quá trình sinh học thiếu khí (Anoxic) và hiếu khí (Oxic)

1.4.2.4 Quá trình dính bám của giá thể di động MBBR

Quy luật chung trong sự phát triển của màng vi sinh vật bởi quá trình tiêu thụ cơ chất có trong nước thải và làm sạch nước thải

Quá trình dính bám của giá thể vi sinh có thể chia thành 4 giai đoạn như sau:

 Giai đoạn 1 : Kết dính ban đầu Là quá trình vi sinh bám vào bề mặt của giá thể tạo thành lớp màng Trong điều kiện này, tất cả vi sinh vật phát triển như nhau, cùng điều kiện, sự phát triển giống như quá trình vi sinh vật lơ lửng

 Giai đoạn 2 : Phát triển Vi sinh vật bắt đầu phát triển trên lớp màng bắt đầu quá trình phân hủy sinh học

 Giai đoạn 3 : Trưởng thành Là giai đoạn vi sinh đã phát triển, lớp màng đã dày lên, hiệu suất phân hủy sinh học cao nhất Lượng cơ chất đưa vào phải đủ cho quá trình trao đổi chất, nếu không sẽ có sự suy giảm sinh khối và lớp màng sẽ bị mỏng dần đi nhằm đạt tới cân bằng mới giữa cơ chất và sinh khối

 Giai đoạn 4 : Phân tán Sau khi phát triển đến độ dày nhất định, lớp màng không dày lên nữa và trở nên ổn định vi sinh sẽ tróc ra khỏi bề mặt của giá thể Sự trao đổi chất diễn ra để phân hủy chất hữu cơ thành CO2 và nước Lượng vi sinh vật không thay đổi do chiều dày lớp màng hiệu quả không thay đổi và không có sự gia tăng sinh khối trong giai đoạn này Lượng cơ chất phải đủ cho quá trình trao đổi chất, nếu không vi sinh sẽ thiếu dinh dưỡng và bắt đầu phân hủy nội bào để cân bằng với cơ chất và sinh khối

Các giai đoạn trên sẽ diễn ra cùng lúc xen kẽ với nhau giúp quá trình phân hủy sinh học diễn ra liên tục quá trình phân hủy nội bào và quá trình trao đổi chất sẽ diễn ra đồng thời với nhau Khi đó tốc độ phát triển màng cân bằng với tốc độ suy giảm bởi sự

phân huỷ nội bào (Nguồn: hanhtrinhxanh.com.vn)

1.4.2.5 Phương pháp lắp đặt giá thể di động MBBR

Giá thể vi sinh di động MBBR được lắp đặt rất đơn giản, chỉ cần đổ trực tiếp vào

bể sinh học đang sục khí giá thể mbbr sẽ tự động phân tán đều khắp nơi trong bể (khoảng 30′)

Trước khi đổ giá thể vào bể vi sinh cần chế tạo lớp lưới chắn giá thể ngăn không cho quả cầu chui vào ống dẫn sang bể lắng, gây tổn thất giá thể

Sau khoảng 25 – 30 ngày vận hành thì trên giá thể MBBR sẽ hình thành lớp màng

vi sinh dính bám, lúc này hệ thống mới cho chất lượng nước tốt nhất

(Nguồn: bunvisinh.com)

1.4.3 Màng sinh học Biofilm

Lớp màng Biofilm là quần thể các vi sinh vật phát triển trên bề mặt giá thể Chủng loại vi sinh vật trong màng biofilm tương tự như đối với hệ thống xử lý bùn hoạt tính lơ lửng Hầu hết các vi sinh vật trên màng biofilm thuộc loại dị dưởng (chúng sử dụng cacbon hữu cơ để tạo ra sinh khối mới) với vi sinh vật tùy tiện chiếm ưu thế Các vi sinh vật tùy tiện có thể sử dụng oxy hòa tan trong hỗn hợpnước

thải, nếu oxy hòa tan không có sẵn thì những vi sinh vật này sử dụng Nitric/Nitrat như là chất nhận điện tử Tại bề mặt của màng biofilm và lớp chất lỏng ứ động để phân lập lớp màng biofilm với chất lỏng được xáo trộn trong bể phản ứng Chất dinh dưỡng và oxy khuếch tán qua lớp chất lỏng ứ động từ hỗn hợp chất lỏng xáo trộn trong bể MBBR tới lớp màng biofilm Trong khi chất dinh dưởng và oxy khuếch tán thông qua lớp ứ đọng tới lớp màng biofilm, sự phân hủy sinh học sản xuất ra những sản phẩm khuếch tán từ lớp màng biofilm tới hỗn hợp chất lỏng được xáo trộn trong bể MBBR Quá trình khuếch tán vào và ra lớp màng Biofilm vẫn tiếp tục xảy

ra Khi các vi sinh vật phát triển, sinh khối phát triển và ngày càng dày đặc Bề dày của sinh khối ảnh hưởng đến hiệu quả hòa tàn oxy và chất bề mặt trong bể phản ứng đến các quần thể vi sinh vật

Các vi sinh vật ở lớp ngoài cùng của lớp màng biofilm là lối vào đầu tiên để oxy hòa tan và chất bề mặt khuếch tán qua màng biofilm Khi oxy hòa tan và chất bềmặt khuếch tán qua mỗi lớp nằm phía sau so với lớp ngoài cùng của màng Biofilm thì sẽ được các vi sinh vật tiêu thụ nhiều hơn so với ở lớp biofilm phía trước Sự giảm nồng

độ oxy hòa tan qua lớp màng biofilm đã tạo ra các lớp hiếu khí, tùy tiện, thiếu khí trên màng Biofilm

Những hoạt động vi sinh vật khác nhau xảy ra trong mỗi lớp màng này vì những

vi sinh vật đặc trưng phát triển trong những môi trường khác nhau trên Biofilm Ví

dụ như các vi sinh vật trong mỗi lớp màng biofilm sẽ có một mật độ thích hợp nhất đối với môi trường oxy hoặc cơ chất trong lớp màng này Ở lớp màng phía trên của màng Biofilm khi nồng độ oxy hóa tan và nồng độ cơ chất cao thì số lượng vi sinh vật hiếu khí sẽ chiếm ưu thế

Ở lớp Biofilm ở sâu hơn khi nồng độ oxy và cơ chất giảm thì những vi sinh vật tùy tiện chiếm ưu thế hơn những vi sinh vật khác Trong những lớp này, quá trình Nitrat hoát xảy ra khi Nitrat trở thành chất nhận điện tử đối với vi sinh vật tùy tiện

Vì vậy, những vi sinh vật ở lớp màng biofilm hay dính bám trên bề mặt giá thể sẽ bị ảnh hưởng bởi sự khuyếch tán oxy và cơ chất giảm dần qua lớp màng Khi những vi sinh vật dính bám trên lớp màng Biofilm ban đầu yếu thì hoạt động xáo trộn những giá thể đó sẽ bị rửa trôi lớp màng Biofilm ra khỏi giá thể

1.4.4 Những yếu tố ảnh hưởng đến quá trình xử lý bằng công nghệ MBBR

1.4.4.1 Giá thể

Diện tích thực tế của giá thể lớn, do đó nồng độ Biofilm cao trong bể xử lý đến dẫn thể tích bể nhỏ Theo các báo cáo cho thấy[15], nồng độ Biofilm dao động từ 3000-4000gTSS/m3, tương tự với những giá trị có được trong quá trình bùn hoạt tính với tuổi bùn cao Điều này được suy ra rằng, vì tải trọng thể tích trong MBBR cao hơn gấp vài lần trong quá trình xử lý bằng bùn hoạt tính nên sinh khối sinh ra trong

bể MBBR cao hơn nhiều

Mật độ của các giá thể trong bể MBBR nhỏ hơn 70% so với thể tích nước trong

bể, với 67% là giá trị đặc trưng Tuy nhiên mật độ của giá thể được yêu cầu dựa trên đặc tính của nước thải và mục tiêu xử lý cụ thể Giá trị thấp hơn 67% thường được sử dụng.[12]

1.4.4.2 Độ xáo trộn

Yếu tố khác có ảnh hưởng đến hiệu suất là dòng chảy và điều kiện xáo trộn trong

bể xử lý Độ xáo trộn thích hợp là điều kiện lý tưởng đối với hiệu suất của hệ thống Lớp màng biofilm hình thành trên giá thể rất mỏng, phân tán và vận chuyển cơ chất

và oxy đến bề mặt biofilm Vì vậy, lớp màng biofilm dày và mịn không được mong đợi đối với hệ thống Độ xáo trộn thích hợp có tác dụng loại bỏ những sinh khối dư và duy trì độ dày thích hợp cho biofilm Độ dày của biofilm nhỏ hơn 100 micromet đối với việc xử lý cơ chất luôn được ưu tiên Độ xáo trộn thích hợp cũng duy trì vận tốc dòng chảy cần thiết cho hiệu suất quá trình Độ xáo trộn cao sẽ tách sinh khối ra khỏi giá mang và chính vì vậy sẽ làm giảm hiệu suất của quá trình xử lý Thêm vào đó, sự

va chạm và sự ma sát của giá thể trong bể phản ứng làm cho biofilm tách rời khỏi bề mặt phía ngoài của giá thể Kaldnes (giá mang được sử dụng thực nghiệm) Vì điều này, giá mang MBBR được cung cấp với các rìa bên ngoài để bảo vệ sự hao hụt của biofilm và đẩy mạnh sự phát triển của biofilm Diện tích bề mặt của các rìa bên ngoài không được tính vào diện tích thực tế của biofilm Diện tích trung bình hiệu quả của giá mang MBBR được báo cáo là khoảng 70% tổng diện tích bề mặt để màng biofilm dính bám vào giá thể ở phía bên ngoài ít hơn của giá mang

Theo nghiên cứu của S Winogradsly (1980), sau khi quan sát dưới kính hiển vi lớp màng lọc trong bể lọc sinh học nhỏ giọt, đã tìm thấy rất nhiều vi khuẩn Zoogleal, các vi khuẩn hình que, vi khuẩn hình sợi, nấm sợi, protozoa và một số động vật bậc

cao

Một trong những nghiên cứu nhằm ước lượng các loại khuẩn trong hệ thống lọc sinh học nhỏ giọt được tiến hành bởi M Hotchkiss năm 1923 Kết quả là đã tìm thấy nhiều loại vi khuẩn khác nhau ở độ sâu khác nhau trong bể lọc Các nhóm vi khuẩn bao gồm: vi khuẩn khử nitrate, sulfate tạo thành từ protein, phân hủy anbumin, khử sulfate, oxy hóa sulfite được tạo thành từ các protein nhiều nhất ở độ sâu 0.3m và giảm dần qua lớp lọc; vi khuẩn khử sulfate hiện diện nhiều ở bề mặt và vi khuẩn oxy hóa sulfua có nhiều nhất ở độ sâu 1.6m; các dạng vi khuẩn nitrit gia tăng theo độ sâu và có

số lượng lớn hơn các dạng vi khuẩn nitrate

1.4.4.3 Tải trọng thể tích

Vì sự không thể xác định chính xác diện tích thực được bao bọc bởi biofilm trên bề mặt của giá mang, người ta đưa ra hiệu suất quá trình theo thể tích bể phản ứng thay vì diện tích bề mặt giá thể Tuy nhiên, việc đánh giá thể tích bể phản ứng có thể là hệ thống được so sánh với những hệ thống khác mà sử dụng toàn bộ thể tích bể phản ứng

để xử lý

Nếu chỉ xử lý thứ cấp, hiệu quả tải tương đương 4 -5 kgBOD7/m3.ngày đến 12 - 15 kgBOD7/m3.ngày ở mức 67% giá mang được lấp đầy (cung cấp 335 m2 diện tích bề mặt giá thể trên m3 thể tích bể phản ứng) Những giá trị BOD7 không có trong tiêu chuẩn của Hoa Kỳ Tuy nhiên, chúng phù hợp với phương pháp tiêu chuẩn của Nauy

và những ứng dụng của chúng đối với việc thiết kế bể phản ứng ở Mỹ phải được thực hiện một cách thận trọng Rusten đã báo cáo rẳng 60g BOD5/ngày tương đương với 70

g BOD5/ngày, mặc dù nó không được cụ thể hóa xem thử giá trị BOD nào là giá trị tổng hoặc là giá trị hòa tan được Mặc dù vậy, sự quy đổi này sẽ được sử dụng để đổi các giá trị tải thành giá trị BOD5 cơ bản

1.4.5 Những thuận lợi, hạn chế của công nghệ MBBR

1.4.5.1 Thuận lợi

 Giảm chi phí hoạt động, tự động, dễ vận hành và bảo trì

 Tiết kiệm được diện tích, vận hành đơn giản

 Tỉ lệ tuần hoàn bùn thấp

 Đáp ứng nhiều mức độ công suất:

 Công trình lớn từ 10000 m3/ngày - 150000 m3/ngày

 Công trình nhỏ từ 40 m3/ngày - 600 m3/ngày

 Điều kiện tải trọng cao: Mật độ vi sinh vật trong lớp màng biofilm rất cao , do đó tải trọng hữu cơ trong bể MBBR rất cao

 Ổn định theo biến tải

 Chủng loại vi sinh vật xử lý đặc trưng: lớp màng biofilm phát triển tùy thuộc vào loại chất hữu cơ và tải trọng hữu cơ trong bể xử lý

 Hàm lượng bùn tạo ra thấp

 Hiệu quả xử lý ô nhiễm BOD, COD trong nước thải cao

1.4.5.2 Hạn chế

 Cần cung cấp đầy đủ chất dinh dưỡng tránh hiện tượng màng dễ bị bong tróc

 Khi vận hành phải đảm bảo giá thể chuyển động hoàn toàn trong bể, cần duy trì độ xáo trộn cần thiết để tăng khả năng khuếch tán oxy và cơ chất vào trong lớp màng

1.4.6 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước

1.4.6.1 Nghiên cứu ngoài nước

Công nghệ sử dụng bể giá thể di động MBBR (Moving Bed Biofilm Reactor) trên thế giới áp dụng khá phổ biến Một số công trình điển hình tiêu biểu trên thế giới mà tác giả đã tham khảo phục vụ cho đề tài luận văn như sau:

 Đề tài “Ứng dụng loại hình mới của màng giá thể di động trong phản ứng sinh học hiếu khí (Bể hiếu khí – SBR)” [5], Suntud Sirianuntapiboon*, Suriyakit Yommee, Khoa Kỹ thuật Môi trường, Trường Năng lượng và Vật liệu, Đại học

Kỹ thuật Thonburi, Bangkok, Thái Lan, tháng 11 năm 2004 Đề tài chủ yếu nghiên cứu về giá thể di động trong bể SBR với mật độ vật liệu di động là 1.925±0.21 g/cm3, hiệu quả loại bỏ BOD, TKN cao hơn 10 – 12% so với SBR Ngoài ra, hiệu quả loại bỏ BOD và COD của-MB SBR-aerobic cao hơn 95% ngay cả khi hệ thống được vận hành với nước thải tổng hợp có chứa 800 mg /l BOD với HRT rất thấp là 1,5 ngày

 Đề tài “Quá trình động học loại trừ nitrogen và carbon hữu cơ ra khỏi nước thải bằng công nghệ MBBR”, Yen – Hui Lin, Khoa Kỹ thuật Môi trường, An toàn và Sức khỏe, trường Đại học Khoa học và Công nghệ Đài Loan, tháng 01 năm

2005 Đề tài đã nghiên cứu trong điều kiện hệ thống hoạt động bình thường, ổn định, quá trình loại bỏ N-NH4+

, N-NO3- và COD tương ứng 75%, 92% và 70%

1.4.6.2 Nghiên cứu trong nước

Công nghệ xử lý nước thải kết hợp giữa quá trình tăng trưởng lơ lửng và dính bám