CHẾ tạo và KHẢO sát KHẢ NĂNG 15 xử lý nước THẢI THỦY sản của 16 GIÁ THỂ từ CHAI NHỰA PET

Bể lọc sinh học có lớp vật liệu ngập trong nước là ứng dụng của phương pháp sinh học trong xử lý nước thải hoạt động theo nguyên lý dính bám.. Đề tài “Chế tạo và khảo sát khả năng xử lý

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN



Cần Thơ, ngày 15 tháng 12 năm 2014

Cán bộ hướng dẫn

CẢM ƠN

Trong thời gian thực hiện đề tài luận văn tốt nghiệp: “Chế tạo và khảo sát khả năng xử

lí nước thải thủy sản của giá thể từ chai nhựa PET” do thầy Lê Hoàng Việt hướng

dẫn Nhờ đó, tôi có thể củng cố lại được nhiều kiến thức, học hỏi về lĩnh mới và đúc kết được rất nhiều kinh nghiệm bổ ích cho công việc sau này Bên cạnh đó, tôi cũng gặp rất nhiều khó khăn trong quá trình thực hiện đề tài, nhưng có được sự động viên từ phía gia đình, thầy cô, bạn bè nên tôi đã hoàn thành luận văn tốt nghiệp đúng tiến độ

Nhân đây, tôi xin gởi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất đến:

Gia đình và những người thân đã khích lệ, động viên và tạo mọi điều kiện tốt nhất có thể cho tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài

Thầy Lê Hoàng Việt đã hết sức tận tình hướng dẫn và truyền đạt những kinh nghiệm quý báo giúp tôi hoàn thành tốt đề tài luận văn tốt nghiệp

Thầy Hồ Quốc Phong, thầy Đoàn Văn Hồng Thiện, cùng quý thầy cô trong Bộ môn Công nghệ Hóa học - khoa Công nghệ đã quan tâm, tận tình giúp đỡ và truyền đạt những kiến thức quý báo giúp tôi có nhiều kiến thức để hoàn thành tốt luận văn tốt nghiệp

Quý thầy cô thuộc khoa Môi Trường và Tài Nguyên Thiên Nhiên nói chung, cũng như quý thầy cô trong Bộ môn Kỹ Thuật Môi Trường nói riêng đã tận tình giúp đỡ tôi trong thời gian qua

Cùng tất cả bạn bè, đặc biệt là những bạn cùng làm luận văn trong học kì I năm học

2014 - 2015 đã quan tâm, giúp đỡ và động viên tôi

Tuy đã cố gắng để có thể hoàn thành tốt luận văn tốt nghiệp nhưng do giới hạn về thời gian và kiến thức nên không thể tránh khỏi những thiếu sót Rất mong nhận được sự góp ý của quý thầy cô và các bạn để đề tài được hoàn thiện hơn

Cần Thơ, ngày 15 tháng 12 năm 2014 Sinh viên thực hiện

Trần Thị Kim Mân

TÓM TẮT ĐỀ TÀI

Ngày nay, ngành công nghiệp chế biến thủy sản rất phát triển và thải ra môi trường khá nhiều thành phần gây ô nghiễm, trong đó nước thải chiếm hàm lượng cao nhất và chứa nhiều chất hữu cơ sẽ xả thải vào nước nguồn Do đó cần có những phương án xử

lý tốt nước thải này trước khi xả vào nguồn nước Mặt khác, vấn đề ô nhiễm nước đã

và đang là vấn đề thu hút sự quan tâm của nhiều người trên thế giới Từ đó, họ đã nghiên cứu và đưa ra nhiều phương pháp xử lý nước thải khác nhau để đem lại nguồn nước sạch phục vụ cho nhu cầu của con người Do đó, phương pháp xử lý nước thải bằng công nghệ sinh học đã được nhiều người chú ý và ứng dụng rộng rãi Bể lọc sinh học có lớp vật liệu ngập trong nước là ứng dụng của phương pháp sinh học trong xử lý nước thải hoạt động theo nguyên lý dính bám

Đề tài “Chế tạo và khảo sát khả năng xử lý nước thải thủy sản của giá thể từ chai nhựa PET” được thực hiện nhằm tái sử dụng chai nhựa PET để tạo ra sản phẩm có giá trị sử dụng trong xử lý nước thải thủy sản, khảo sát khả năng xử lý nước thải thủy sản của giá thể tự chế, và so sánh hiệu quả xử lý của hai nguyên lý hoạt động khác nhau là khí-nước đi cùng chiều và khí-nước đi ngược chiều trên hai bể lọc sinh học ngập nước

Thí nghiệm đã được tiến hành thành công là chế tạo được giá thể từ chai nhựa PET đã qua sử dụng, giá thể tự chế có thể sử dụng để xử lý nước thải thủy sản Đồng thời, kết quả phân tích cho thấy nước thải sau xử lý của mô hình hai bể lọc sinh học ngập nước

sử dụng giá thể tự chế có nồng độ các chất ô nhiễm được theo dõi rất thấp và đã đạt loại A QCVN 11:2008/BTNMT và QCVN 40:2011/BTNMT Điều này chứng tỏ giá thể tự chế được sử dụng trong bể lọc sinh học ngập nước thích hợp để xử lý nước thải thủy sản

Ở thời gian lưu 8 giờ các chỉ tiêu được theo dõi tại đầu ra của hai bể đều đạt yêu cầu cho phép xả thải Tuy nhiên, bể hoạt động kiểu khí-nước ngược chiều xử lý tốt hơn bể hoạt động kiểu khí-nước cùng chiều

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận văn tốt nghiệp này được hoàn thành dựa trên các kết quả nghiên cứu của tôi Số liệu và kết quả trình bày trong luận văn tốt nghiệp là trung thực và chưa được sử dụng cho bất kỳ luận văn nào trước đây

Cần Thơ, ngày 15 tháng 12 năm 2014

Sinh viên thực hiện

Trần Thị Kim Mân

MỤC LỤC

NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN i

CẢM ƠN ii

TÓM TẮT ĐỀ TÀI iii

LỜI CAM ĐOAN iv

MỤC LỤC v

DANH SÁCH HÌNH vii

DANH SÁCH BẢNG viii

DANH SÁCH CHỮ VIẾT TẮT ix

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU 1

CHƯƠNG II: LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU NGHIÊN CỨU 3

2.1 TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI CHẾ BIẾN THỦY SẢN 3

2.1.1 Khái niệm về nước thải chế biến thủy sản 3

2.1.2 Quy trình công nghệ chế biến thuỷ sản 3

2.1.3 Thành phần và tính chất của nước thải thủy sản 5

2.2 ỨNG DỤNG CỦA PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHẾ BIẾN THỦY SẢN 5

2.2.1 Tổng quan về xử lí nước thải bằng phương pháp sinh học 5

2.2.1.1 Cơ sỡ lý thuyết của quá trình 5

2.2.1.2 Phương pháp xử lí hiếu khí 6

2.2.1.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phân hủy hiếu khí 9

2.2.2 Phương pháp sinh học yếm khí 9

2.3 BỂ LỌC SINH HỌC 10

2.3.1 Nguyên lí của phương pháp lọc sinh học 10

2.3.2 Vật liệu lọc 10

2.3.3 Màng sinh học trong bể lọc sinh học 11

2.3.4 Phân loại bể lọc sinh học 13

2.3.4.1 Bể lọc sinh học ngập trong nước 13

2.3.4.2 Bể lọc sinh học nhỏ giọt 17

2.3.4.3 Đĩa tiếp xúc sinh học hay đĩa quay sinh học 18

CHƯƠNG III: PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 20

3.1 MỤC ĐÍCH, ĐỊA ĐIỂM, THỜI GIAN, ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 20

3.1.1 Mục đích 20

3.1.2 Địa điểm và thời gian thực hiện 20

3.1.3 Đối tượng nghiên cứu 20

3.1.4 Phạm vi nghiên cứu 21

3.2 CÁC BƯỚC TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM 23

3.2.1 Chuẩn bị điều kiện thí nghiệm 23

3.2.2 Chế tạo mô hình 24

3.2.3 Tạo màng sinh học 28

3.2.4 Thí nghiệm định hướng 28

3.2.5 Thí nghiệm chính thức 30

3.3 PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN PHÂN TÍCH MẪU 30

CHƯƠNG IV: THẢO LUẬN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 32

4.1 Kết quả theo dõi COD trong giai đoạn tạo màng sinh học 32

4.2 Thành phần và tính chất nước thải thủy sản 34

4.3 Kết quả thí nghiệm 1 35

4.4 Kết quả thí nghiệm 2 36

CHƯƠNG V: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 42

5.1 KẾT LUẬN 42

5.2 KIẾN NGHỊ 42

TÀI LIỆU THAM KHẢO 44

PHỤ LỤC 46

DANH SÁCH HÌNH

Hình 2.1 Quy trình tổng quát chế biến cá tra và basa fillet đông lạnh (Nguyễn Thế Đồng, 2011) 4

Hình 2.2 Sơ đồ quá trình phân hủy hiếu khí (Lê Hoàng Việt, 2003) 7

Hình 2.3 Cấu tạo của lớp màng sinh học theo mặt cắt (Tay et al., 2006) 12

Hình 2.4 Quá trình vận chuyển các chất qua màng sinh học (Nguyễn Văn Phước, 2007) 12

Hình 2.5 Sơ đồ bể lọc sinh học vật liệu lọc nổi (Hoàng Văn Huệ, 2004) 13

Hình 2.6 Quy trình Biocarbone ® (Lê Hoàng Việt - Nguyễn Võ Châu Ngân, 2014) 15

Hình 2.7 Bể lọc sinh ngập nước có dòng chảy từ dưới lên (Pramanik et al., 2012) 16

Hình 2.8 Thiết bị lọc sinh học nhỏ giọt quay (Nguyễn Văn Phước, 2007) 18

Hình 2.9 Đĩa quay sinh học (Nguyễn Văn Phước, 2007) 19

Hình 3.1 Vị trí lấy mẫu (hố thu nước tập trung của Công ty Cổ phần Thủy Sản Mekong) 21

Hình 3.2 Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải chế biến thủy sản áp dụng quá trình hoá lý kết hợp sinh học hiếu khí (Nguyễn Thế Đồng, 2011) 21

Hình 3.3 Nguyên liệu và cách chế tạo giá thể sử dụng trong nghiên cứu 22

Hình 3.4 Giá thể tự chế 22

Hình 3.5 Cấu tạo bình Ma-ri-ốt 23

Hình 3.6 Hình chiếu bể lọc sinh học ngập nước kiểu khí-nước cùng chiều 24

Hình 3.7 Bố trí giá thể vào bể và lắp đặt mô hình hoàn chỉnh 25

Hình 3.8a Bể lọc sinh học ngập nước với khí-nước cùng chiều 26

Hình 3.8b Bể lọc sinh học ngập nước với khí-nước ngược chiều 27

Hình 3.9 Sơ đồ bố trí thí nghiệm 29

Hình 4.1 Nước thải trước và sau xử lý của tuần thứ 3 32

Hình 4.2 Nồng độ COD sau xử lý của giai đoạn tạo màng vi sinh vật 33

Hình 4.3 Nồng độ của các thông số trong nước thải trước và sau xử lý ở thời gian lưu 8 giờ 36

Hình 4.5 Nồng độ của các thông số trong nước thải trước và sau xử lý ở thời gian lưu 7 giờ 38

DANH SÁCH BẢNG

Bảng 2.1 Thành phần chất ô nhiễm trong nước thải chế biến thủy sản 5

Bảng 2.2 Số lượng vi sinh vật trong màng sinh học của các loại vật liệu lọc khác nhau 11

Bảng 2.3 Tải nạp tiêu biểu cho bể Biocarbone ® .15

Bảng 3.1 Các thông số kỹ thuật về giá thể tự chế 23

Bảng 3.2 Các thông số kỹ thuật của hai mô hình bể lọc sinh học ngập nước 25

Bảng 3.3 Phương pháp và phương tiện phân tích mẫu .31

Bảng 4.1 Nồng độ COD giai đoạn tạo màng sinh học 33

Bảng 4.2 Kết qủa phân tích mẫu đầu vào trong 3 ngày ở thời gian lưu 8 giờ 34

Bảng 4.3 Các thông số vận hành của mô hình bể lọc sinh học ngập nước 35

Bảng 4.4 Kết quả phân tích mẫu nước thải thủy sản trước và sau xử lý với thời gian lưu 8 giờ 35

Bảng 4.5 Kết quả phân tích mẫu nước thải thủy sản trước và sau xử lý với thời gian lưu 7 giờ 37

DANH SÁCH CHỮ VIẾT TẮT

Từ viết tắt Tiếng Anh Nghĩa tiếng Việt

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU

Chế biến thủy sản là một trong những ngành công nghiệp mũi nhọn của nước ta, trong những năm qua ngành công nghiệp này đã đạt được nhiều thành tựu đáng kể Bên cạnh những kết quả đạt được về kinh tế - xã hội, trong quá trình phát triển ngành công nghiệp chế biến thủy sản cũng phát sinh nhiều vấn đề môi trường bức xúc cần phải giải quyết, một trong những mối quan tâm hàng đầu của các doanh nghiệp chế biến thủy sản hiện nay đó là ô nhiễm do nước thải Nhìn chung, nước thải công nghiệp chế biến thủy sản bị ô nhiễm ở mức độ khá cao: COD dao động trong khoảng 1000 ÷ 1200

nhận nước thải (Lâm Minh Triết ctv., 2008)

Các mối nguy hại gây ô nhiễm môi trường ngoài nước thải còn có khói, bụi và rác thải

Trong rác thải gồm: rác hữu cơ, rác thải vô cơ, thủy tinh, bao bì nhựa và chai nhựa

Đặc biệt là bao bì nhựa và chai nhựa vì chúng rất khó phân hủy theo thời gian nên mức

độ gây ô nhiễm môi trường rất cao Theo báo cáo của Tổng cục Thống kê, nếu chỉ tính những doanh nghiệp có số vốn từ 0.5 tỷ đồng trở lên thì có khoảng 1064 doanh nghiệp nhựa, chủ yếu tập trung ở miền Nam Số lượng doanh nghiệp tại thành phố Hồ Chí Minh và các tỉnh lân cận như Đồng Nai, Bình Dương, Long An chiếm đến 80% tổng

số lượng doanh nghiệp nhựa trên cả nước Trong giai đoạn 2005 - 2010, ngành Nhựa Việt Nam phát triển khá nhanh với tốc độ tăng trưởng bình quân 20% - 25%/năm

Tổng sản lượng nhựa năm 2010 đạt 3.800.000 tấn Bên cạnh sự phát triển của ngành nhựa đó là lượng nhựa khá lớn này sau sử dụng sẽ trở thành nhựa phế thải Đây là gánh nặng cho môi trường, chưa kể đến những chất nguy hại còn lưu tồn sau sử dụng

và khuếch tán vào không khí, đất, nước, động thực vật và kể cả con người

Từ đầu những năm 1990 đến nay, các nhà khoa học trong lĩnh vực xử lý nước thải đã nghiên cứu và áp dụng thành công vào sản xuất công nghệ lọc sinh học có lớp vật liệu lọc ngập trong nước Ở Mỹ, Pháp, Úc công nghệ này đã áp dụng xử lý nước thải sinh

Việt Nam Công ty Tư vấn Cấp thoát nước số 2 - Bộ Xây Dựng bắt đầu nghiên cứu trên

mô hình năm 1992 và áp dụng vào xử lý nước thải Bệnh viện Đa khoa Khánh hòa,

Ninh Thuận, Long Xuyên năm 1995 (Trịnh Xuân Lai, 2013) Điều này cho thấy bể lọc sinh học ngập nước đã được ứng dụng thành công và rộng rãi từ rất lâu

Xuất phát từ hai mối nguy hại gây ô nhiễm môi trường trầm trọng trên và sự ứng dụng

phổ biến của bể lọc sinh học ngập nước Đề tài:“Chế tạo và khảo sát khả năng xử lý nước thải thủy sản của giá thể từ chai nhựa PET” được thực hiện nhằm tái sử dụng

chai nhựa PET để tạo ra sản phẩm có giá trị sử dụng trong xử lý nước thải thủy sản,

giảm thiểu ô nhiễm do nước thải thủy sản và bảo vệ môi trường

Cụ thể là ứng dụng công nghệ xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học dạng sinh trưởng dính bám, để khảo sát khả năng tạo màng sinh học trên giá thể mới Đồng thời tiến hành thí nghiệm định hướng để xác định thời gian lưu thích hợp cho mô hình hai

bể lọc sinh học ngập nước đặt trong phòng thí nghiệm Sau đó xác định các thông số

đến kết luận

CHƯƠNG II: LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU NGHIÊN CỨU 2.1 TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI CHẾ BIẾN THỦY SẢN

2.1.1 Khái niệm về nước thải chế biến thủy sản

Nước thải công nghiệp chế biến thủy sản là dung dịch thải từ nhà máy, cơ sở sử dụng các quy trình công nghệ sản xuất ra các sản phẩm thủy sản như: đông lạnh, đồ hộp, nước mắm, bột cá,… (QCVN 11:2008/BTNMT)

Bên cạnh việc sản xuất ra một khối lượng lớn sản phẩm phục vụ nhu cầu trong nước và xuất khẩu, các cơ sở công nghiệp cũng tiêu thụ một khối lượng khổng lồ các nguồn tài nguyên thiên nhiên và năng lượng, đồng thời thải vào môi trường một khối lượng tương ứng các loại chất thải (lỏng, khí, rắn và bùn) Trong đó nước thải thường là nguồn thải được quan tâm nhất do chúng thuờng có lưu lượng lớn, nồng độ các chất ô nhiễm cao, thành phần ô nhiễm khó xử lý hoặc chi phí xử lý tốn kém và tạo nên khối lượng lớn sản phẩm phụ “ngoài ý muốn”

2.1.2 Quy trình công nghệ chế biến thuỷ sản

Theo Nguyễn Thế Đồng (2011), công nghệ chế biến của mỗi nhà máy luôn khác nhau, tùy theo loại nguyên liệu, mặt hàng sản xuất và yêu cầu chất lượng của sản phẩm

Những nhà máy lớn thường sản xuất một mặt hàng như nhà máy chế biến cá tra, cá basa hay tôm đông lạnh, đa số các nhà máy này đều có nguồn nguyên liệu cố định

Các cơ sở sản xuất và chế biến thủy sản có thể đơn giản hoặc phức tạp hơn ở một số công đoạn nhưng nhìn chung vẫn giống nhau về công nghệ sản xuất Một số quy trình tổng quát chế biến cá tra và basa fillet đông lạnh được trình bày dưới đây

Quy trình công nghệ chế biến cá tra và fillet đông lạnh Thuyết minh quy trình: theo Nguyễn Thế Đồng (2011), quy trình sản xuất bao gồm

nhiều công đoạn khác nhau và qua nhiều công đoạn rửa nên lượng nước thải phát sinh trong quá trình sản xuất rất lớn Nguyên liệu sau khi được tiếp nhận qua công đoạn rửa

sơ bộ để loại bỏ các tạp chất bám bên ngoài Sau đó nguyên liệu được chuyển sang công đoạn sơ chế, tại đây cá được cắt đầu, bỏ vây, mang, nội tạng và được rửa nhiều lần sau đó Nguyên liệu sau khi rửa sẽ được muối đá, sau đó được phân cỡ và xác định đúng trọng lượng, sắp xếp vào khuôn và đóng gói Sản phẩm sau khi đóng gói theo

băng chuyền chuyển qua khu vực cấp đông và bảo quản Quy trình tổng quát chế biến

cá tra và basa fillet đông lạnh được mô tả chi tiết trong Hình 2.1

Hình 2.1 Quy trình tổng quát chế biến cá tra và basa fillet đông lạnh (Nguyễn Thế Đồng, 2011)

Cắt tiết

Ngâm 2 - ngâm 3

Máu, mỡ, nhớt cá…

Rửa 2 Lạng da - cân Rửa 1 Fillet - cân

Nước thải: vụn thịt, da, mỡ thừa, chlorine khử trùng,

Kiểm tra - cân Rửa 3 Sửa cá/Chỉnh hình

Tạo hình hoàn chỉnh

Phân loại - cân Quay bóng

Cấp đông

Đông IQF Tái đông

Tách đông

2.1.3 Thành phần và tính chất của nước thải thủy sản

Trong quá trình chế biến thủy sản, sự khác biệt trong nguyên liệu thô và sản phẩm cuối liên quan đến sự khác nhau trong quá trình sản xuất, dẫn đến tiêu thụ nước khác nhau (cá da trơn: 5-7 m3/tấn sản phẩm; tôm đông lạnh: 4-6 m3/tấn sản phẩm; surimi: 20-25

m3/tấn sản phẩm; thuỷ sản đông lạnh hỗn hợp: 4-6 m3/tấn sản phẩm) Mức độ ô nhiễm của nước thải từ quá trình chế biến thuỷ sản thay đổi rất lớn phụ thuộc vào nguyên liệu thô (tôm, cá, mực, bạch tuộc, cua, nghiêu, sò), sản phẩm, thay đổi theo mùa vụ và thậm chí ngay trong ngày làm việc Thành phần nước thải của một số loại hình chế biến thủy sản được trình bày trong Bảng 2.1

Bảng 2.1 Thành phần chất ô nhiễm trong nước thải chế biến thủy sản

Chỉ tiêu Đơn vị

Nồng độ Tôm

đông lạnh

Cá da trơn (cá tra-basa)

Thủy sản đông lạnh hỗn hợp

SS mg.L−1 100 - 300 500 - 1200 50 - 194 COD mgO2 L−1 800 - 2000 800 - 2500 694 - 2070 BOD5 mgO2 L−1 500 - 1500 500 - 1500 391 - 1539 Ntổng mg L−1 20 - 200 100 - 300 30 - 100 Ptổng mg L−1 10 - 120 50 - 100 3 - 50

Các vi sinh vật sử dụng các chất hữu cơ và một số chất khoáng làm nguồn dinh dưỡng

và tạo năng lượng Trong quá trình dinh dưỡng, chúng nhận các chất dinh dưỡng để xây dựng tế bào, sinh trưởng và sinh sản nên sinh khối của chúng được tăng lên

Nhiệm vụ của công trình kỹ thuật xử lí nước thải bằng phương pháp sinh học là tạo điều kiện sống và hoạt động tốt nhất cho các vi sinh vật phân hủy các chất hữu cơ được nhanh chóng (Hoàng Văn Huệ, 2004)

Theo Trần Văn Nhân - Ngô Thị Nga (2002), xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học có thể chia thành hai loại chính:

 Phương pháp xử lí hiếu khí: là phương pháp sử dụng các nhóm vi sinh vật hiếu khí

Để đảm bảo hoạt động sống của chúng cần cung cấp ô-xy liên tục và duy trì nhiệt độ trong khoảng 20 - 40 C

2.2.1.2 Phương pháp xử lí hiếu khí

a Cơ sở lý thuyết Theo Nguyễn Văn Phước (2007), nguyên tắc của phương pháp là sử dụng các vi sinh

vật hiếu khí phân hủy các chất hữu cơ trong nước thải có đầy đủ ô-xy hòa tan ở nhiệt

độ, pH…thích hợp

b Các quá trình sinh học hiếu khí

Theo Lê Hoàng Việt (2003), quá trình hiếu khí gồm 2 giai đoạn chính: quá trình ô-xy hóa và quá trình tổng hợp

Quá trình ô-xy hóa (dị hóa):

(CHONS) + O2 + VK hiếu khí CO2 + NH4+ + sản phẩm khác + Q Quá trình tổng hợp (đồng hóa):

(CHONS) + O2 + VK hiếu khí + Q C5H7O2N (tế bào VK mới)

Ghi chú: C5H7O2N là công thức hóa học thông dụng để đại diện cho tế bào vi khuẩn

Khi hàm lượng chất hữu cơ thấp hơn nhu cầu của vi khuẩn, vi khuẩn sẽ trải qua quá trình hô hấp nội bào hay là tự ô-xy hóa sử dụng nguyên sinh chất của bản thân chúng làm nguyên liệu

C5H7O2N + 5O2 5CO2 + NH4+ + 2H2O + Q

Hình 2.2 Sơ đồ quá trình phân hủy hiếu khí (Lê Hoàng Việt, 2003)

Quá trình nitrat hóa:

Theo Lê Hoàng Việt (2003), quá trình ni-trát hóa là quá trình ô-xy hóa sinh hóa ni-tơ của các muối a-môn đầu tiên thành ni-trít và sau cùng thành ni-trát trong điều kiện thích ứng (có ô-xy và nhiệt độ trên 4 C)

Vi khuẩn tham gia quá trình ni-trát hóa gồm có 2 nhóm:

 Vi khuẩn ni-trít: ô-xy hóa ammoniac thành ni-trít, hoàn thành giai đoạn thứ nhất;

 Vi khuẩn ni-trát: ô-xy hóa ni-trít thành ni-trát, hoàn thành giai đoạn thứ hai

Các phản ứng được biểu diễn thông qua các phương trình sau đây:

2NH4+ + 3O2 Nitrosomonas 2NO2  + 4H+ + 2H2O 2NO2  + 2O2 Nitrobacter 2NO3 

Theo Nguyễn Văn Phước (2007), quá trình phân hủy chất hữu cơ của vi sinh vật hiếu khí có thể mô tả bằng sơ đồ sau:

(CHO)nNS + O2 CO2 + H2O + NH4+ + H2S + tế bào vi sinh vật + …

∆H Trong điều kiện hiếu khí, NH4+ và H2S cũng bị thủy phân nhờ quá trình ni-trát hóa, sun-fát hóa bởi vi sinh vật tự dưỡng:

NH4+ + 2O2 NO3  + 2H+ + H2O + ∆H

H2S + 2O2 SO4  + 2H+ + ∆H Hoạt động sống của vi sinh vật hiếu khí bao gồm quá trình dinh dưỡng: vi sinh vật sử dụng các chất hữu cơ, các chất dinh dưỡng và các nguyên tố khoáng vi lượng kim loại

để xây dựng tế bào mới tăng sinh khối và sinh sản Quá trình phân hủy: vi sinh vật

ô-xy hóa phân hủy các chất hữu cơ hòa tan hoặc ở dạng các hạt keo phân tán nhỏ thành

H2O và CO2 hoặc tạo ra các chất khác

c Các dạng công nghệ sinh học hiếu khí

Theo Nguyễn Văn Phước (2007), trong điều kiện hiếu khí gồm có hai quá trình:

bể hoặc hồ thành bùn Bùn này được gọi là bùn hoạt tính (Lương Đức Phẩm, 2009)

 Quá trình sinh trưởng dính bám - màng lọc sinh học

Trong dòng nước thải có những vật rắn làm giá đỡ (giá mang), các vi sinh vật (chủ yếu

là vi khuẩn) sẽ dính bám trên bề mặt Trong số các vi sinh vật có những loài sinh ra các polysacarit có tính chất như là các chất dẻo (gọi là polymer sinh học), tạo thành màng (màng sinh học) Màng này cứ dày dần thêm và thực chất đây là sinh khối vi sinh vật dính bám hay cố định trên các chất mang Màng này có khả năng ô-xy hóa các chất hữu cơ có trong nước khi chảy qua hoặc tiếp xúc, ngoài ra màng này còn có khả năng hấp phụ các chất bẩn lơ lửng hoặc trứng giun, sán (Lương Đức Phẩm, 2009)

Theo Lương Đức Phẩm (2009), hai quá trình này (bùn hoạt tính và màng sinh học) có

sự khác nhau cơ bản về thành phần hệ vi khuẩn: trong điều kiện hiếu khí thì thành phần chủ yếu trong bùn hoạt tính là các vi khuẩn hiếu khí và ngược lại là các vi khuẩn

kị khí (bắt buộc và tùy tiện), còn ở màng sinh học hiếu khí thì phần ngoài màng là các

vi khuẩn hiếu khí, ở giữa là các vi khuẩn tùy nghi và trong cùng là các vi khuẩn kị khí,

ở màng sinh học kị khí gồm có các vi khuẩn kị khí là chủ yếu và một số ít là tùy nghi

Trong đề tài “chế tạo và khảo sát khả năng xử lý nước thải thủy sản của giá thể từ chai nhựa PET” được thực hiện bằng phương pháp sinh học hiếu khí theo dạng sinh

trưởng dính bám lên màng sinh học như đã đề cập ở trên

2.2.1.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phân hủy hiếu khí

Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phân hủy hiếu khí được trình bày như sau (Nguyễn Văn Phước, 2007):

cần phải cung cấp đầy đủ lượng ô-xy một cách liên tục sao cho lượng ô-xy hòa tan trong nước ra khỏi bể lắng đợt II  2 (mg.L−1)

 Khác với quá trình xử lí kỵ khí, tải trọng hữu cơ trong xử lý hiếu khí thường thấp hơn nên nồng độ các chất bẩn hữu cơ nước thải qua Aerotank có BOD toàn phần phải

 1000 (mg.L−1) còn trong bể lọc sinh học thì BOD toàn phần của nước thải  500 (mg.L−1)

 Ngoài ra trong nước thải cũng cần có đủ các nguyên tố vi lượng, nguyên tố dinh dưỡng Thông thường các nguyên tố vi lượng như K, Na, Mg, Ca, Mn, Fe, Mo, Ni, Co,

Zn, Cu, S, Cl…thường có đủ trong nước thải Tùy theo hàm lượng cơ chất hữu cơ trong nước thải mà có yêu cầu về nồng độ các nguyên tố dinh dưỡng cần thiết là khác nhau Thông thường cần duy trì các nguyên tố dinh dưỡng theo một tỉ lệ thích hợp:

BOD toàn phần: N: P = 100: 5: 1 hay COD: N: P = 150: 5: 1

sinh học trong nước thải Mỗi loại men khác nhau sẽ có một pH tối thích khác nhau

Cùng một loại men nhưng thu được từ các nguồn khác nhau sẽ có pH tối thích khác nhau Giá trị pH tối ưu cho đa số vi sinh vật từ 6.5 - 8.5, pH < 5 sẽ thúc đẩy nấm phát triển Nếu pH > 9 sẽ phá hủy cân bằng nguyên sinh chất tế bào, vi sinh vật sẽ chết

2.2.2 Phương pháp sinh học yếm khí

Theo Lê Hoàng Việt (2003), trong điều kiện không có ô-xy, vi khuẩn yếm khí sẽ phân hủy chất hữu cơ như sau:

(CHONS) + VK yếm khí CO2 + CH4 + NH4+ + H2S + các chất khác + Q

(CHONS) + VK yếm khí + Q C5H7O2N (tế bào VK mới)

Sự sinh trưởng dính bám bằng màng sinh học được sử dụng để xử lý nước thải Quá trình xử lý nước thải bằng màng sinh học được thực hiện trên các công trình gọi là bể lọc sinh học - còn gọi là bể biophin (Hoàng Văn Huệ, 2004)

2.3 BỂ LỌC SINH HỌC 2.3.1 Nguyên lí của phương pháp lọc sinh học

Theo Lương Đức Phẩm (2009), phương pháp lọc nước nói chung loài người đã biết từ lâu, song đưa nó trở thành một biện pháp công nghệ xử lý nước nói chung và nước thải nói riêng mãi tới thế kỷ XIX mới được xác lập Lọc sinh học lần đầu tiên được áp dụng

ở Mĩ năm 1891 và ở Anh năm 1893

Về nguyên lí của phương pháp lọc sinh học là dựa trên quá trình hoạt động của vi sinh vật ở màng sinh học, ô-xy hóa các chất bẫn hữu cơ có trong nước Các màng sinh học

là tập thể các vi sinh vật (chủ yếu là vi khuẩn) hiếu khí, kị khí và kị khí tùy tiện Các vi khuẩn hiếu khí được tập trung ở phần lớp ngoài của màng sinh học Ở đây chúng phát triển và gắn với giá mang là các vật liệu lọc (được gọi là sinh trưởng gắn kết hay sinh trưởng dính bám) (Lương Đức Phẩm, 2009)

2.3.2 Vật liệu lọc

Vật liệu lọc tốt nhất là vật liệu có diện tích bề mặt tiếp xúc trong một đơn vị thể lớn,

độ bền cao theo thời gian, giá rẽ và không bị tắc nghẽn Những thập niên gần đây, do

kỹ thuật sản xuất nhựa PVC phát triển, những tấm nhựa đúc lượn song, gấp nếp và các dạng khác nhau của quả cầu nhựa đã được dùng làm lớp vật liệu lọc Do vật liệu lọc nhẹ, dễ lắp đặt và tháo dỡ nên chiều cao bể lọc sinh học đã được tăng lên từ 6 - 9 (m) gọi là tháp lọc sinh học, tăng chiều cao làm giảm diện tích mặt bằng của bể lọc sinh học (Trịnh Xuân Lai, 2013)

Bảng 2.2 Số lượng vi sinh vật trong màng sinh học của các loại vật liệu lọc khác nhau

Vật liệu Tổng số thực vật L pneumo-phila Đơn vị

Thủy tinh 1.90  10 5 1.70  10 3 CFU cm2 Thép không gỉ 2.13  10 5 1.03  10 4 CFU cm2 Polypropylene 4.54  10 5 2.10  10 4 CFU cm2

Polyethylene 2.75  10 6 6.76  10 3 CFU cm2 Ethylene-propylene 1.08  10 7 1.44  10 5 CFU cm2

(Rogers et al., 1994)

Nhận xét: từ Bảng 2.3 cho thấy vật liệu để vi sinh vật tạo màng sinh học tốt là: cao su,

ethylene-propylene, polyethylene, thép nhẹ Do đó, ưu thế tạo màng sinh học của vi sinh vật tốt đối với vật liệu từ nhựa hoặc polymer

2.3.3 Màng sinh học trong bể lọc sinh học

Việc hình thành các màng biofilm phải trải qua nhiều giai đoạn và mất khoảng 3 - 4 tuần, có khi lên đến hai tháng (tùy thời điểm hay ở nơi có nhiệt độ thấp) (Lê Hoàng Việt và Nguyễn Võ Châu Ngân, 2014)

Theo Trịnh Xuân Lai (2013), quá trình hình thành sinh vật trên vật liệu hạt rắn được

mô tả như sau: phần lớn vi sinh vật có khả năng sinh sống và phát triển trên bề mặt rắn, khi có đủ độ ẩm và thức ăn là các hợp chất hữu cơ, muối khoáng và ô-xy Chúng dính bám vào bề mặt vật rắn bằng chất gelatin do chính vi khuẩn tiết ra và chúng có thể dễ dàng di chuyển trong lớp gelatin dính bám này Đầu tiên, vi khuẩn cư trú hình thành tập trung ở một khu vực, sau đó màng vi sinh không ngừng phát triển, phủ kín toàn bộ bề mặt vật rắn bằng một lớp đơn bào Chất dinh dưỡng (hợp chất hữu cơ, muối khoáng) và ô-xy có trong nước thải cần xử lý khuếch tán qua màng biofilm vào tận lớp xenlulo đã tích lũy ở sâu nhất mà ở lớp đó ảnh hưởng của ô-xy và chất dinh dưỡng không còn tác dụng Sau một thời gian, sự phân lớp hoàn thành: lớp ngoài cùng là lớp hiếu khí, được ô-xy khuếch tán thâm nhập, lớp trong là lớp yếm khí không có ô-xy Bề dày của 2 lớp này phụ thuộc vào loại vật liệu đỡ (vật liệu lọc) và nước qua lớp lọc Bề dày lớp lọc hoạt tính hiếu khí thường khoảng 300 - 4000 μm

Quá trình hình thành màng sinh học trên bề mặt giá thể theo mặt cắt được trình bày

như sau (Tay et al., 2006)

Hình 2.3 Cấu tạo của lớp màng sinh học theo mặt cắt (Tay et al., 2006)

Theo Nguyễn Văn Phước (2011), màng sinh học đóng vai trò tương tự như bùn hoạt tính Việc phân hủy chất hữu cơ diễn ra ngay trên bề mặt và ở trong lớp màng nhầy này Quá trình diễn ra rất phức tạp Ban đầu, ô-xy và thức ăn được vận chuyển tới bề mặt lớp màng Khi đó, bề dày lớp màng còn tương đối nhỏ, ô-xy có khả năng xuyên thấu vào trong tế bào Theo thời gian, bề dày lớp màng này tăng lên, dẫn tới việc bên trong màng hình thành một lớp kỵ khí nằm dưới lớp hiếu khí Khi chất hữu cơ không còn, các tế bào bị phân hủy, tróc thành từng mảng, cuốn theo dòng nước

Quá trình vận chuyển các chất qua màng biofilm được thể hiện trên Hình 2.4

Hình 2.4 Quá trình vận chuyển các chất qua màng sinh học (Nguyễn Văn Phước, 2007)

Theo Hoàng Văn Huệ (2004), khi chất nền không còn khuếch tán tới nữa, các vi sinh vật có trong lớp ưa khí sẽ bị chết và tự tiêu đi Do vậy xuất hiện những khoảng trống tế

bào cho những vi sinh vật ưa khí hoặc kị khí khác Khi chất nền thực sự cạn kiệt, việc tiêu hủy các tế bào còn lại làm cho màng sinh học bị tách rời từng vùng ra khỏi bề mặt

Bề mặt này lại sẳn sàng tiếp nhận các vi sinh mới Sự phân tách màng vi sinh được tạo

ra và thúc đẩy bởi dòng nước chảy qua bề mặt

2.3.4 Phân loại bể lọc sinh học

Theo Nguyễn Văn Phước (2007), bể lọc sinh học gồm ba loại sau: bể lọc sinh học ngập nước, bể lọc sinh học nhỏ giọt và đĩa quay sinh học

2.3.4.1 Bể lọc sinh học ngập trong nước

Từ đầu những năm 1990 đến nay, các nhà khoa học trong lĩnh vực xử lý nước thải đã nghiên cứu và áp dụng thành công vào sản xuất công nghệ lọc sinh học có lớp vật liệu lọc ngập trong nước Ở Mỹ, Pháp, Úc công nghệ này đã áp dụng xử lý nước thải sinh

Việt Nam Công ty Tư vấn Cấp thoát nước số 2 - Bộ Xây Dựng bắt đầu nghiên cứu trên

mô hình năm 1992 và áp dụng vào xử lý nước thải Bệnh viện Đa khoa Khánh hòa, Ninh Thuận, Long Xuyên năm 1995 (Trịnh Xuân Lai, 2013)

a Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của bể lọc sinh học ngập trong nước

Theo Hoàng Văn Huệ (2004), cấu tạo bể lọc sinh học có lớp vật liệu lọc ngập trong nước được giới thiệu ở Hình 2.4

Hình 2.5 Sơ đồ bể lọc sinh học vật liệu lọc nổi (Hoàng Văn Huệ, 2004)

1 Máng phân phối nước thải sau khi qua bể lắng đợt I; 2 Giàn ống khoan lỗ phân phối nước thải vào

và thu nước xả rửa; 3 Ống xả nước lọc; 4 Máng thu nước lọc; 5 Ống dẫn nước đã lọc sang bể lọc đợt

II hoặc vào bể tiếp xúc khử trùng nước thải; 6 Ống dẫn và giàn ống phân phối khí; 7 Hộp ngăn nước trở lại máy thông gió; 8 Ống dẫn gió từ máy nén tới; 9 Hạt vật liệu lọc nổi polystyrol (hạt móp) đường kính 2 ÷ 5 mm, diện tích bề mặt 700 - 800 m 2 m−3 VLL; 10 Lưới chắn inox, mắt lưới 1.5  1.5

mm (có thể thay bằng sàn gắn chụp lọc có khe hở 1.5 mm đặt ngược); 11 Khoảng trống để lớp vật liệu lọc giãn nở khi rửa, thường lấy bằng 1/2 chiều dày lớp lọc ; 12 Chiều cao lớp nước để rửa lọc, thường lấy từ 1.2 ÷ 2.4 m (Hoàng Văn Huệ, 2004)

Nước đã qua bể lắng đợt I được bơm lên máng phân phối (1), theo ống dẫn (2) phân phối đều trên diện tích đáy bể, nước được trộn đều với không khí cấp từ ngoài vào qua giàn ống phân phối (6) Hỗn hợp khí-nước thải đi cùng chiều từ dưới lên qua lớp vật

NO3 , lớp vật liệu lọc có khả năng giữ lại cặn lơ lửng Nước trong được thu vào máng (4) theo ống (5) đi ra ngoài (Hoàng Văn Huệ, 2004)

bể lọc sinh học có từ hai lớp trở lên Ở bậc lọc cuối, giàn phân phối khí đặt ở giữa lớp vật liệu lọc sao cho lớp vật liệu lọc nằm dưới dàn ống phân phối khí có đủ thể tích vùng kỵ khí để khử NO3  và P

b Các quy trình màng lọc sinh học ngập nước

Bể lọc sinh học ngập nước hoạt động theo quy trình màng sinh học dính bám là màng lọc sinh học ngập nước có dòng chảy từ trên xuống và màng lọc sinh học ngập nước có dòng chảy từ dưới lên

Qui trình Biocarbone® là một quy trình tiêu biểu cho loại hình xử lý màng sinh học ngập nước có dòng chảy từ trên xuống, quy trình này còn gọi là lọc sinh học sục khí (Biological aerated filter - BAF) Trước đây giá thể sử dụng cho loại bể này là than hoạt tính, hiện nay người ta thay than hoạt tính bằng các hạt đất sét nung có kích thước

từ 3 - 5 mm Cấu tạo của loại bể này giống như bể lọc nước ngoại trừ có bố trí thêm các đầu thổi khí phía trên các lỗ thoát nước Loại bể này được dùng để loại bỏ BOD của nước thải, kết hợp loại bỏ BOD và ni-trát hóa nước thải và ni-trát hóa nước thải độc lập Trong quá trình thiết kế cần lưu ý tải nạp chất hữu cơ và tải nạp nước, tải nạp

nước thường được sử dụng là 2.4 - 4.8 m3.m−2.h−1 Trong quá trình vận hành nên tiến hành rửa ngược hệ thống mỗi ngày một lần để tránh hiện tượng giảm áp do nghẹt hệ thống (Lê Hoàng Việt - Nguyễn Võ Châu Ngân, 2014)

Bảng 2.3 Tải nạp tiêu biểu cho bể Biocarbone ® Ứng dụng của bể Giá trị tải nạp

Loại BOD và ni-trát hóa nước thải 2,0 - 2,75 kg BOD m−3.(ngày)−1Ni-trát hóa độc lập 1,2 - 1,5 kg BOD.m−3.(ngày)−1

(Lê Hoàng Việt - Nguyễn Võ Châu Ngân, 2014)

Qui trình Biocarbone® được thể hiện rõ hơn trong Hình 2.6

Hình 2.6 Quy trình Biocarbone ® (Lê Hoàng Việt - Nguyễn Võ Châu Ngân, 2014)

Theo Pramanik et al (2012), hệ thống dòng chảy từ dưới lên cùng chiều với không khí

có thể điều chỉnh được lưu lượng dòng chảy đầu vào cao hơn so với dòng chảy hướng xuống Hơn nữa, nó có chu kỳ vận hành dài hơn và có thể làm giảm mùi sinh ra khi không khí tiếp xúc với nước thải đã được xử lý ở đầu ra trên đỉnh bể Nước thải tiếp tục đi lên cùng chiều với không khí, đảm bảo cho các hoạt động phân phối nước và không khí được ổn định nhằm làm giảm sự tắc nghẽn không khí ở tất cả những vùng khác nhau trong bể

Hình 2.7 Bể lọc sinh ngập nước có dòng chảy từ dưới lên (Pramanik et al., 2012)

Theo Lương Đức Phẩm (2009), lọc sinh học với vật liệu ngập trong nước ít bị tróc màng sinh học bám quanh các vật liệu, kỹ thuật này được áp dụng để xử lý nước thải sinh hoạt đô thị đồng thời khử được hợp chất hữu cơ các-bon, ni-tơ, loại bỏ được chất rắn huyền phù Đối với nước sạch sinh hoạt phương pháp lọc sinh học với vật liệu ngập trong nước rất thích hợp để ni-trát hóa và khử ni-trát

Kỹ thuật này được áp dụng dựa trên hoạt động của quần thể sinh vật tập trung ở màng sinh học có hoạt tính mạnh hơn ở bùn hoạt tính, bởi vì nó có những ưu điểm như sau:

− Chiếm ít diện tích xây dựng vì không cần bể lắng trong

− Đơn giản, dễ dàng cho việc bao, che công trình, khử độc hại, đảm bảo mỹ quan

− Không cần phải rửa lọc, vì quần thể vi sinh vật được cố định trên giá đỡ cho phép chống lại sự thay đổi tải lượng của nước thải

− Dễ dàng, phù hợp với nước thải pha loãng

− Đưa vào hoạt động rất nhanh, ngay cả sau một thời gian dừng làm việc kéo dài hàng tháng

− Có cấu trúc mô-đun và dễ dàng tự động hóa

Bên cạnh những ưu điểm trên thì bể lọc sinh học ngập nước cũng có nhược điểm cần phải khắc phục như:

− Làm tăng tổn thất tải lượng, giảm lượng nước thu hồi

− Tổn thất khí cấp cho quá trình, vì phải tăng lưu lượng khí không chỉ đáp ứng nhu cầu của vi sinh vật mà còn cho nhu cầu cơ thủy lực

− Phun khí mạnh tạo nên dòng chuyển động xoáy làm giảm khả năng giữ huyền phù

2.3.4.2 Bể lọc sinh học nhỏ giọt

Theo Lê Hoàng Việt - Nguyễn Võ Châu Ngân (2014), bể lọc sinh học nhỏ giọt đã được dùng để xử lý nước thải hơn 100 năm qua Bể lọc nhỏ giọt đầu tiên xuất hiện ở Anh năm 1893, hiện nay được sử dụng ở hầu khắp các nước với các trạm xử lý công suất nhỏ Đây là loại bể xử lý sinh học hiếu khí theo kiểu màng sinh học cố định (fixed film process)

Nước thải sau quá trình xử lý sơ cấp để loại chất rắn được phân phối đều trên bề mặt nguyên liệu lọc (hoạt động như giá bám cho vi khuẩn) theo kiểu nhỏ giọt hoặc phun tia Lượng không khí cần thiết cho quá trình được cấp vào nhờ quá trình thông gió tự nhiên qua việc rút không khí theo dòng chảy từ trên xuống và thoát ra từ các cửa trổ trên vách bể, hoặc bằng cách thông khí cưỡng bức Trong bể này vi sinh bám trên các

bề mặt của giá thể tạo thành các màng sinh học, tùy theo độ dày của lớp màng mà từ ngoài vào trong màng có các khu vực hiếu khí, thiếu khí và yếm khí Vi sinh vật sẽ phân hủy các chất hữu cơ chủ yếu theo con đường hiếu khí bằng các phản ứng giống như ở bể bùn hoạt tính Nước thải sau khi qua lớp màng sinh học được thu lại ở hệ thống thu nước phía dưới của bể lọc và đưa qua bể lắng thứ cấp, một phần sẽ được hoàn lưu về cho bể lọc sinh học (đây là đặc điểm chính của quy trình này) (Lê Hoàng Việt - Nguyễn Võ Châu Ngân, 2014)

Bể lọc sinh học nhỏ giọt rất đa dạng, gồm các loại: lọc sinh học nhỏ giọt quay; biophin nhỏ giọt; bể lọc sinh học thô; xử lý nước thải triệt để (Nguyễn Văn Phước, 2007)

Mặt cắt của thiết bị bể lọc sinh học nhỏ giọt quay đã đề cập ở trên được trình bày ở Hình 2.8 dưới đây

Hình 2.8 Thiết bị lọc sinh học nhỏ giọt quay (Nguyễn Văn Phước, 2007)

2.3.4.3 Đĩa tiếp xúc sinh học hay đĩa quay sinh học

Đĩa tiếp xúc sinh học (Rotating Biological Contactor - RBC) đầu tiên được lắp đặt ở Tây Đức vào năm 1960, sau đó du nhập sang Mỹ Đĩa tiếp xúc sinh học được dùng để khử BOD của các hợp chất của các-bon, khử BOD của các hợp chất của các-bon kết hợp với ni-trát hóa nước thải, hoặc dùng để ni-trát hóa nước thải sau quá trình xử lý thứ cấp (Lê Hoàng Việt - Nguyễn Võ Châu Ngân, 2014)

Đĩa quay sinh học gồm hàng loạt đĩa tròn, phẳng được làm bằng PVC (poly vinyl clorit) hoặc PS (poly styrene), lắp trên một trục Các đĩa này được đặt ngập vào nước một phần (khoảng 30 - 40% theo đường kính có khi ngập tới 70 - 90%) và quay chậm khi làm việc Đây là công trình hay thiết bị xử lý nước thải bằng kỹ thuật màng sinh học dựa trên sự sinh trưởng gắn kết của vi sinh vật trên bề mặt của các vật liệu đĩa

Tương tự như bể lọc sinh học, một lớp màng sinh học được hình thành và bám chắc vào vật liệu đĩa quay (Lương Đức Phẩm, 2009)

Hình 2.9 Đĩa quay sinh học (Nguyễn Văn Phước, 2007)

Trong quá trình vận hành, các vi sinh vật sẽ bám vào bề mặt đĩa và dần dần hình thành một lớp bùn nhớt bao quanh bề mặt đĩa Khi đĩa quay xung quanh trục của nó, sinh khối bám trên đĩa sẽ tuần tự tiếp xúc với nước thải và không khí Sự quay của đĩa ảnh hưởng đến tốc độ trao đổi ô-xy và giữ cho sinh khối ở điều kiện hiếu khí Sự quay của đĩa cũng giúp cho việc loại bỏ các chất rắn thừa trên đĩa (bởi lực xé) và giữ cho các chất rắn bị bong ra ở trạng thái lơ lửng, do đó nó có thể theo nước thải ra khỏi bể đi đến bể lắng Đĩa quay sinh học có thể sử dụng như công đoạn xử lý thứ cấp, hay để ni-trát hóa, khử ni-trát trong nước thải (Lê Hoàng Việt và Nguyễn Võ Châu Ngân, 2014)

CHƯƠNG III: PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP

NGHIÊN CỨU 3.1 MỤC ĐÍCH, ĐỊA ĐIỂM, THỜI GIAN, ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

3.1.1 Mục đích

Khảo sát khả năng xử lý nước thải thủy sản của giá thể mới trong hai bể lọc sinh học ngập nước có cùng thời gian lưu Nhưng mô hình hai bể lọc sinh học ngập nước hoạt động theo hai kiểu là khí-nước chuyển động cùng chiều và khí-nước chuyển động ngược chiều Ngoài ra còn xác định thời gian lưu thích hợp nhất cho giá thể tự chế được ứng dụng trong thí nghiệm

3.1.2 Địa điểm và thời gian thực hiện

Địa điểm đặt mô hình: phòng thí nghiệm Công trình Xử lý Môi Trường - Bộ Môn Kỹ Thuật Môi Trường - Khoa Môi Trường & Tài Nguyên Thiên Nhiên - Trường Đại học Cần thơ

Địa điểm phân tích các chỉ tiêu: phòng thí nghiệm Xử lý nước thải, phòng thí nghiệm Chất thải rắn, phòng thí nghiệm Hóa kỹ thuật môi trường - Khoa Môi Trường & Tài Nguyên Thiên Nhiên - Trường Đại học Cần thơ

Thời gian thực hiện: từ 8/2014 đến 12/2014 của học kì I năm học 2014 - 2015

3.1.3 Đối tượng nghiên cứu

Nước thải được lấy từ hố thu nước tập trung của Công ty Cổ phần Thủy sản Mekong - khu Công nghiệp Trà Nóc - TPCT Thời gian lấy mẫu thường vào khoảng 8 giờ sáng, lúc này nước thải của nhà máy rất đậm đặc, hàm lượng chất ô nhiễm rất cao Vị trí lấy mẫu được trình bày ở Hình 3.1

Hình 3.1 Vị trí lấy mẫu (hố thu nước tập trung của Công ty Cổ phần Thủy Sản Mekong)

3.1.4 Phạm vi nghiên cứu

Theo Nguyễn Thế Đồng (2011), đối với các nhà máy chế biến cá da trơn, nước thải thường có hàm lượng mỡ cao, vì thế trong quy trình công nghệ thường có thêm bước tiền xử lý Nhằm mục đích loại bỏ mỡ và ván mỡ trong nước thải, trước khi đi vào công trình xử lý sinh học và nhiều công đoạn xử lý kế tiếp khác trong quy trình xử lý, khi đó mới được phép xả thải vào nước nguồn Nhưng trong đề tài này chỉ áp dụng một công đoạn chính là công đoạn xử lý sinh học hiếu khí, dạng sinh trưởng dính bám trên bể lọc sinh học ngập nước Đó chính là công đoạn thay thế 3 công đoạn được khoanh trong Hình 3.2 dưới đây

Hình 3.2 Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải chế biến thủy sản áp dụng quá trình hoá lý kết hợp sinh học hiếu khí (Nguyễn Thế Đồng, 2011)

Mương tách dầu & mỡ

Thiết bị lược rác tinh Bể tiếp nhận

Bể lọc áp lực

Bể khử trùng Nguồn tiếp nhận

Bể Anoxic

Bể sinh học BHTLL

Bể sinh học BHTDB

Bên cạnh đó, đề tài được tiến hành trên quy mô phòng thí nghiệm bằng việc ứng dụng

mô hình bể lọc sinh học ngập nước sử dụng giá thể tự chế với thời gian lưu tốt nhất được chọn ở thí nghiệm định hướng để làm cơ sở cho việc tiến hành thí nghiệm chính thức thông qua các chỉ tiêu: pH, TSS, COD, BOD5, TKN, NH4+, NO3 −, TP

Vật liệu để vi sinh vật dính bám là giá thể tự chế làm từ chai nhựa PET đã qua sử dụng như Hình 3.3

Hình 3.3 Nguyên liệu và cách chế tạo giá thể sử dụng trong nghiên cứu

Các chai nhựa cùng loại như Hình 3.3 (bên trái) được thu mua tại các quán cà-phê, quận Ninh Kiều-TPCT Sau đó rửa sạch rồi cắt thành các khoanh và dùng lửa đèn cầy thu nhỏ chúng như Hình 3.3 (bên phải) Cuối cùng thu được sản phẩm là giá thể sử dụng trong thí nghiệm Hình 3.4

Hình 3.4 Giá thể tự chế

Diện tích bể mặt riêng của giá thể tự chế: tất cả giá thể vừa được chế tạo sẽ cho vào khối lồng kẽm để cố định chúng trong bể lọc sinh học ngập nước Lồng làm từ lưới kẽm kết thành khối trụ vuông cạnh 14 cm = 0.14 m, chiều cao 70 cm = 0.7 m, giá thể

được cho vào bể lọc sinh học ngập nước một cách ngẫu nhiên Mỗi khoanh giá thể có chiều dài khoảng l ≈ 3.5 cm ≈ 0.035 m; đường kính d ≈ 5.5 cm ≈ 0.055 m  bán kính khoanh giá thể r ≈ 0.0275 m Từ các số liệu trên có thể tính được các thông số kỹ thuật khác như sau:

Bảng 3.1 Các thông số kỹ thuật về giá thể tự chế Thông số kỹ thuật Giá trị

Thể tích khối lồng cố định giá thể (m 3 ) 0.01372

Số lượng giá thể trong mỗi khối lồng (khoanh) 1000 Diện tích tiếp xúc toàn phần của mỗi giá thể (m 2 ) 0.0121 Tổng diện tích bề mặt của khối giá thể (A) trong mỗi (m 2 ) 12.096 Diện tích bề mặt riêng của giá thể trong mỗi (m 2 m−3) 881.57

3.2 CÁC BƯỚC TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM 3.2.1 Chuẩn bị điều kiện thí nghiệm

Đầu tiên là chuẩn bị giá thể như đã đề cập ở phần trên và các dụng cụ phụ trợ để thực hiện thí nghiệm gồm: bình Ma-ri-ốt, máy sục khí, thùng chứa nước thải v.v Sau đó tiến hành thiết kế mô hình hai bể lọc sinh học ngập nước

Do kinh phí thực hiện đề tài giới hạn nên không thể chọn máy điều chỉnh lưu lượng mà thay vào dó là sử dụng bình Ma-ri-ốt Vì cấu tạo bình Ma-ri-ốt rất đơn giản và có thể

tự chế tạo gồm một cái bình đậy nắp kín, 1 ống thủy tinh hoặc nhựa cắm xuyên qua nắp đậy và 1 vòi nước ra có van ở đáy bình Cấu tạo bình Ma-ri-ốt như Hình 3.5

Hình 3.5 Cấu tạo bình Ma-ri-ốt

Nguyên lí hoạt động của bình Ma-ri-ốt: khi mở van đầu ra (3), mực nước trong bình sẽ

hạ xuống và không khí bên ngoài (1) sẽ theo ống (2) luồn qua lớp nước rồi nổi lên trên mặt lớp nước trong bình Lúc này áp suất từ mực C trở lên bằng áp suất khí quyển Do

dó, nước chảy ra từ bình Ma-ri-ốt là không đổi Nếu vòi nước ra nằm ngang ống (2)

B

C

A Ống thủy tinh

(hoặc nhựa)

Vòi nước ra Nắp bình Ma-ri-ốt

(3) (2)

(1)

hoặc nằm giữa bình Ma-ri-ốt thì nước trong bình chảy ra không đều

3.2.2 Chế tạo mô hình

Chọn vật liệu chế tạo mô hình: kiếng dày 5 mm vì vật liệu kiếng có giá thành thấp, dễ quan sát quá trình hoạt động bên trong và dễ dàng vệ sinh bể khi cần thiết Các dụng

cụ phụ trợ khác: van hơi bằng đồng, van nhựa (ø 21 mm), ống nhựa (ø 21 mm), co

nhựa chữ T, tấm mê-ca dày 2 mm (làm máng tràng răng cưa), v.v

Yêu cầu kỹ thuật đối với mô hình: sau khi chế tạo và lắp ráp hoàn chỉnh thì mô hình phải minh họa rõ các nguyên tắc hoạt động bên trong; kích thước nhỏ gọn; dễ tháo lắp khi có sự cố đặc biệt và vệ sinh mô hình v.v Sau đây là kích thước của hai bể lọc sinh học ngập nước Hình 3.6

Hình 3.6 Hình chiếu bể lọc sinh học ngập nước kiểu khí-nước cùng chiều

1 Máng tràn răng để thu nước sau xử lý, 2 Ống dẫn nước thải vào bể (ø 21), 3 Ống dẫn nước sau xử

lý ra khỏi bể, 4 Khối giá thể tự chế Nhằm muốn so sánh khả năng xử lý của hai cơ chế hoạt động là khí-nước đi qua bể lọc sinh học ngập nước kiểu ngược chiều và cùng chiều Do đó kích thước của bể lọc sinh

10

9 c

m

7

0 c