Nghiên cứu công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt bằng phương pháp bùn hoạt tính nhiều bậc

So sánh kết qu ả nước thải đã xử lý 1 bậc với nhiều bậc trong cùng m ột thời gian lưu.. Hàm lượng các chất bẩn hoà tan trong nước thải giảm xuống, nên có thể tái sinh lại nước sạch.Sinh

Đ Ạ I H Ọ C Q U Ố C G IA HÀ N Ộ I

T R Ư Ờ N G Đ Ạ I H Ọ C K H O A H Ọ C T ự N H IÊ N

Đ ê tài ngh iên cứu khoa học:

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ x ử LÝ NƯỎC THẢI SINH HOẠT BẰNG PHƯONG PHÁP BÙN HOẠT TÍNH NHIÊU BẬC

BÁO CÁO TÓ M TẮT BẰNG TIẾNG VIỆT

a Tên đ ề tài : N ghiên cứu công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt bằng phương pháp bùn hoạt tính nhiều bậc

M ă s ố : Q T - 0 1 - 3 6

b Chủ trì đ ề tài : TS T rịnh Lê H ùng

c Các cán bộ tham gia :

1 HVCH Phạm Thị Dương

2 H V C H N guyễn T h ị M inh N guyệt

d M ục tiêu và nội dung nghiên cứu :

M ục tiêu : N ghiên cứu k hả năng xử lý nước thải sinh hoạt bằng phương pháp bùn hoạt tính, thực hiện với quá trình liên tục qua nhiều bể phản ứng

N ội dung nghiên cứu :

1 K hảo sát chất lượng nước thải đã xử lý qua lbậc

2 So sánh kết qu ả nước thải đã xử lý 1 bậc với nhiều bậc trong cùng

m ột thời gian lưu

3 Tìm hiểu sư phát triển của vi sinh vật qua mỗi bậc

4 X ây dưng quy trình công nghê xử lý

e Các kết quả đạt được :

1 Bài báo 1 :

T rịnh Lê H ùng, N guyễn Thị M inh N guyệt, “N ghiên cứu sử dụng các nguyên tố vi lượng trong qúa trình tạo m ôi trường phát triển vi khuẩn để xử lý nước thải.” Tạp ch í Hoá học (T rung tâm K hoa học Tự nhiên và Công nghệ Quốc gia), T.40, số 3 - 2002, T rg 52-55

3 Bài báo 3 :

Trịnh Lê Hùng, Phạm Thị Dương, “ N ghiên cứu xử lý sơ bộ nước thải sinh hoạt bằng phương pháp sinh học với quy mô nhỏ.” , Tạp ch í Hoá học (Trung tâm K hoa học Tự nhiên và Công nghệ Quốc gia), T.41, số 1 - 2003, Trg 2-7

3 Mrs Nguyễn Thị Minh Nguyệt

d Aim s and content o f p r o je c t:

3 Isolation m icrobes from each ponds

4 Design a system for experim ent

e Results :

1 Paper 1:

Study on the effect o f trace elem ents on the grow th o f m icrobe in

w a ste w a te r

Journal o f Chem istry ( N ational Centre for N atural Science and T echnology o f

V ietnam ), Vol 40, No 3 - 2002, p 52-55

2 Paper 2:

Isolation, Selection and use som e proteolytic m icrobes for treatm en t o f

leachate from Nam son landfill area.

Journal o f Science (N atural Sciences and Technology) VNU, Vol XIX, N o l

D ứector Faculty o f Chemistry Project m anager

R ector University o f Sciences

M Ụ C LỤ C

1 Lời m ở đ ầ u Trang 8

2 Nội dung ch ín h Trang 9

3 Kết luận Trang 19

4 Tài liệu tham kh ảo Trang 20

5. Phiếu đăng ký kêt quả nghiên cứu Trang 21

M ục đích của chúng tôi là nghiên cứu m ột quy trình xử lý nước thải sinh hoại của thành phố có hiệu quả hơn nhưng đầu tư ban đầu lại thấp hơn và chi phí vận hành tương đối rẻ Vì vậy đã tiến hành tìm hiểu và nghiên cứu khắc phục nhữns nhược điểm của phương pháp sinh học.

N Ộ I D U N G C H ÍN H

N guyên tắc chung của phương pháp sinh học xử lý nước thải là dựa vào nguồn vi sinh vật có sẵn trong tự nhiên Các vi sinh vật này sử dụng các chất bẩn hoà tan trong nước thải như là nguồn thức ăn duy nhất để sinh trưởng và sinh sản, tạo ra các sinh khối được kết bông tách pha khỏi nước thải [1,2,3,4] Hàm lượng các chất bẩn hoà tan trong nước thải giảm xuống, nên có thể tái sinh lại nước sạch.Sinh khối hay còn được gọi là bùn hoạt tính, bao gồm các vi sinh vật đang sống và m ột phần đã già hoặc chết, cùng các chất hấp phụ bao quanh Tác dụng chủ yếu của bùn hoạt tính chính là khả năng hoạt động của các vi sinh vật M ỗi một chủng vi sinh vật cần một loại môi trường riêng cũng chính là cần m ột loại thức ăn riêng Khi có m ôi trường thích hợp, chúng sẽ sinh trưởng và sinh sản rất nhanh [5,6] Trong quá trình xử lý nước thải, nếu tạo ra được nhiều pha có môi trường khác nhau, cũng có nghĩa là tạo ra được nhiều môi trường riêng thích hợp cho m ỗi m ột chủng loại vi khuẩn khác nhau, điêù đó sẽ góp phần tăng hiệu quả xử

lý nước thải

Xuất phát từ ý tưởng này, thay vì dùng một bể phản ứng sinh học có thể tích lớn, chúng tôi đã chia nhỏ thành m ột số bình phản ứng liên tiếp có thể tích nhỏ hơn N hư vậy nước sau xử lý ở đầu ra của bể này sẽ là đầu vào của bể liếp theo

M ỗi bể này sẽ có hàm lượng các chất khác nhau (nguồn dinh dưỗng khác nhau) cũne chính là có một m ôi trường thích hợp riêng cho từng loại chủng vi khuẩn

CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU:

I Tìm hiểu tình hình nước thải của sông Kim ngicii:

Sông Kim ngưu là 1 trong 3 dòng sông cổ của Hà nội, bắt nguồn từ sông

H ồne nhưng ngày nay đều bị tách khỏi sông Hổng, trở thành các dòng sông chết

và được xem như là các mương thoát nước của Hà nội, thu gom nước thải từ nội thành chảy ra hổ thoáng ngoại thành (Thanh trì) Tuy 2 bờ đã được kè đá và sửa đẹp, song nước trên sông vẫn là nước thải từ các khu vực dân cư, xí nghiệp nên

nước có m ầu đen sẫm , có nhiều căn bẩn lơ lửng và bốc m ùi xu uế C húng tôi đã thử tìm hiểu và thấy rằng chủ yếu là hàm lượng cao các chất hữu cơ m à vi sinh vật

có thể xử lý được (BOD), ngoài ra lẫn các kh í có m ùi như am oniac, sunfua hydro

và đương nhiên có m ột lượng nhỏ chất khác Sau đây là kết quả xác định m ột số mẫu nước sông Kim ngưu với một số ch ỉ tiêu quan trọng

Bảng 1 Kết quả phân tích COD và m ột vài chỉ tiêu khác của nước sông Kim ngưuSTT Ngày lấy m ẫu COD

mg/1

N H 4+

mg/1

N 0 2 mg/1

N 0 3 mg/1

G li chú: những ô không có số iệu là do không phân tích

N hận xét: Nước thải trên sông Kim ngưu đục, có m àu hơi sẫm đen, m ùi xu

uế Hàm lượng COD cao vượt quá giới hạn cho phép Hàm lượng N H , tuy không cao nhưng góp phần cùng với khí H 2S và m ột số chất hữu cơ dễ bay hơi khác (là kết quả của quá trình phân huỷ dở dang) tạo m ùi khó chịu H àm lượng N 0 2\ N 0 , không đáng kể Với hàm lượng các chất như trên, nước thải sô n g Kim ngưu có thể

xử lý không khó khăn bằng phương pháp sinh học hiếu khí

2 Nữhiên cứu c h ế tao các thiết bi xử lý nước thải

H ê thống bể phản ứng gồm 2 bể tròn đổng tâm lồng vào nhau được làm bằng tôn hoa Giữa 2 bể là m ột ống trụ dùng làm vách ngăn cũng được làm bằng tôn hoa Bể phản ứng nằm trong có dung tích 100 lít Bể lắng nằm ngoài có dung tích

150 lít các ống dẫn nước và khi đểu làm bằng ống nhựa PV C Tiền phong Bơm nước và bơm khí do Trung Quốc sản xuất, nhãn hiệu Hailea Bể lắng là thùng phuy nhựa PE Lưới hình trụ bao quanh ngăn sinh khối làm bằng thép không ri

/ / Thiết bị xủ lý một bậc

Hình 1 Thiết bị xử lý nước thải một bậc bằng phương pháp sinh học

Chú thích cho hình 1:

1: Đường dản nước thải

2: Đ ường dẫn nước sau khi lắng sơ bộ vào bể phản ứng

3: Đ ường dẫn bùn hồi lưu

4: Ố ng dản khí

5: Đ ường thải bùn

B l, B2 : Bơm nước

B3: Bơm khí

Vi,v 2 ,v 3 ,v4: Các van điều tiết

I 2 Thiết bi xử lý một bậc có b ổ xung thêm than hoat tính

H lnh 2: Thiết bị xử lý m ột bậc có than hoạt tính

G hi chú: Than hoạt tính là dạng than viên

/ 3 Thiết bị xử lý nhiều bậc

Thiết bị xử lý nhiều bậc được ch ế tạo trên cơ sở thiết bị xử lý một bậc Chúns bao gồm nhiều thiết bị m ột bậc nhưng có thể tích nhỏ hơn Tổng thể tích của các thiết bị nhỏ này bằng th ể tích của thiết bị lớn Đây có thể xcm như hệ Cascader trong thiết bị phản ứng hoá học làm việc liên tục

H ình 3: Mô hình thiết bị xử lý nước thải nhiều bậc bằng phương pháp sinh họcThiêt bị được làm băng các ống nhựa PVC 'iìê n phong có đường kính khác nhau, về nguyên tắc cũng giống như thiết k ế của bể phản ứng một bậc nhưng ở dây

gồm 5 tháp phản ứng lắp liên tiếp và 1 th áp lắng không xục khí Tổng thể tích của các tháp này bằng 60 lít.

II Kết quả thí nghiêm với các thiết bị trên :

I I l K ế t q u ả x ử lý liên tụ c m ộ t b ậ c k h ô n g có th a n h o ạ t tín h

Các mẫu nước thải xử lý là các m ẫu nước lấy từ sông Kim ngưu tronekhoảng thời gian cuối th án g 3 đến cuối tháng 5 năm 2002 Các giá trị pH trong khoảng từ 6,5 đến 7,5 Còn các trị số COD đầu vào dao động trong khoảng 150mg/I đến 250m g/l

II 1.1 Thử nghiệm với thời gian lun 6h

B ảngl: Kết quả thực nghiệm với thời gian lưu 6h và các mẫu tiếp sau 12h và 18h

STT COD đầu vào

(mg/1)

Đ ộ đục vào (N TU )

COD ra (mg/1)

Độ dục ra (NTU)

Hiệu suất (theoCOD)

Nhận xét: Các mẫu lấy về sau có chất lượng tốt hơn

II 1.2 Thử nghiệm với các thời gian lưu 7,5h

Bảng 2: K ết quả thực nghiệm với thời gian lưu 7,5h và các mẫu tiếp sau 9h và lOh

STT COD đầu vào

(mg/1)

Đ ộ đục vào (N TU )

COD ra (mg/I)

Đ ộ đục ra (NTU)

H iệu suất (theoCOD)

II 1.3 Thử nghiệm vói các thời gian lưu lOh

Bảng 3: K ết quả thực nghiệm với thời gian lưu lOh và các m ẫu tiếp sau 12h và 14h

STT COD đầu vào

(mg/I)

Độ đục vào (NTU)

COD ra (mg/1)

Độ đục ra (NTU)

H iệu suất (iheoCO D )

Thời eian THPU

Nhận xét: Các mẫu lấy về sau có chất lượng tốt hơn

II 1.4 Thử nghiệm với các thời gian lưu 15h

Bảng 4: Kết quả thực nghiệm với thời gian lưu 15h và các mẫu tiếp sau I6h và 17h

STT COD đầu vào

(mg/1)

Đ ộ đục vào (NTU)

COD ra (mg/1)

Độ đục ra (NTU)

H iệu suất (theoCOD)

N hận xét: Các mẫu lấy về sau có chất lượng tốt hơn

N hận xét chung về chất lượng nước:

- Thời gian lưu dài hơn làm cho nước sau xử lý có chất lượng tốt hơn Tuy nhiên thời gian lưu tăng tới một giá trị nhất định thì hiệu suất xử lý COD sẽ tăng rất chậm hoặc không tăng nữa Khả năng xử lý trên 80% là khó khăn hơn nhiều Căn cứ vào kết quả các thí nghiệm này, chỉ nên lựa chọn thời gian lưu trơng khoảng 10 - 15h

- Đ ộ đục ở đây đã giảm đi nhiều và bản chất cũng thay đổi vì các chất huyền phù tạo ra độ đục ban đầu láng xuống đáy tháp và thay vào đó là một phần sinh

khối Chính sinh khối này sẽ góp phần xử lý tiếp tục sau này trên đòng chảy đồng thời còn tạo ra nguồn thức ăn cho các động vật thuỷ sinh

- Do sục khí nên m ùi xu u ế đã giảm đáng kể

Kết quả xác định COD được thể hiện trên hình 4

H% (COD)

H ình 4 : M ối tương quan giữa hiệu suất phản ứng(theo COD của m ẫu dầu

và mẫu tiếp theo) và thời gian lưu

COD ra(mg/1)

Độ đục ra (NTU)

Hiệu suất (theoCOD)

nên giá xử lý sẽ tăng lên nhiều Việc sử dụng than hoạt tính sẽ phụ thuộc vào mục đích và yêu cầu cũng như khả nãng kinh tế cho phép.

II.3 Kết quả xử lý liên tục nhiều bậc

Thiết bị có tổng thể tích bằng 60 lít gồm 5 tháp phản ứng và 1 tháp lắng Thời gian lưu lựa chọn là lOh nên điều chỉnh lưu lượng 61ít/giờ Thời gian lun cho mỗi tháp sẽ là 10h/6 = l,6h

Cho nước thải vào liên tục với lưu lượng 61ít/h Sau lOh đồng thời lấy mẫu ở các tháp Tiến hành phân tích xác định COD đối với từng tháp Sau khi chạy 5 mầu qua 5 ngày, lấy mẫu nước trong 5 tháp để xác định số lượng và hình thái vi khuẩn

Bảng 6 : Kết quả xử lý nhiều bậc với thời gian lưu là 10 giờ

M ẫu phân tích Mẫu 1 Mẫu 2 M ẫu 3 M ẫu 4 Mẫu 5COD vào (mg/I) 185 149 198 145 152

Tháp 1 Tháp 2 Tháp 3 Tháp 4 Tháp5 Thápó

Hình 5 Biểu đồ thể hiện độ giảm % COD của 6 tháp qua 5 mẫu

Đã tiến hành phân lập vi khuẩn và đếm số lượng vi khuẩn của các mẫu nước lấy từ 5 tháp này Phụ trang là ảnh chụp các khuẩn lạc trên đĩa Petri.

Sau đây là kết quả đếm tổng số vỉ khuẩn và số khuẩn lạc xác dinh dược: Tháp 1 có tổng số vi khuẩn 4.108/ml và có 21 khuẩn lạe(5 hình sợi và 16 hình cầu) Tháp 2 có lổng số vi khuẩn 3 l0 6/ml và có 7 khuẩn lạc hình cầu.

Tháp 3 có tổng số vi khuẩn 2 105/ml và có 5 khuẩn lạc hình cầu.

Tháp 4 có tổng só vi khuẩn 106/ml và có 5 khuẩn lạc hình cầu.

Tháp 5 có lổng số vi khuẩn 5 105/ml và có 3 khuẩn lạc hình cầu.

Có sự khác nhau rõ rệt về số lượng cũng như số khuẩn lạc có trong mỗi tháp phản ứng Đ iểu này lý giải cho kết quả xử lý các chất hữu cơ khác nhau ờ mỗi tháp K ết quả phân tích xác định chỉ số COD ờ mỗi tháp càng khảng định nhận xét này là đúng.

N hư vậy, chất lượng nước thải sau xử lý theo phương pháp bùn hoạt tính nhiều bậc đạt chất lượng hơn hẳn xử lý theo kiểu một bậc trong cùng một thời gian lưu và tương đương như xử lý m ột bậc có kết hợp dùng thêm than hoạt tính

II.4 T hử nghiệm xử lý liên tục nhiều bậc với nước rác của bãi rác Nam sơn

Cách tiến hành thí nghiệm cũng giống như trên nhưng ở đây thay vi dùng nước sông Kim ngưu, chúng tôi đã dùng nước rác của bãi chôn lấp rác Nam sơn -

Hà nội

Nước rác này có chỉ số COD rất cao (trên 5000 mg/1) nhưng chỉ số BOD lại thấp C húng tôi phải tiến hành tiền xử lý bằng các phương pháp hoá lý, cụ thể là keo tụ để loại các chất lơ lửng, dùng vôi để đưa pH lên cao, thổi khí cưỡng bức dể loại am ôni, sau đó trung hoà trở lại bằng khí cacbonic Kết quả các chỉ số COD và

am ôni đã giảm đi rõ rệt Tuy nhiên thành phần các chất hữu cơ và vô cơ vẫn còn rất phức tạp [7J

C húng tôi đã dùng mẫu nước sau tiền xử lý như trên có chỉ số COD là 1298m g/l cho thí nghiệm Sau khi cho chạy một lần với thời gian lưu 10 giờ, kết quả phân tích COD vẫn cao Tiến hành thu hổi toàn bộ nước lần 1 cho chạy lại lần

2 Kết quả phân tích COD của lần 2 vẫn cao Tiến hành thu hồi toàn bộ nước lần 2 cho chạy lại lần 3 Kết quả phân tích COD cũng vẫn cao N hư vậy sau khi cho chạy lại tới lần thứ 3, cũng có nghĩa là kéo dài thời gian lưu tới 30 giờ, kết quả cũng chỉ đạt mức COD sau xử lý còn trên 400 mg/1 tức là chỉ xử lý được 66,33% Các kết quả được đưa ra bảng dưới đây (trang sau):

Các kết quả phân tích COD giữa các tháp có đôi chỗ không hợp lý đó là do sai số trong cách lấy mẫu, nhưng nhìn chung trên tổng thể vẫn tuân theo quy luật COD giảm dần Việc chạy lại rõ ràng là không hợp lý về mảt dinh dưỡng cho vi khuẩn hoạt động nên kết quả giảm COD cho mỗi lần là khác nhau Sau khi chạy lần 1, COD giảm từ 1298 đến còn 819 tức là giảm dược 36,90% , sau khi chạy lần

2, COD giảm từ 819 đến còn 515 tức là giảm được 24,90% và sau khi chạy lần 3, COD giảm từ 515 đến còn 437 tức là giảm được 15,14% N hư vậy có thể khảng định là cần phải kéo dài thêm nhiều tháp và chỉ cần chạy liên tục một lần, chất lượng nước sau xử lý sẽ tốt hơn rất nhiều.

Bảng 6 : Kết quả x ử lý nhiều bậc với thời gian lưu 10 giờ cho đối tượng

là nước rác Nam sơn đã qua tiền xử lý

M ẫu phân tích M ẫu 1 Mẫu 2 M ẫu 3