Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu xử lý cod, nitơ bằng quá trình bùn hoạt tính tăng trưởng dính bám cố định cho nước thải chợ đầu mối nông sản thực phẩm bình điền

Chợ ĐMNSTP Bình Điền thuộc Trung tâm Thương mại Bình Điền (đại lộ Nguyễn Văn Linh, khu phố 6, phường 7, quận 8, TP HCM) do Tổng Công ty Thương mại Sài Gòn TNHH MTV (SATRA) làm chủ đầu tư với quy mô 65 ha. Chợ có vị trí chiến lược về giao thông thủy bộ, quỹ đất rộng phù hợp với định hướng phát triển chung của thành phố và nằm liền kề với nguồn cung ứng nông sản lớn – Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL). Chợ ĐMNSTP Bình Điền đóng vai trò là nhà phân phối hàng hóa chính cho hơn 14 triệu dân ở TP.HCM và các tỉnh lân cận. Đây được xem là mô hình chợ đầu mối tiêu biểu thực hiện theo chủ trương của thành phố nhằm di dời các chợ nhỏ lẻ trong nội thành, giải quyết việc ùn tắc giao thông, vệ sinh môi trường và mỹ quan đô thị. Giá trị và sản lượng giao dịch hằng năm tại chợ tăng từ 10% 15%. Hiện chợ ĐMNSTP Bình Điền có hơn 1.500 thương nhân và khoảng từ 25.000 30.000 người đến giao dịch mua bán mỗi ngày. Sản lượng hàng hóa giao dịch hằng đêm tại chợ khoảng 2.450 tấn với giá trị giao dịch ước đạt 100 tỉ đồngđêm. Chợ có tổng cộng 7 nhà lồng chuyên bán một ngành hàng khác nhau giúp người mua dễ dàng lựa chọn, gồm (1) hoa tươi (nhà lồng A); (2) rau củ quả (nhà lồng B); (3) cá đồng và hải sản phụ (nhà lồng D); (4) thủy hải sản tươi sống (nhà lồng F); (5) thịt gia súc, gia cầm, gạo, đậu, đường, mè (nhà lồng H); (6) thủy hải sản khô (nhà lồng K) và (7) trái cây (nhà lồng T, Ts). Thủy hải sản được xem là thế mạnh lớn nhất của chợ ĐMNSTP Bình Điền. Khu nhà lồng F kinh doanh thủy hải sản biển có diện tích 20.000 m2 với 288 ô kinh doanh. Mặt hàng chủ lực là cá biển tươi, cá thu, cá bớp, cá ngừ, mực và tôm các loại…; chiếm 70% thị phần thủy hải sản biển của TP.HCM, doanh thu hằng đêm từ 45 50 tỉ đồng. Trước nhu cầu mở rộng phát triển ngành thủy hải sản, SATRA tiếp tục chỉnh trang 12 khu nhà lồng D và đã đi vào hoạt động sau Tết Nguyên đán Bính Thân 2016. Đầu năm 2016, chợ tăng cường thêm các gian hàng bán mặt hàng hải sản phụ, cá biển, cá đồng. Trong khu vực trưng bày có kinh doanh hải sản sống cao cấp như cá bống mú, tôm càng, cá chẽm...và đây cũng là nguồn phát sinh lượng nước thải nhiều nhất có lẫn nhiều máu động vật trong quá trình sơ chế cá, thịt tại chỗ và hóa chất tẩm ướp, muối, đá, urê … có chứa hàm lượng các chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học dẫn đến việc suy giảm hàm lượng oxy trong nước mặt và tăng hàm lượng COD, BOD5, các chất dinh dưỡng Nitơ, phospho và vi sinh vật gây bệnh đối với nguồn nước tiếp nhận. Theo quy hoạch định hướng mở rộng quy mô thương mại trong tương lai, Ban quản lý chợ Bình Điền sẽ đầu tư nâng cấp các công trình hạ tầng kỹ thuật trong đó các công trình bảo vệ môi trường cụ thể là hệ thống nước cấp, hệ thống nước thải và quản lý chất thải rắn. Năm 2012, nhà máy xử lý nước thải được thiết kế, vận hành với công suất là 2500m3ngđ. Thời gian gần đây trạm xử lý nước thải đang vận hành với tổng lượng nước thải thu gom tại chợ ĐMNSTP Bình Điền dao động từ 2.500 – 3.500m3ngđ (theo báo cáo Quản lý tổng thể môi trường chợ Bình Điền, 62017) gây ra tình trạng quá tải so với công suất thiết kế làm ảnh hưởng đến chất lượng nước sau xử lý không đạt quy chuẩn xả thải. Đây là nguyên nhân ảnh hưởng trực tiếp đến môi trường nước 2 mặt xung quanh (sông chợ Đệm) bởi nồng độ các chất gây ô nhiễm chủ yếu là (1) COD dao động 560 – 1.200 mgL, tỉ lệ BOD5COD là 87 – 92%, (2) nitơ tổng 160 – 198 mgL trong đó NH+4 126 – 148 mgL, Norg 30,2 – 60,4 mgL. Ngoài ra, TDS có giá trị từ 3.500 – 5.000 mgL, Cl khoảng 1.800 – 2.200 mgL (theo báo cáo Quản lý tổng thể môi trường chợ Bình Điền, 122016). Dựa vào đặc tính nước thải của chợ ĐMNSTP Bình Điền áp dụng công nghệ sinh học rất khả thi để xử lý các thành phần ô nhiễm. Hiện nay, trong xử lý nước thải các quá trình xử lý sinh học được áp dụng nhằm (1) chuyển hóa các thành phần có khả năng phân hủy sinh học ở dạng hòa tan và không hòa tan đạt yêu cầu xả thải vào nguồn nước tiếp nhận; (2) kết hợp các chất rắn lơ lửng và hạt keo không tan trong các bông bùn hoặc màng sinh học (biofilm); (3) chuyển hóa hoặc loại bỏ các chất dinh dưỡng (nitơ và phospho) (Trần Thị Mỹ Diệu, 2014). Để đáp ứng khả năng xử lý chất hữu cơ kết hợp với nitơ trong cùng một công trình xử lý sinh học thì quá trình bùn hoạt tính hiếu khí tăng trưởng dính bám cố định là sự kết hợp các điều kiện tối ưu của hai quá trình xử lý bao gồm hiếu khí và thiếu khí trong cùng một công trình sinh học. Vì vậy, nội dung nghiên cứu sẽ tập trung vào 3 yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý các chất hữu cơ và các hợp chất chứa Nitơ (1) tải trọng chất hữu cơ; (2) độ kiềm bổ sung và (3) nồng độ oxy hòa tan.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VĂN LANG KHOA CÔNG NGHỆ VÀ QUẢN LÝ MÔI TRƯỜNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGHIÊN CỨU CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN HIỆU XỬ LÝ COD, NITƠ BẰNG QUÁ TRÌNH BÙN HOẠT TÍNH TĂNG TRƯỞNG DÍNH BÁM CỐ ĐỊNH CHO NƯỚC THẢI

CHỢ ĐẦU MỐI NÔNG SẢN THỰC PHẨM BÌNH ĐIỀN

Chuyên ngành: Kỹ thuật Môi trường

Mã số: CH1250E

Võ Thị Hồng Nhung

Hướng dẫn khoa học: TS Nguyễn Trung Việt

Khoa Công nghệ và Quản lý Môi trường Trường Đại học Văn Lang

Tp Hồ Chí Minh, 10/2016 TRƯỜNG ĐẠI HỌC VĂN LANG KHOA CÔNG NGHỆ VÀ QUẢN LÝ MÔI TRƯỜNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGHIÊN CỨU CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN HIỆU QUẢ

XỬ LÝ COD, NITƠ BẰNG QUÁ TRÌNH BÙN HOẠT TÍNH TĂNG TRƯỞNG DÍNH BÁM CỐ ĐỊNH CHO NƯỚC THẢI CHỢ ĐẦU MỐI NÔNG SẢN THỰC PHẨM BÌNH ĐIỀN

Chuyên ngành: Kỹ thuật Môi trường

Mã số: CH1250E

Võ Thị Hồng Nhung

Hướng dẫn khoa học: TS Nguyễn Trung Việt

Luận văn được chấp thuận bởi Hội đồng phản biện gồm:

PGS.TS Lê Thanh Hải - Chủ tịch Hội đồng ………

TS Trịnh Bảo Sơn - Phản biện 1 ………

GVC TS Lê Thị Kim Oanh - Phản biện 2 ………

Luận văn Thạc sĩ được bảo vệ tại Hội đồng chấm luận văn Thạc sĩ Trường Đại Học Văn Lang

Ngày 15 tháng 10 năm 2016

Luận văn “Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý COD,

Nitơ bằng quá trình bùn hoạt tính tăng trưởng dính bám cố định cho nước thải chợ đầu mối nông sản thực phẩm Bình Điền” đã được chỉnh

sửa theo kết luận của Hội đồng chấm luận văn Thạc sĩ tại Trường Đại học Văn Lang ngày 15 tháng 10 năm 2016 Biên bản chỉnh sửa được đính kèm Luận văn này.

Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 10 năm 2016

Xác nh ận của Giáo viên hướng dẫn Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng

TS Nguyễn Trung Việt PGS TS Lê Thanh Hải

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

BẢN GIẢI TRÌNH CÁC NỘI DUNG CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ

Ngành Kỹ thuật Môi trường

Kính gửi: Hội đồng chấm luận văn thạc sĩ

Ban chủ nhiệm Khoa Công nghệ và Quản lý Môi Trường

Tôi tên là:Võ Thị Hồng Nhung

Ngày tháng năm sinh: 26/01/1989 Nơi sinh: xã Diên Xuân

Là học viên cao học Ngành Kỹ thuật Môi trường, Khóa 1 (2012), Lớp K2M.CH1

Luận văn thạc sĩ đã trình bày trước Hội đồng ngày tháng năm với tên đề tài:

“Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý COD và Nito bằng quá trình bùn

hoạt tính hiếu khí tăng trưởng dính bám cố định cho nước thải chợ đầu mối nông sản thực phẩm Bình Điền”

Tôi đã hoàn chỉnh luận văn theo các ý kiến đóng góp của Hội đồng và nhận xét của giáo viên phản biện Các nội dung hiệu chỉnh như sau:

Nội dung góp ý Giải trình nội dung đã chỉnh sửa

(chỉ rõ trang nào trong luận văn đã chỉnh sửa)

Nghiên cứu không tập trung vào việc

phân loại vi sinh vật nên cần lượt bỏ

bớt thông tin và hình ảnh các vi sinh vật

trong phần tổng quan

Đã chỉnh sửa tại trang 12

Chỉnh sửa, phân bố lại nội dung tổng

quan các yếu tố ảnh hưởng cho phù

hợp

Đã chỉnh sửa tại trang 13, 14, 15, 16,17, 18

Mục 2.3 cần sửa lại tiêu đề một số công

trình xử lý nước thải trong nước

Đã chỉnh sửa tại trang 21

Bổ sung thêm phương pháp luận nghiên

cứu cho mô hình thí nghiệm

Đã chỉnh sửa tại trang 22, 24

Hiệu chỉnh lại cách viết văn cho dễ hiểu Đã chỉnh sửa tại trang 25

Bổ sung lập luận về lựa chọn thời gian

lưu nước 12h

Đã hiệu chỉnh bổ sung tại trang 28

Bổ sung về lập luận nồng độ oxy hoà

tan ở trang 34 mục 3.5

Đã hiệu chỉnh bổ sung tại trang 29, 30

Bổ sung thêm các phương pháp phân

tích mẫu

Đã hiệu chỉnh bổ sung tại trang 30, 31

Liệt kê thêm tài liệu tham khảo Đã hiệu chỉnh bổ sung tại trang vii

Không nên đưa đường link quá dài vào Đã hiệu chỉnh tại trang 33, 34

Mẫu CH07

bài viết

Giải thích đồ thị hình 4.4 Đã giải thích tại trang 35

Bỏ bớt nội dung trùng nhau giữa hình

4.6 – và hình 2.1

Đã hiệu chỉnh bổ sung tại trang 38

Kết luận ghi rõ các thông số tối ưu để

đạt hiệu quả xử lý COD và Nito

Đã hiệu chỉnh tại trang 60

Xác nhận của Giáo viên hướng dẫn

(Ký tên, ghi rõ họ tên)

Tp Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 10 năm 2016

CAM KẾT

Tôi xin cam đoan danh dự rằng kết quả nghiên cứu của đề tài “Nghiên

cứu các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý COD, Nitơ bằng quá trình bùn hoạt tính tăng trưởng dính bám cố định cho nước thải chợ đầu mối nông sản thực phẩm Bình Điền” là kết quả lao động của chính

tác giả, chưa được người khác công bố trong bất cứ công trình nghiên cứu

LỜI CẢM ƠN

Trong những năm tôi cắp sách đến trường Đại học Văn Lang học tập và vui chơi Ngôi trường này trở thành điểm hẹn, tạo điều kiện cho tôi gặp gỡ, làm quen với những người bạn mới, anh chị mới khoá trên, thầy cô mới Hình ảnh về họ hiện lên là sự vui vẻ, thân thiện, cởi mở còn mãi Giờ đây ai cũng có ước mơ, lựa chọn cho mình một lối đi riêng nhưng tất cả chúng tôi luôn nhớ về nhau như một phần thuộc về miền kí ức tươi đẹp thời tuổi trẻ Từng cái tên sẽ còn được nhắc đến: Linh, Thắng, Trung (Tây Ninh), Trung (Bình Định), Huỳnh Anh, Nguyên, Huyền, Khánh (find)… Trong quá trình học tập nghiên cứu tập thể cán bộ và thầy cô ở khoa Môi trường đã giúp đỡ tôi rất nhiều „‟Em cảm ơn

cô Lê Thị Kim Oanh, cô Trần Thị Mỹ Diệu, Thầy Nguyễn Kim Thanh, Chị Phạm Hải Yến, Chị Trương Mộng Diễm, Chị Trần Thu Trang, anh Hà Vĩnh Phước, anh Lê Minh Trường, Chị Thảo, em Định, em Thế Anh, em Chí, em Khải…‟‟

Năm 2012 là một năm kinh tế khủng hoảng chưa có kinh nghiệm môi trường làm việc, sinh viên ra trường ở thời điểm đó đa số thất nghiệp, tôi không phải là trường hợp ngoại lệ Đồng thời tôi quyết định tìm kiếm cơ hội việc làm ở thầy cô Tại quán cafe Hiland (Hàm Nghi) một cuộc hẹn và một tách cafe trò chuyện cùng Thầy đã đem đến

cơ hội việc làm cho tôi Cảm xúc như vỡ oà, nhen nhóm hi vọng khi được làm đúng chuyên ngành đồng thời tiếp tục hành trình học vấn, khoảng thời gian hoàn thành tấm bằng thạc sĩ là cả một quá trình dài tìm hiểu đi sâu hơn trong lĩnh vực chuyên ngành kỹ thuật môi trường Đặc biệt, tôi được học tập và làm việc cùng thầy, người đã có 60 tuổi đời, gần 40 năm kinh nghiệm trong ngành, với nhiều thành tựu trong lĩnh vực nghiên cứu khoa học môi trường Trong 2 năm làm việc với Thầy đã giúp tôi khá hơn, tự tin hơn về chuyên môn Đặc biệt, Thầy luôn dạy sống có trách nhiệm với cuộc sống, rèn luyện ý chí, giúp đỡ yêu thương mọi người, luôn suy nghĩ phức tạp mọi vấn đề để tìm cách giải quyết, xử lý công việc đơn giản nhất có thể Tôi sẽ luôn nhớ về Thầy Nguyễn Trung Việt bằng tất cả sự kính trọng, biết ơn và quý mến Thầy „‟Em cảm ơn Thầy rất nhiều‟‟

Sự hỗ trợ, giúp đỡ trực tiếp từ em Phan Nguyễn Nguyệt Minh có ý nghĩa rất lớn suốt quá trình học lại kiến thức ngủ quên trong tôi lâu nay Trong mắt tôi em là cô gái nhỏ bé đầy nghị lực nhưng vô cùng mạnh mẽ về ý chí Em đồng hành trong suốt thời gian làm

mô hình thí nghiệm, chịu khó lắng nghe tôi hỏi, cố gắng giải thích cho tôi hiểu và nhiệt tình tranh luận mổ xẻ các vấn đề để khắc sâu thêm kiến thức cho tôi Lời cảm ơn này tôi xin dành cho em „‟Chị cảm ơn em Min Min.”

Tôi luôn cảm thấy hãnh diện, tự hào và may mắn khi có được ba mẹ yêu thương con hết mực, có chú em Bi, có cô em Đào, họ là một phần không thể thiếu trong cuộc sống, luôn sát cánh cùng ước mơ, động viên tinh thần Gia đình là cái nôi, hình thành nhân cách, nuôi dưỡng ước mơ, chốn bình yên, là bến đỗ vỗ về mọi cảm xúc của tôi Sự hi sinh lớn lao, tình thương vĩ đại luôn dành cho tôi trọn vẹn Con dành lời cảm ơn yêu thương này cho gia đình “ Con yêu ba mẹ, chị hai yêu chú em Bi, và cô em Đào”

Võ Thị Hồng Nhung

TÓM TẮT

Thành phần nước thải của chợ Đầu mối nông sản thực phẩm Bình Điền có (1) CODtc

700 -1120 mgO2/L (2) CODlọc từ 800 – 1160 mgO2/L, (3) BOD5 có giá trị từ 782 – 1.216 mgO2/L, COD hòa tan chiếm khoảng 95 - 99%, tỷ lệ giữa BOD/COD là 85 – 95%, (4) ammonia từ 100 – 200 mg/L, (5) độ kiềm 400 – 600 mgCaCO /L, (6) TDS 4.120 – 5.110

cơ là 2,5 – 3,2 kgCOD/m3.ngđ, hiệu quả xử lý CODtc là 80 – 87%, nồng độ CODtc giảm

từ 700 - 1120 mgO2/L xuống 144 – 96 mgO2/L Ammonia 56 – 75%, nồng độ ammonia

từ 100 – 200 mg/L giảm xuống 82 – 52 mg/L, hiệu quả xử lý nitrat là 70 - 76%, nồng độ nitrat sau xử lý 60 – 20 mg/L Khi vận hành tải trọng ammonia từ 0,2 – 0,4 kgN-

NH4+/m3.ngđ thì hiệu quả xử lý ammonia đạt 85 – 95%, nồng độ ammonia giảm từ 100 – 200 mg/L xuống 19 – 6 mg/L với điều kiện có bổ sung thêm 130 mgNaHCO3/L giúp cho tốc độ nitrat hoá xảy ra nhanh hơn và giảm được thời gian lưu nước từ 19 giờ xuống còn 12 giờ Riêng nồng độ oxy hoà tan từ 3,0 – 4,0 mgO2/L cho hiệu quả xử lý ammonia 91 – 95% và nitrat là 85 - 90%

ABSTRACT

This study stimulates an attached growth process in which activated sludge fixes on the surface of random packs that is filled in the tank The slime layer which develops on the media in the tank allows to form a biofilm of three zones, aerobic, anaerobic, and anoxic The characteristic of Binh Dien Whole Sale Market‟s wastewater contains (1) CODt ranging from 700 – 1.120 mg/L; (2) CODs ranging from 800 – 1.160 mg/L; (3) BOD5 ranging from 782 – 1.216 mg/L with the BOD5/CODt ratio of 85 – 95%; (4) N_NH4+ ranging from 100 – 200 mg/L; (5) alkalinity of 400 – 600 mg CaCO3/L; (6) TDS

of 4.120 – 5.110 mg CaCO3/L; (7) Cl- of 1.800 – 2.200 mg/L The study on factors affecting the efficiency of substrate and nitrogen removal by applying attached growth process at the organic loading rate of 2.5 – 3.5 kgCOD/m3

.day shows the CODt removal efficiency of 80 – 87% which accounted for the CODt decreases from 700 -1.120 mg/L

4/m3.day, ammonia removal efficiency reaches 85 – 95% which accounted for the N_NH+

4 decreases from 100 - 200 mg/L to

19 – 6 mg/L, however, there is a need to control alkalinity by adding 130 mg NaHCO3

per liter of wastewater At the DO of 3,0 – 4,0 mgO2/L, the removal efficiency of N_NH4+

and N_NO3- are 91 – 95% and 85 – 90%, respectively In this technology, HRT must be reduced from 19hrs to 12hrs while alkalinity must be added to hasten the nitrification rate

MỤC LỤC

Trang bìa

Trang bìa lót

Trang bìa có tên chủ tịch và hai phản biện

Xác nhận luận văn đã được chỉnh sửa

Biển bản họp hội đồng chấm luận văn

Nhận xét Phản biện 1

Nhận xét Phản biện 2

Biên bản giải trình các nội dung chỉnh sửa luận văn

Cam kết của học viên về nội dung của luận văn

2.1 Tổng quan về hiện trạng trạm xử lý nước thải chợ ĐMNSTP Bình Điền công suất

2.2 Tổng uan uá trình tăng trư ng inh học hi u h 6

2.2.3 Khả năng thích nghi của vi khuẩn nitrat hóa với môi trường có nồng độ muối cao 10 2.2.4 Đối với các uá trình sinh học với vi sinh vật tăng trưởng dạng lơ lửng 11

2.2.6 Các yếu tố ảnh hưởng đến các quá trình xử lý nước thải sinh học hiếu khí 13

2.3 Một số công trình thực t ứng dụng công nghệ hi u khí dính bám Việt Nam 17

2.3.1 Công nghệ TXLNT Công ty TNHH XNK Thủy sản An Phát chế biến cá da trơn 17

3.2 Nghiên cứu thành phần nước thải phát inh và đánh giá hiệu quả xử lý của trạm xử lý

3.3 Nghiên cứu ảnh hư ng của tải trọng chất hữu cơ đ n hiệu quả xử lý COD, Nitơ 23 3.4 Nghiên cứu ảnh hư ng của độ kiềm đ n hiệu quả xử lý COD và Nitơ 24 3.5 Nghiên cứu ảnh hư ng của nồng độ oxy đ n hiệu quả xử lý COD và NH+4 26

4.1 Nghiên cứu thành phần và hiệu quả xử lý của trạm xử lý nước thải chợ ĐMNSTP Bình

4.1.3 Đánh giá hiệu quả xử lý của công trình xử lý nước thải chợ Đ NSTP Bình Điền

4.2 Nghiên cứu ảnh hư ng của tải trọng chất hữu cơ đ n hiệu quả xử lý các chất hữu cơ

4.3 Nghiên cứu ảnh hư ng của độ kiềm đ n hiệu quả xử lý Nitơ (có bổ sung kiềm) 48 4.4 Nghiên cứu ảnh hư ng của nồng độ oxy hòa tan đ n hiệu quả xử lý COD, Nitơ 51

DANH SÁCH CHỮ VIẾT TẮT

DANH SÁCH BẢNG

Bảng 2.2 Thành phần nước thải đầu vào, đầu ra và hiệu quả của hệ thống xử lý nước thải 17 Bảng 3.1 Thông số kỹ thuật của mô hình thí nghiệm 20

Bảng 3.4 Thông số vận hành dạng mẻ trong giai đoạn thích nghi với tải trọng chất hữu cơ 0,7

Bảng 3.5 Thông số vận hành mô hình dạng mẻ trong giai đoạn nâng tải trọng 24

Bảng 3.6 Thông số vận hành mô hình dạng mẻ xác định độ kiềm ảnh hư ng đ n hiệu quả xử

Bảng 4.2 Thành phần hóa học của một số loài hải sản khác 32

Bảng 4.3 Thành phần nước thải chợ ĐMNSTP Bình Điền 34

DANH SÁCH HÌNH

Hình 2.1 Sơ đồ dây chuyền công nghệ trạm xử lý nước thải hiện hữu công suất

Hình 2.2 Đồ thị về sự tăng trư ng của vi khuẩn trong bể xử lý 8

Hình 2.3 Đồ thị về sự tăng trư ng tương đối của các vi sinh vật trong bể xử lý nước thải 8 Hình 3.1 Mô hình bùn hoạt t nh tăng trư ng dính bám cố định 19

Hình 4.1 Sơ đồ giới thiệu nguồn phát inh nước thải chợ Đầu mối nông sản thực phẩm Bình

Hình 4.2 Bi n thiên giá trị độ kiềm và pH của nước thải tập trung chợ ĐMNSTP Bình Điền tại

Hình 4.3 Bi n thiên giá trị TDS (tổng chất rắn) của nước thải tập trung chợ ĐMNSTP Bình

Hình 4.4 Bi n thiên giá trị COD tc , COD lọc và BOD của nước thải tập trung chợ ĐMNSTP

Hình 4.5 Bi n thiên giá trị N-NH+4 của nước thải tập trung chợ ĐMNSTP Bình Điền tại hố thu

Hình 4.7 Bi n thiên giá trị SS đầu vào ra tại bể lắng đợt 1 35

Hình 4.8 Bi n thiên nồng độ DO bể hi u khí theo thời gian 36

Hình 4.9 Bi n thiên nồng độ COD sau bể hi u khí theo thời gian 37

Hình 4.10 Bi n thiên nồng độ N-NH4+ sau bể hi u khí theo thời gian 38

Hình 4.11 Bi n thiên nồng độ SS sau bể hi u khí theo thời gian 39

Hình 4.12 Nồng độ COD tc vận hành giai đoạn thích nghi L = 0,7 – 1,12 kgCOD/m 3 ngđ 40

Hình 4.14 Bi n thiên ammonia và nitrat trong giai đoạn thích nghi Lorg 0,7 – 1,12 kg

Hình 4.16 Một số hình ảnh về vi sinh vật trong giai đoạn vận hành mô hình profile bùn 42

Hình 4.17 Bi n thiên giá trị độ kiềm và pH theo thời gian 42

Hình 4.18 Bi n thiên giá trị N-NH+4, N-NO-3, N-NO-2 theo thời gian 43

Hình 4.19 Bi n thiên nồng độ COD trong giai đoạn nâng tải trọng TN3, TN4, TN5 44

Hình 4.20 Bi n thiên nồng độ kiềm trong giai đoạn nâng tải trọng TN3, TN4, TN5 45

Hình 4.21 Bi n thiên nồng độ ammonia và nitrate trong giai đoạn nâng tải trọng TN3, TN4,

Hình 4.22 Lớp vi sinh vật dính bám lên bề mặt vật liệu ti p xúc trong giai đoạn nâng tải trọng

47

Hình 4.23 Mô hình vận hành trong giai đoạn th ch nghi và giai đoạn nâng tải trọng 47

Hình 4.24 Bi n thiên độ kiềm đầu vào hi chưa bổ ung độ kiềm 49

Hình 4.25 Bi n thiên nồng độ Ammonia trong giai đoạn bổ sung kiềm 50

Hình 4.26 Bi n thiên độ kiềm theo thời gian có bổ ung độ kiềm TN7, TN8, TN9 52

Hình 4.27 Bi n thiên nồng độ Ammonia theo thời gian có bổ ung độ kiềm 52

Hình 4.28 Mô hình sau thời gian ngưng ục khí 1 ngày 54

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG

1.1 Đặt vấn đề

Chợ ĐMNSTP Bình Điền thuộc Trung tâm Thương mại Bình Điền (đại lộ Nguyễn Văn Linh, khu phố 6, phường 7, quận 8, TP HCM) do Tổng Công ty Thương mại Sài Gòn - TNHH MTV (SATRA) làm chủ đầu tư với quy mô 65 ha Chợ có vị trí chiến lược về giao thông thủy bộ, quỹ đất rộng phù hợp với định hướng phát triển chung của thành phố và nằm liền kề với nguồn cung ứng nông sản lớn – Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) Chợ ĐMNSTP Bình Điền đóng vai trò là nhà phân phối hàng hóa chính cho hơn 14 triệu dân ở TP.HCM và các tỉnh lân cận Đây được xem là mô hình chợ đầu mối tiêu biểu thực hiện theo chủ trương của thành phố nhằm di dời các chợ nhỏ lẻ trong nội thành, giải quyết việc ùn tắc giao thông, vệ sinh môi trường và mỹ quan đô thị Giá trị

và sản lượng giao dịch hằng năm tại chợ tăng từ 10% - 15% Hiện chợ ĐMNSTP Bình Điền có hơn 1.500 thương nhân và khoảng từ 25.000 - 30.000 người đến giao dịch mua bán mỗi ngày Sản lượng hàng hóa giao dịch hằng đêm tại chợ khoảng 2.450 tấn với giá trị giao dịch ước đạt 100 tỉ đồng/đêm

Chợ có tổng cộng 7 nhà lồng chuyên bán một ngành hàng khác nhau giúp người mua

dễ dàng lựa chọn, gồm (1) hoa tươi (nhà lồng A); (2) rau củ quả (nhà lồng B); (3) cá đồng và hải sản phụ (nhà lồng D); (4) thủy hải sản tươi sống (nhà lồng F); (5) thịt gia súc, gia cầm, gạo, đậu, đường, mè (nhà lồng H); (6) thủy hải sản khô (nhà lồng K) và (7) trái cây (nhà lồng T, Ts)

Thủy hải sản được xem là thế mạnh lớn nhất của chợ ĐMNSTP Bình Điền Khu nhà lồng F kinh doanh thủy hải sản biển có diện tích 20.000 m2 với 288 ô kinh doanh Mặt hàng chủ lực là cá biển tươi, cá thu, cá bớp, cá ngừ, mực và tôm các loại…; chiếm 70% thị phần thủy hải sản biển của TP.HCM, doanh thu hằng đêm từ 45 - 50 tỉ đồng Trước nhu cầu mở rộng phát triển ngành thủy hải sản, SATRA tiếp tục chỉnh trang 1/2 khu nhà lồng D và đã đi vào hoạt động sau Tết Nguyên đán Bính Thân 2016

Đầu năm 2016, chợ tăng cường thêm các gian hàng bán mặt hàng hải sản phụ, cá biển, cá đồng Trong khu vực trưng bày có kinh doanh hải sản sống cao cấp như cá bống mú, tôm càng, cá chẽm và đây cũng là nguồn phát sinh lượng nước thải nhiều nhất có lẫn nhiều máu động vật trong quá trình sơ chế cá, thịt tại chỗ và hóa chất tẩm ướp, muối, đá, urê … có chứa hàm lượng các chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học dẫn đến việc suy giảm hàm lượng oxy trong nước mặt và tăng hàm lượng COD, BOD5, các chất dinh dưỡng Nitơ, phospho và vi sinh vật gây bệnh đối với nguồn nước tiếp nhận

Theo quy hoạch định hướng mở rộng quy mô thương mại trong tương lai, Ban quản lý chợ Bình Điền sẽ đầu tư nâng cấp các công trình hạ tầng kỹ thuật trong đó các công trình bảo vệ môi trường cụ thể là hệ thống nước cấp, hệ thống nước thải và quản lý chất thải rắn Năm 2012, nhà máy xử lý nước thải được thiết kế, vận hành với công suất là 2500m3/ngđ Thời gian gần đây trạm xử lý nước thải đang vận hành với tổng lượng nước thải thu gom tại chợ ĐMNSTP Bình Điền dao động từ 2.500 – 3.500m3/ngđ (theo báo cáo Quản lý tổng thể môi trường chợ Bình Điền, 6/2017) gây ra tình trạng quá tải so với công suất thiết kế làm ảnh hưởng đến chất lượng nước sau xử lý không

mặt xung quanh (sông chợ Đệm) bởi nồng độ các chất gây ô nhiễm chủ yếu là (1) COD dao động 560 – 1.200 mg/L, tỉ lệ BOD5/COD là 87 – 92%, (2) nitơ tổng 160 – 198 mg/L trong đó NH+

4 126 – 148 mg/L, N-org 30,2 – 60,4 mg/L Ngoài ra, TDS có giá trị từ 3.500 – 5.000 mg/L, Cl- khoảng 1.800 – 2.200 mg/L (theo báo cáo Quản lý tổng thể môi trường chợ Bình Điền, 12/2016)

Dựa vào đặc tính nước thải của chợ ĐMNSTP Bình Điền áp dụng công nghệ sinh học rất khả thi để xử lý các thành phần ô nhiễm Hiện nay, trong xử lý nước thải các quá trình xử lý sinh học được áp dụng nhằm (1) chuyển hóa các thành phần có khả năng phân hủy sinh học ở dạng hòa tan và không hòa tan đạt yêu cầu xả thải vào nguồn nước tiếp nhận; (2) kết hợp các chất rắn lơ lửng và hạt keo không tan trong các bông bùn hoặc màng sinh học (biofilm); (3) chuyển hóa hoặc loại bỏ các chất dinh dưỡng (nitơ và phospho) (Trần Thị Mỹ Diệu, 2014)

Để đáp ứng khả năng xử lý chất hữu cơ kết hợp với nitơ trong cùng một công trình xử

lý sinh học thì quá trình bùn hoạt tính hiếu khí tăng trưởng dính bám cố định là sự kết hợp các điều kiện tối ưu của hai quá trình xử lý bao gồm hiếu khí và thiếu khí trong cùng một công trình sinh học

Vì vậy, nội dung nghiên cứu sẽ tập trung vào 3 yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý các chất hữu cơ và các hợp chất chứa Nitơ (1) tải trọng chất hữu cơ; (2) độ kiềm bổ sung và (3) nồng độ oxy hòa tan

1.2 Mục tiêu và nội dung nghiên cứu

1.2.1 Mục tiêu

Đề tài nghiên cứu được thực hiện nhằm nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý các chất hữu cơ và nitơ có trong nước thải chợ ĐMNSTP Bình Điền bằng quá trình bùn hoạt tính hiếu khí tăng trưởng dính bám cố định

1.2.2 Nội dung thực hiện

Để đạt được mục tiêu đặt ra, một số nội dung sau đây được thực hiện

- Khảo sát thành phần nước thải phát sinh và đánh giá hiệu quả xử lý của từng công trình đơn vị trong trạm xử lý nước thải tập trung hiện hữu của chợ ĐMNSTP Bình Điền công suất là 2.500m3/ngđ;

- Nghiên cứu ảnh hưởng của tải trọng chất hữu cơ (COD) đến hiệu quả xử lý chất hữu cơ và nitơ;

- Nghiên cứu ảnh hưởng của độ kiềm đến hiệu quả xử lý chất hữu cơ và nitơ;

- Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ oxy hòa tan đến hiệu quả xử lý chất hữu cơ và nitơ

1.2.3 Giới hạn của nghiên cứu

Nghiên cứu tập trung đánh giá các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý chất hữu cơ

và nitơ được thực hiện trên mô hình thí nghiệm đặt ở phòng thí nghiệm trường Đại học

Văn Lang Nước thải được lấy từ hố thu tại trạm xử lý nước thải tập trung (Q = 2.500m3

/ngđ) chợ đầu mối nông sản thực phẩm Bình Điền

1.2.4 Cấu trúc luận văn

Luận văn được trình bày gồm 5 chương Chương 1 trình bày sự cần thiết , mục tiêu và nội dung nghiên cứu Chương 2 tổng quan về trạm xử lý nước thải 2.500m3/ngđ và tổng quan một số công nghệ sinh học hiếu khí xử lý các chất hữu cơ và Nitơ có trong thành phần nước thải Chương 3 mô tả mô hình thí nghiệm và phương pháp nghiên cứu Quy trình vận hành mô hình thí nghiệm, các điều kiện thực hiện nghiên cứu

Chương 4 trình bày các kết quả đạt được từ quá trình vận hành mô hình thí nghiệm, nhận định và đánh giá kết quả đạt được Chương 5 trình bày kết luận đã đạt được cũng như những kinh nghiệm sau quá trình thực hiện nghiên cứu, đồng thời đưa ra những kiến nghị để mở rộng và phát triển thêm về đề tài nghiên cứu

4

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN

2.1 Tổng quan về hiện trạng trạm xử lý nước thải chợ ĐMNSTP Bình Điền công suất 2.500m3/ngđ

2.1.1 Lưu lượng nước thải

Lưu lượng và nồng độ của các thành phần có trong nước là hai thông số quan trọng quyết định đến việc lựa chọn công nghệ xử lý, tính toán thiết kế các công trình đơn vị, lựa chọn thiết bị và xây dựng quy trình vận hành trạm xử lý nước thải thích hợp

Lưu lượng

Bảng 2.1 Lưu lượng nước thải chợ ĐMNSTP Bình Điền

Nguồn phát sinh Nước thải Lưu lượng

Lượng nước thải cần phải xử lý 2.574 - 3.353 Ghi chú : Theo báo cáo quản lý tổng thể chợ Bình Điền tháng 12/2016

Trạm xử lý nước thải cho chợ ĐMNSTP Bình Điền có công suất theo thiết kế hiện hữu

là 2.500m3/ngđ Do nhu cầu hoạt động kinh doanh mở rộng nên lượng nước thải phát sinh yêu cầu xử lý tăng theo, chất lượng nước sau xử lý xả ra nguồn tiếp nhận căn cứ theo QCVN 11- MT:2015/BTNMT (Cột B) – Nước thải chế biến thủy sản trước khi xả ra nguồn tiếp nhận sông chợ Đệm Dựa vào số liệu khảo sát trong báo cáo tháng 12/2016 cho thấy lưu lượng nước thải cần xử lý trong thời gian hiện tại và sắp tới sẽ tăng lên 3.500 m3/ngđ

2.1.2 Hiện trạng trạm xử lý nước thải chợ Bình Điền

Nước thải từ các

nhà lồng

Nước thải từ các khu vực khác Nước thải từ các

nhà vệ sinh

Hình 2.1 Sơ đồ dây chuyền công nghệ trạm xử lý nước thải hiện hữu công suất 2.500m 3 /ngđ

Nước thải phát sinh từ các nhà lồng chợ được thu gom bằng mạng lưới thoát nước và dẫn vào ngăn thu nước tại trạm 1.000 m3/ngđ dẫn đến trạm bơm G1, tại trạm bơm có lắp đặt 2 song chắn rác thô Mục đích quá trình xử lý cơ học loại bỏ chất thải có kích thước lớn không có khả năng hòa tan Song chắn rác thô được lựa chọn theo phương pháp làm sạch thủ công, nhằm tránh tắc nghẽn bơm, đường ống và kênh dẫn Nước thải sau khi qua song chắn rác thô, sẽ được bơm bằng hệ thống bơm chìm (3 bơm công suất 3 kW/máy) về hố thu (4,0 x 4,0 x 5,0m, thể tích công tác 64m3) tại trạm 2500m3/ngđ, tại đây có lắp đặt 3 bơm chìm hoạt động theo phao tự động dẫn nước qua song lược rác tinh vào bể điều hòa (17 x 21,5 x 4,2m, thể tích công tác 1324m3) bằng đường ống inox D315mm Với công suất thiết kế 2.500 m3/ngđ (104,2 m3/h) nên thời gian lưu nước dài nhất trong bể điều hòa là 12,7 giờ Tại bể điều hòa có hệ thống phân phối khí nhằm tránh lắng cặn, tránh phân hủy kị khí, hòa trộn đều nước thải với nhau

Bể điều hòa cũng phải tiếp nhận một lượng bùn từ bể lắng đợt 2 chuyển qua Điều này khiến cho SS trong bể điều hòa tăng lên đáng kể Với quy trình vận hành tuần hoàn bùn

Nước từ bể điều hòa được bơm sang bể lắng đợt 1 dạng hình trụ tròn (có đường kính

bể 8m, chiều cao 4,0m, thể tích công tác bể 200m3) bằng ống PVC 220

Quá trình xử lý sinh học gồm có công trình bể hiếu khí và bể lắng đợt 2 Nước thải tiếp tục tự chảy qua bể hiếu khí (21,0 x 16,8 x 4,5m, thể tích công tác 1.524m3) bằng ống PVC 220, trong bể còn được bổ sung vật liệu tiếp xúc dính bám dạng sợi nhằm mục đích tạo lớp màng vi sinh vật (biofilm) trong bể hiếu khí, kết hợp các quá trình nitrate hóa và khử nitrate trong một bể Kết hợp với quá trình sinh học thiếu khí là quá trình bùn hoạt tính hiếu khí tăng trưởng dính bám để tiếp tục thực hiện quá trình xử lý nước thải Quá trình bùn hoạt tính hiếu khí tăng trưởng dính bám là quá trình khoáng hóa các chất hữu cơ và chuyển hóa ammonia thành nitrate (N-NH4+ → N-NO3-) bằng vi sinh vật hiếu khí tăng trưởng dính bám Do đó, nồng độ oxy hòa tan là một trong những chỉ tiêu

có ảnh hưởng quyết định đến khả năng xử lý nước thải của vi sinh vật, đặc biệt là vi khuẩn nitrate hóa DO phải luôn cao hơn 3 mg/L Vì vậy, hệ phân phối khí bằng đĩa thổi khí được lắp đặt trong bể để duy trì điều kiện hiếu khí phù hợp cho sự phát triển của vi sinh Nước thải từ bể bùn hoạt tính hiếu khí được dẫn sang bể lắng đợt 2 dạng hình trụ tròn (có đường kính bể 8m, chiều cao bể 4,0m, thể tích công tác 200m3) bằng ống PVC Ø300 Bùn của bể lắng đợt 2 được tuần hoàn về bể điều hòa, bể bùn hoạt tính hiếu khí

và được dẫn vào bể chứa bùn Cụm công trình bể lắng đợt 2 gồm 2 bể Hiệu quả lắng của bể lắng đợt 2 rất tốt, giảm đáng kể lượng SS trong nước thải, hiệu suất xử lý đạt 96% - 98%

Nước thải sau xử lý sẽ chảy vào máng răng cưa và được dẫn sang bể tiếp xúc bằng ống có đường kính 300 mm Bể tiếp xúc (4,0 x 3,0 x 2,5m, thể tích công tác 30m3

) chia làm 4 ngăn dạng zíc zắc nhằm xáo trộn đều hóa chất khử trùng Ca(OCl)2 pha sẵn trong bồn chứa 1m3 trước khi châm vào bể tiếp xúc xả ra sông Đệm

2.2 Tổng quan qu trình tăng trưởng sinh học hiếu hí

2.2.1 Cơ sở của qu trình

Quá trình khử chất hữu cơ (tính theo BOD5) trong nước thải có thể được thực hiện bằng các quá trình sinh học hiếu khí trong các thiết bị với vi sinh vật tăng trưởng dạng

lơ lửng hoặc dính bám Để quá trình oxy hóa chất hữu cơ xảy ra hiệu quả cần đảm bảo

đủ thời gian tiếp xúc giữa nước thải và vi sinh vật dị dưỡng Trong giai đoạn đầu quá trình tiêu thụ chất hữu cơ, hơn một nửa lượng chất hữu cơ bị oxy hóa và phần còn lại được đồng hóa để tạo ra tế bào mới và các tế bào này có thể tiếp tục bị oxy hóa sau đó bằng quá trình phân hủy nội bào Cả hai quá trình tăng trưởng dạng lơ lửng và dính bám đều tạo ra một lượng sinh khối dư mỗi ngày cần được loại bỏ khỏi công trình sinh học để duy trì chế độ vận hành hợp lý và bảo đảm hiệu quả hoạt động của hệ thống Sinh khối được tách khỏi nước thải sau xử lý bằng quá trình lắng, tuyển nổi hoặc lọc màng (Trần Thị Mỹ Diệu, 2014)

Quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp hiếu khí được chia thành 3 giai đoạn: Ôxy hóa các chất hữu cơ:

Enzyme

CxHyOz + O2 CO2 + H2O + ΔH

Tổng hợp tế bào mới:

CxHyOz + O2 + NH3 Tế bào vi khuẩn (C5H7NO2) + CO2 +H2O - ΔH

Phân hủy nội bào:

Enzyme

C5H7NO2 + O2 5CO2 + 2H2O + NH3 ± ΔH

Trong 3 loại phản ứng trên ΔH là năng lượng được sinh ra hay hấp thu vào Các chỉ số

x, y, z tuỳ thuộc vào dạng chất hữu cơ chứa cacbon bị oxy hóa

2.2.2 Mô tả qu trình tăng trưởng sinh học hiếu hí

Quá trình phân huỷ chất hữu cơ bằng công nghệ hiếu khí là quá trình lên men bằng vi sinh vật trong điều kiện có oxy để cho sản phẩm là CO2, H2O, NO3-, SO42- Trong quá trình xử lý hiếu khí các chất hữu cơ như protein, tinh bột, chất b o sẽ bị phân huỷ bởi các men ngoại bào thành các chất đơn giản như axit amin, axit b o, các axit hữu cơ, các đường đơn Các chất đơn giản này sẽ thấm qua màng tế bào và bị phân huỷ tiếp tục hoặc chuyển hoá thành các vật liệu cấu trúc nên tế bào mới bởi quá trình hô hấp nội bào cho sản phẩm cuối cùng là CO2 và H2O

Cơ chế quá trình hiếu khí:

Oxy hóa toàn bộ chất hữu cơ có trong nước thải để đáp ứng nhu cầu năng lượng của

tế bào:

CxHyOzN + (x+ y/4 + z/3 + ¾) O2 men → xCO2 + [ (y-3)/2] H2O + NH3

Trong các bể xử lý sinh học vi khuẩn đóng vai trò quan trọng hàng đầu vì nó chịu trách nhiệm phân hủy các thành phần hữu cơ trong nước thải Trong các bể bùn hoạt tính một phần chất hữu cơ sẽ được các vi khuẩn hiếu khí và hiếu khí không bắt buộc sử dụng để lấy năng lượng tổng hợp các chất hữu cơ còn lại thành tế bào vi khuẩn mới

Vi khuẩn trong bể bùn hoạt tính thuộc các giống Pseudomonas, Zoogloea, Achromobacter, Flavobacterium, Nocardia, Bdellovibrio, Mycobacterium và hai loại vi khuẩn nitrat hóa là Nitrosomonas và Nitrobacter

Ngoài ra còn các loại hình sợi như Sphaerotilus, Beggiatoa, Thiothirix, Lecicothrix và Geotrichum Ngoài các vi khuẩn, các vi sinh khác cũng đóng vai trò quan trọng trong các bể bùn hoạt tính ví dụ như các nguyên sinh động vật và Rotifer ăn các vi khuẩn làm cho nước thải đầu ra sạch hơn về mặt vi sinh

Khi các bể xử lý được xây dựng xong và đưa vào vận hành thì các vi khuẩn có sẵn trong nước thải bắt đầu phát triển theo chu kỳ phát triển của các vi khuẩn trong một mẻ cấy vi sinh

Trong thời gian đầu, để sớm đưa hệ thống xử lý vào hoạt động hệ thống có thể được cho thêm vào hệ vi sinh ban đầu để thúc đẩy quá trình tăng trưởng của hệ vi sinh vật diễn ra nhanh hơn

Chu kỳ phát triển của các vi khuẩn trong bể xử lý bao gồm 4 giai đoạn:

- Giai đoạn chậm (lag-phase): xảy ra khi bể bắt đầu đưa vào hoạt động và bùn của các bể khác được cấy thêm vào bể Đây là giai đoạn để các vi khuẩn thích nghi với môi trường mới và bắt đầu quá trình phân bào

- Giai đoạn tăng trưởng (log-growth phase): giai đoạn này các tế bào vi khuẩn tiến hành phân bào và tăng nhanh về số lượng Tốc độ phân bào phụ thuộc vào thời gian cần thiết cho các lần phân bào và lượng thức ăn trong môi trường

- Giai đoạn cân bằng (stationary phase): lúc này mật độ vi khuẩn được giữ ở một số lượng ổn định Nguyên nhân của giai đoạn này là các chất dinh dưỡng cần thiết cho quá trình tăng trưởng của vi sinh vật đã bị sử dụng hết, số lượng vi khuẩn sinh ra bằng với số lượng vi khuẩn đã chết đị

- Giai đoạn chết (log-death phase): trong giai đoạn này số lượng vi khuẩn chết đi nhiều hơn vi khuẩn được sinh ra, do đó mật độ vi khuẩn trong bể giảm nhanh Giai đoạn này có thể do các loài có kích thước thường khả kiến hoặc là do đặc điểm của môi trường

Hình 2.2 Đồ thị về sự tăng trưởng của vi khuẩn trong bể xử lý

Đồ thị trên mô tả sự tăng trưởng của một quần thể vi khuẩn đơn độc Thực tế trong xử

lý có nhiều quần thể khác nhau và có đồ thị tăng trưởng giống nhau về dạng nhưng khác nhau về thời gian tăng trưởng cũng như đỉnh của đồ thị Trong một giai đoạn bất

kỳ nào đó sẽ có một số nhóm sinh vật chủ đạo do ở thời điểm đó các điều kiện như pH, oxy, dinh dưỡng, nhiệt độ… phù hợp cho loài đó Sự biến động về các vi sinh vật chủ đạo trong bể xử lý được biểu diễn theo Hình 2.3

Hình 2.3 Đồ thị về sự tăng trưởng tương đối của các vi sinh vật trong bể xử lý nước thải

Trong các bể xử lý nước thải vi khuẩn đóng một vai trò quan trọng hàng đầu Do đó trong các bể này chúng ta phải duy trì một mật độ vi khuẩn cao tương thích với lượng các chất ô nhiễm đưa vào bể Điều này có thể thực hiện thông qua quá trình thiết kế và vận hành Trong quá trình thiết kế chúng ta phải tính toán chính xác thời gian lưu của vi

khuẩn trong bể xử lý và thời gian này phải đủ lớn để các vi khuẩn có thể sinh sản được Trong quá trình vận hành, các điều kiện cần thiết cho quá trình tăng trưởng của vi khuẩn (pH, chất dinh dưỡng, nhiệt độ, khuấy trộn…) phải được điều chỉnh ở mức thuận lợi nhất cho vi khuẩn

Nhóm vi khuẩn amon hóa: nhóm này phân giải protein và các hợp chất hữu cơ chứa Nitơ tạo thành ammonia, hoạt động của nhóm vi khuẩn amon hóa giúp loại bỏ các hợp chất hữu cơ gây ô nhiễm nguồn nước

Nhóm vi khuẩn nitrat hóa: vi khuẩn amon hóa là vi khuẩn hữu ích cho quá trình chuyển hóa sản phẩm tạo thành là NH3( trong nước nồng độ N-NH4+ ) Nhóm vi khuẩn nitrat hóa gồm có Nitrosomonas, Nitrosococcus, Nitrobacter, Nitrosospira,… có khả năng chuyển hóa NH4+ thành NO-3 (Hebe M Dionisi, và cộng sự, 2002)

Một số tài liệu chỉ ra rằng, chia nhóm vi khuẩn ammonia hóa thành 3 chi dựa trên sự khác biệt về hình dạng tế bào, kiểu hình và tổ chức nội bào gồm có các chi Nitrosomonas, Nitrosococcus, Nitrobacter, Nitrosospira

Tế bào thuộc chi Nitrosomonas có hình que thẳng, chi này là phổ biến nhất trong nhóm

vi khuẩn ammonia hóa Chi Nitrosococcus tế bào có hình cầu đặc trưng, tế bào có roi nên có khả năng di chuyển Tế bào vi khuẩn thược chi Nitrosospira có hình xoắn ốc (William và cộng sự, 1994)

2NH4++ 3 O2 2 NO2- + 2H2O + 4 H++ năng lượng (1)

Nhóm vi khuẩn oxy hóa nitrit tự dưỡng được biết đến như là vi khuẩn tự dưỡng hóa năng (chemoautotroph), oxy hóa ammonia, vi khuẩn oxy hóa nitrit sử dụng nguồn cacbon là CO2 thông qua chu trình Calvin – Benson (Block E và cộng sự 1993) Quá trình oxy hóa nitrit xảy ra như sau :

2NO-2 + O2 2NO

-3 + năng lượng (2)

Tốc độ sinh trưởng của vi khuẩn oxy hóa nitrit phụ thuộc vào nồng độ cơ chất, nhiệt độ,

pH, ánh sáng và nồng độ oxy hòa tan Các chủng vi khuẩn nitrit hóa tự dưỡng sinh trưởng tốt ở nồng độ nitrit 2 – 30 mg/L, nồng độ nitrit quá cao có thể gây ức chế sinh trưởng của tế bào Vi khuẩn oxy hóa nitrit có thể sinh trưởng bình thường trong môi trường tự nhiên với pH 6 – 8 Điều kiện tối ưu cho sinh trưởng là pH 7 – 8, nhiệt độ 25 – 30 0C (Hung và cộng sự)

Tốc độ giai đoạn (1) xảy ra nhanh gấp 3 lần so với giai đoạn (2) Bằng thực nghiệm người ta đã chứng minh rằng lượng oxy tiêu hao để oxy hóa 1 mg Nitơ của muối ammonia ở giai đoạn tạo nitrit là 3,43 mgO2, còn ở giai đoạn tạo nitrat là 4,5mg O2 Sự

có mặt của nitrat trong nước thải phản ánh mức độ khoáng hóa hoàn toàn thành các hợp chất chứa Nitơ Năng lượng sinh ra từ phản ứng nitrat hóa được vi khuẩn sử dụng trong quá trình tổng hợp tế bào (William và cộng sự, 1994)

Các vi khuẩn nitrit có khả năng thích nghi cao với các điều kiện môi trường khác nhau

và chúng thường tồn tại cùng với vi khuẩn oxy hóa ammonia do các vi khuẩn này cung cấp nitrit cho chúng trong môi trường hiếu khí (Block E và cộng sự 1993)

2.2.3 Khả năng thích nghi của vi khuẩn nitrat hóa với môi trường có nồng độ muối cao

Theo một số nghiên cứu cho thấy khả năng thích nghi của vi khuẩn nitrat hóa với môi trường có nồng độ muối cao như nghiên cứu của Dahl và các cộng sự nâng dần nồng

độ Cl- lên 10 g/L trong 45 ngày), nghiên cứu của Campos và các cộng sự (nâng tới nồng độ 14g NaCl/L theo từng nồng độ 1gNaCl/L trong 144 ngày), hay trong nghiên cứu của Boran Karta và các cộng sự về thích nghi vi khuẩn anamox với môi trường có nồng độ muối 30 gNaCl/L trong thời gian 100 ngày

G.H Chen và cộng sự đã so sánh sự thích nghi của vi khuẩn nitrat hóa với môi trường

có hàm lượng 30 gCl-/L thí nghiệm được thực hiện liên tục trong 200 ngày Kết quả cho thấy 2 cách thức nâng độ muối ảnh hưởng tương đương nhau ở nồng độ Cl-

< 10 g/L, tăng dần nồng độ muối cho kết quả tốt hơn ở nồng độ Cl- từ 10 – 20 g/L và ngược lại ở nồng độ từ 20 – 30 g/L Tuy nhiên, thời gian thích nghi và cách thức thích nghi không được đề cập trong nghiên cứu này Tóm lại, các nghiên cứu trên cho thấy vi khuẩn nitrat hóa trong nước ngọt có khả năng thích nghi và hoạt động ổn định ở môi trường

có độ mặn cao bằng cách nâng dần độ muối

Ảnh hưởng của muối tới giai đoạn oxy hóa ammonia

Nghiên cứu của Dincer và Kargi cho thấy mức độ ức chế tăng từ 5% - 60 % khi nồng

/L

Ảnh hưởng của muối tới giai đoạn oxy hóa nitrit

Nghiên cứu của tác giả Moussa và các cộng sự, tác giả Hunik và các cộng sự cho thấy muối có ảnh hưởng mạnh tới quá trình oxy hóa amoni hơn là quá trình oxy hóa nitrit Tuy nhiên, một số nghiên cứu khác lại chỉ ra rằng hiện tượng tích lũy nitrit xảy ra rõ ràng ở nồng độ muối cao Tức là, muối ảnh hưởng tới giai đoạn oxy hóa nitrit mạnh hơn nhiều so với giai đoạn oxy hóa ammonia Nghiên cứu của Dincer và Kargi (2001) cho thấy NO2- bị tích lũy khi nồng độ Cl- vượt quá 12 g/L Tác giả Vredenbregt và các cộng sự đưa ra kết luận NO2- là dạng sản phẩm chính của quá trình nitrat hóa ở 20 gCl-

/L Nghiên cứu của G.H Chen và các cộng sự cũng chỉ ra rằng Nitrobacter (vi khuẩn oxy hóa nitrit) không tồn tại ở môi trường có nồng độ Cl- lớn hơn 10 g/L Campos và các cộng sự cũng nhận thấy hiện tượng tích lũy nitrit ở môi trường nước thải có độ muối cao, tuy nhiên, tác giả đã chứng minh được hiện tượng tích lũy nitrit không phải

do muối mà do sự thiếu hụt O2

Ảnh hưởng của muối tới hả năng lắng của bùn

Muối làm tăng trọng lượng riêng của nước, làm thay đổi áp suất thẩm thấu giữa trong

và ngoài màng tế bào dẫn tới hiện tượng co nguyên sinh chất và làm giảm sự phát triển của các vi khuẩn dạng sợi khiến cho khả năng tạo bông của vi sinh vật k m đi Những ảnh hưởng nêu trên khiến cho khả năng lắng của bùn ở môi trường nước thải có độ mặn cao bị ảnh hưởng Các kết quả nghiên cứu được công bố liên quan tới quá trình nitrat hóa trong môi trường có độ mặn cao lại cho thấy khả năng lắng của bùn chỉ giảm

rõ rệt khi nâng trực tiếp độ muối lên tới 30 gNaCl/L Tuy nhiên, khi vi sinh vật hoạt động

ổn định, khả năng lắng của bùn ít bị ảnh hưởng, thậm chí còn được cải thiện Các tác

giả cũng đã giải thích sự cải thiện khả năng lắng của bùn ở môi trường có nồng độ muối cao là do hai cơ chế sau đây (1) Cơ chế chọn lọc các bông bùn nhẹ có khả năng lắng kém bị rửa trôi nên trong thiết bị chỉ còn lại các bông bùn có trọng lượng riêng lớn

Do sự tương tác giữa lực tĩnh điện (giảm lớp điện tích kép) và liên kết ưa nước khiến kích thước các bông bùn tăng lên nhờ đó cải thiện được tốc độ lắng của bông bùn sinh học Ảnh hưởng của muối tới quá trình nitrat hóa đã được nhiều công trình nghiên cứu khác nhau công bố, tuy nhiên, còn nhiều điểm không tương đồng về hiện tượng tích lũy nitrit, khả năng lắng của bùn sinh học hay sự dao động mạnh về nồng độ mặn

2.2.4 Đối với c c qu trình sinh học với vi sinh vật tăng trưởng dạng lơ lửng

Vi sinh vật tồn tại ở trạng thái lơ lửng trong nước thải nhờ các giải pháp xáo trộn hợp lý như khuấy trộn hoặc thổi khí đối với quá trình hiếu khí Việc sục khí nhằm đảm bảo các yêu cầu cung cấp đủ lượng oxy một cách liên tục và duy trì bùn hoạt tính ở trạng thái lơ lửng Nồng độ oxy hòa tan trong nước ra khỏi bể lắng 2 không được nhỏ hơn 2 mg/L Các vi sinh vật tồn tại trong hệ thống bùn hoạt tính bao gồm: Pseudomonas, Zoogloea, Achromobacter, Flacobacterium, Nocardia, Bdellovibrio, Mycobacterium, và 2 loại vi khuẩn nitrate hóa Nitrosomonas và Nitrobacter Ngoài ra, còn có sự góp mặt của nhiều loại vi khuẩn dạng sợi như: Sphaerotilus, Beggiatoa, Thiothrix, Leciothrix, và Geotrichum sẽ phân hủy các chất hữu cơ có trong nước thải và thu năng lượng để chuyển hóa thành tế bào mới, chỉ một phần chất hữu cơ bị oxy hóa thành CO2, H2O,

NO3-, SO4- khi vận hành hệ thống bùn hoạt tính hiếu khí yêu cầu hàm lượng SS < 150 mg/L, dầu mỡ < 25 mg/L, pH = 6,5 – 8,5, nhiệt độ 60

- Tốc độ sinh trưởng và hoạt độ sinh lý của vi sinh vật;

- Nồng độ sản phẩm độc tính tích tụ trong quá trình trao đổi chất;

- Lượng các chất cấu tạo tế bào;

- Hàm lượng oxy hòa tan

2.2.5 Các quá trình sinh học với vi sinh vật tăng trưởng dạng dính bám

Vi sinh vật tồn tại dưới dạng màng sinh học (biofilm) bám dính trên bề mặt vật liệu tiếp xúc trong công trình xử lý

Việc loại bỏ cơ chất bằng quá trình bùn hoạt tính tăng trưởng dính bám bằng lớp màng biofilm bao gồm vi sinh vật, các chất không tan và polymer ngoại bào dính bám và bao phủ bên trên bề mặt vật liệu tiếp xúc Khác với quá trình bùn hoạt tính tăng trưởng lơ lửng, quá trình tăng trưởng dính bám, cơ chất bị tiêu thụ bên trong màng sinh học Với điều kiện môi trường và chế độ thủy động của hệ thống, màng sinh học hình thành có

bề dày dao động trong khoảng 100 µm – 10mm (WEF, 2000) Lớp chất lỏng trên bề mặt màng biofilm (gọi là lớp khuyếch tán) ngăn cách màng biofilm với môi trường nước thải xung quanh Cơ chất, oxy, chất dinh dưỡng khuyếch tán qua lớp film mỏng của pha lỏng đi vào màng biofilm và các sản phẩm hình thành từ quá trình phân hủy sinh học lại khuyếch tán theo chiều ngược lại từ bên trong màng biofilm qua lớp khuyếch tán

Nồng độ cơ chất tại bề mặt màng biofilm (S) giảm dần theo bề dày lớp màng biofilm do

cơ chất khuyếch tán vào bên trong màng biofilm và bị tiêu thụ Nồng độ cơ chất và oxy bên trong màng biofilm thấp hơn so với môi trường lỏng bên ngoài và bị thay đổi theo

bề dày của màng biofilm cũng như tốc độ tiêu thụ cơ chất Tổng lượng cơ chất tiêu thụ trên một đơn vị diện tích mặt cắt ngang của màng biofilm trong một đơn vị thời gian gọi

là tốc độ truyền khối hay thông lượng bề mặt tính bằng g/m2

.ngđ ( Trần Thị Mỹ Diệu, 2014)

Thực tế màng biofilm có cấu trúc phức tạp, không đồng nhất, lồi lõm và có các lỗ nằm ngang hoặc thẳng đứng để cho chất lỏng đi qua Sinh khối trong màng biofilm có tỷ trọng và bề dày thay đổi Nồng độ VSS có thể dao động trong khoảng 40 – 100 g/L (Metcaff – Eddy, 2010) Do quá trình rửa trôi lớp màng biofilm theo chu kỳ cũng như phụ thuộc vào chế độ thủy động và đặc điểm hình thái của vật liệu tiếp xúc, sự hình thành lớp màng biofilm trên bề mặt vật liệu tiếp xúc cũng không thể xảy ra đồng nhất (Hiton và Stensel, 1991)

Qu trình hiếu hí sinh trưởng dính b m điển hình

Cơ chế vi khuẩn tạo thành màng biofilm có 3 giai đoạn

- Giai đoạn 1 (gắn kết) vi khuẩn trôi nổi trong môi trường nước thải gặp một bề mặt ngập nước bắt đầu tiến hành gắn kết, tổng hợp các chất ngoại bào cao phân tử (EPS – extracellular polysaccharides) để kết dính chặt chẽ với bề mặt

- Giai đoạn 2 (tăng trưởng): lớp chất nhầy polysaccharides do vi khuẩn sản sinh phát triển thành cấu trúc 3 chiều, phức tạp tạo ra lớp màng sinh học hoàn chỉnh Các vi khuẩn liên tục trao đổi thông tin để đảm bảo sự hình thành màng sinh học một cách chính xác

- Giai đoạn 3 (phân tán): màng sinh học đã hoàn chỉnh sẽ phân tán để xâm chiếm bề mặt mới nhở giải phóng các mô tế bào nhỏ Trong điều kiện thuận lợi màng sinh học sẽ lây lan với tốc độ nhanh chóng (Đăng Hưng, Stinfo số 3/2013.)

Lọc hiếu hí: Hoạt động nhờ quá trình dính bám của một số vi khuẩn hiếu khí lên lớp

vật liệu giá thể Do quá trình dính bám tốt nên lượng sinh khối tăng lên và thời gian lưu bùn k o dài nên có thể xử lý ở tải trọng cao Tuy nhiên, hệ thống dễ bị tắc do quá trình phát triển nhanh chóng của vi sinh hiếu khí nên thời gian hoạt động dễ bị hạn chế

Mô hình lọc sinh học hiếu khí xử lý hiệu quả nước thải tinh bột mì trong đó: Hiệu quả xử

lý COD cao, trên 95% ở tải trọng 0,5; 1; 1,5; 2 kg COD/m3 ngày cho cả 4 mô hình Hiệu quả xử lý N, P dao động khoảng 60 - 90% Riêng N-NH3 có thể xử lý triệt để đến 100% và hàm lượng MLSS tăng theo tải trọng vận hành Kết quả nghiên cứu đã xác định xơ dừa là vật liệu lọc phù hợp nhất với nhiều tính năng vượt trội so với các loại vật liệu khác điển hình như: hiệu quả xử lý COD, N, P cao nhất (98%; 90% và 60-82%), tải trọng vận hành lên đến 2kgCOD/m3 ngày; mật ñộ VSV bám dính trên bề mặt vật liệu lọc lớn, nồng độ MLVSS lên tới 7381 mg/L ở tải trọng 2 kg COD/m3 ngày Ngoài ra sơ dừa là nguyên liệu sẵn có trong nước, giá thành rẻ do vậy thích hợp với điều kiện kinh

tế trong nước (Nguyễn Thị Thanh Phượng và cộng sự, 2010)

FFR là hệ thống xử lý với bùn sinh trưởng dính bám trên các lớp vật liệu xếp theo phương thẳng đứng, cho ph p ngăn bể phản ứng thành những vùng khác nhau vùng

kỵ khí, vùng hiếu khí và vùng chuyển tiếp (thiếu khí) Thành phần nước thải đầu vào với COD tổng 1.190 – 2.800 mgO2/L, BOD5 tổng 610 – 1.150 mgO2/L, tổng nitơ 150 – 260 mg/L, trong đó thành phần chất hữu cơ hòa tan chiếm 45% - 55% Với công nghệ này

đã được nghiên cứu có thể đạt hiệu quả xử lý COD 94% với tải trọng 0,93 kgCOD/m3.ngđ và tỉ lệ vùng kỵ khí và hiếu khí là 2 : 3 Hiệu quả quá trình nitrat hóa khá cao (82%) nhưng hiệu quả khử nitrat thấp (12 – 34%), ảnh hưởng đến hiệu quả khử nitơ của hệ thống Đối với hệ thống này, vùng kỵ khí chỉ có chức năng chuyển hóa các thành phần chất hữu cơ có khả năng phân hủy chậm thành các acid b o mạch ngắn, trong khi đó quá trình khử nitrat hóa chủ yếu xảy ra ở vùng hiếu khí Hiệu quả khử nitrat của hệ thống thấp do không duy trì được vùng thiếu khí cho quá trình khử nitrat (Hồ Thị Thanh Hiền và Nguyễn Kim Thanh, 2013)

Hệ thống xử lý hiếu khí có vật liệu đặt ngập trong nước, đặc biệt sử dụng vật liệu dính bám là sợi acrylic đã cho hiệu quả xử lý COD, ammonia khá cao đối với loại nước thải

lò mổ Có thể loại bỏ COD đến 90% ở tải trọng 0,56 kg/m3/ngày Nồng độ bùn duy trì trong bể gần 5.000mg/L (Ngô Thị Phương Nam và cộng sự, 2008)

2.2.6 Các yếu tố ảnh hưởng đến các quá trình xử lý nước thải sinh học hiếu khí

ếu tố ỹ thuật

Quá trình xử lý hiếu khí chịu ảnh hưởng nồng độ bùn hoạt tính, tức phụ thuộc vào chỉ

số bùn Chỉ số bùn càng nhỏ thì nồng độ bùn cho vào công trình xử lý càng lớn hoặc ngược lại

Nồng độ oxy cũng ảnh hưởng mạnh mẽ đến quá trình này Khi tiến hành quá trình phải cung cấp đầy đủ lượng oxy vào liên tục sao cho lượng oxy hòa tan trong nước ra khỏi

bể lắng đợt II phải 2 (mg/l)

Khác với quá trình 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 bể hiếu khí có BOD toàn phần phải ≤ 1000 (mg/l), còn trong bể lọc sinh học thì BOD toàn phần của nước thải ≤ 500 (mg/l)

Ngoài ra trong nước thải cũng cần có các nguyên tố vi lượng như K, Na, Mg, Fe, Ca,

Mo, Ni, Co, Zn, Cu, S, Cl… thường có đủ trong nước thải Tùy theo hàm lượng cơ chất trong nước thải mà có yêu cầu về nồng độ các nguyên tố dinh dưỡng cần thiết khác nhau Thông thuờng cần duy trì các nguyên tố dinh dưỡng theo một tỷ lệ thích hợp: BOD toàn phần : N: P = 100: 5: 1

Bùn hoạt tính có khả năng hấp thụ muối các kim loại nặng Khi đó hoạt tính sinh học của bùn giảm, bùn sẽ khó lắng do sự phát triển mãnh liệt của vi khuẩn dạng sợi Vì vậy nồng độ các chất độc và kim loại nặng trong nước thải phải nằm trong giới hạn cho phép

ếu tố môi trường

Một số yếu ảnh hưởng đến qu trình hử nitrat hóa

Nồng độ chất nhận eclectron hiện diện gồm nitrate, nitrite, DO và sulfate Sự hiện diện của DO phải loại trừ trước khi tiến hành khử nitrate

Bản chất tự nhiên của chất cho electron: Hợp chất hữu cơ được vi sinh vật sử dụng làm nguồn electron cho trong quá trình đổi năng lượng cũng như nguồn carbon cho tổng hợp tế bào Những hợp chất vô cơ như H2 và S2- chỉ cung cấp electron cho trao đổi năng lượng

Mức độ khử nitrate Sự thiếu chất hữu cơ làm cho quá trình chuyển đổi bị ngưng, dẫn đến nitrate bị loại bỏ không hoàn toàn

Ảnh hưởng của tốc độ sinh trưởng riêng của vi khuẩn khử nitrate đến nhu cầu chất hữu cơ.Ảnh hưởng này đáng kể đối với các hệ thống sử dụng nguồn carbon bổ sung từ bên ngoài

Theo kết quả nghiên cứu đánh giá khả năng chuyển hóa các hợp chất nitơ và COD có trong nước thải sau hồ sinh học kỵ khí bằng công nghệ ABR – MBBR (quá trình kết hợp bao gồm một bể kỵ khí có vách ngăn - ABR và một bể hiếu khí với các vật liệu dính bám di động – MBBR) đã được nghiên cứu cho thấy với tải trọng chất hữu cơ COD ( 0,19 – 0,18 – 0,22 – 0,17 kgCOD/m3.ngđ), tải trọng N-NH4+ (0,04 – 0,04 - 0,07 – 0,04 kgN-NH4+/L) và nitơ tổng (0,05 – 0,07 – 0,12 – 0,09 kgNTC/L) tương ứng với thời gian lưu nước HRT 20,65 – 15,55 – 10,68 – 15,62 và hệ số tuần hoàn QTH/QV là 2,05 và nồng độ vi sinh vật 2.168 mgVSS/L tại ngăn1+2 và 2.292 mgVSS/L tại ngăn3+4.Hiệu quả

xử lý chất hữu cơ trung bình đạt 72% (giảm từ 110 mg/L xuống còn 30 mg/L), N-NH4+

đạt 100% (giảm từ 11,76 – 44,03 mg/L xuống đến ngưỡng không phát hiện và nitơ cao nhất đạt 56% (giảm từ 41,47 – 75,00 mg/L xuống còn 17,93 – 37,55 mg/L) Các nồng

độ ô nhiễm chất hữu cơ và ammonia đạt với quy định xả thải QCVN 40:2011(Nguyễn Thị Lanh và Trần Thị Mỹ Diệu, 2015)

Loại và nồng độ chất hữu cơ chứa cacbon

Ngoài ra quá trình xử lý hiếu khí còn phụ thuộc vào nồng độ muối vô cơ, lượng chất lơ lửng chảy vào bể xử lý cũng như các loài vi sinh vật và cấu trúc các chất bẩn hữu cơ Chất hữu cơ hòa tan, phân hủy sinh học nhanh thúc đẩy tốc độ khử nitrate hóa nhanh nhất Mặc dù methanol được sử dụng phổ biến, nhưng Monteith và cộng sự, 1980 tìm thấy 22 - 30 loại nước thải công nghiệp như chất thải bia và cồn rượu thúc đẩy tốc độ khử nitrate hóa nhanh hơn methane

Tải trọng chất hữu cơ là một thông số quan trọng ảnh hưởng đến quá trình tạo hạt, kích thước hạt, khả năng lắng và hoạt động vi sinh trong bùn hạt (Chen Y, Jiang W,2008)

Nghiên cứu sử dụng nước thải tổng hợp có nguồn cacbon là gluco để nuối cấy bùn hạt hiếu khí trên bể khí nâng từng mẻ luân phiên SBAR (Sequencing Batch Airlift Reactor) với hạt vỏ sò nghiền có kích thước 150 – 200 µm làm vật liệu dính bám cho các bông bùn SBAR được vận hành ở thời gian lưu nước (HRT) 5,1 giờ, vận tốc khí cấp vào duy trì ổn định 4 L/phút tương ứng với vận tốc khí năng 4,2 cm/s Thí nghiệm được thực hiện ở 2 tải trọng chất hữu cơ 2,6 – 5,2 kg COD/m3.ngày ứng với nồng độ COD và N-

NH4+ lần lượt là 600 – 1200 mg/L và 26 – 60 mg/L Sau 61 ngày vận hành bùn hạt hình thành có kích thước từ 1 – 1,2 mm và kích thước tăng dần lên đến 5 mm Nồng độ MLSS ban đầu 4000 mg/L có tỉ lệ MLVSS/MLSS bằng 55% Sau 2 tuần chạy thích nghi hàm lượng MLVSS tăng 2.200 mg/L lên đến 3.900 mg/L và tỷ lệ MLVSS/MLSS đạt tới 84% Hiệu quả xử lý COD đạt giá trị ổn định 95% và nồng độ COD đầu ra nhỏ hơn 30 mg/L Màu sắc của bùn thay đổi từ màu nâu đen đến màu vàng nâu Bùn hạt có vận tốc lắng 36 – 54 m/h, SVI 11,4 – 44,2 ml/g Bùn hạt có khả năng xử lý COD trên 96% và

ammonia 75 – 90% Quá trình nitrat hóa và khử nitrat diễn ra đồng thời bên trong bùn hạt Sau 80 ngày thí nghiệm cho thấy bùn hạt có kích thước 4 – 5 mm, màu trắng nhạt xuất hiện hiện tượng tạo khối và dịch nhầy chiếm ưu thế, cấu trúc bùn mềm và vi khuẩn filamentous chiếm ưu thế trong bể nuôi cấy, bùn lắng chậm tương ứng SVI 44,2 mL/g (Nguyễn Trọng Lực, Nguyễn Phước Dân, Trần Tây Nam, 2009)

DO

Quá trình khử nitrate xảy ra trong điều kiện thiếu khí nên sự hiện diện DO ảnh hưởng đáng kể đến hiệu quả quá trình vì sự hiện diện của oxy ức chế các enzyme khử nitrite, làm chậm tốc độ khử nitrite Oxy ức chế các enzyme khử nitrite mạnh hơn các enzyme khử nitrate, nhưng quá trình vẫn có thể xảy ra trong điều kiện hiếu khí như trường hợp của mương oxy hóa khử nitơ

Theo các nghiên cứu của Skerman và MacRae,1957; Terai và Mori,1975 cho biết loài Pseudomonas bị ức chế ở DO  0,2 mg/l Nelson và Knowles (1978) cho biết khử nitrate bị dừng khi DO là 0,13 mg/L Wheatland và cộng sự 1959 cho thấy tốc độ khử nitrate ở DO = 0,2 mg/L chỉ bằng một nửa tốc độ khử nitrate ở DO là 0 mg/L DO tăng lên 2 mg/L thì tốc độ khử nitrate chỉ bằng 10% ở DO là 0 mg/L

Việc duy trì nồng độ oxy hòa tan thích hợp cũng như tỷ lệ chất hữu cơ/nitơ cũng ảnh hưởng đến hiệu quả khử nitơ (Diez và Del Pozo, 2005) Theo kết quả nghiên cứu Yong

và cộng sự cho thấy trong điều kiện DO cao, DO giảm dần từ ngoài vào bên trong hạt bùn và bằng không ở độ sâu 1,6 mm tính từ bề mặt của bùn hạt Như vậy, trong bùn hạt tồn tại vùng hiếu khí, thiếu khí, kỵ khí Đồng thời, theo kết quả nghiên cứu của Jang

và cộng sự vi khuẩn oxy hóa ammonia tồn tại chủ yếu lớp ngoài của hạt bùn và hầu như quá trình nitrat hóa xảy ra từ bề mặt đến vị trí 300 µm bên trong bùn hạt (Jang và cộng sự, 2003) Hạt bùn tại thời điểm khảo sát có đường kính 3,0 - 5,0 mm Kết quả nghiên cứu cho thấy ammonia giảm nhanh nhưng nitrat, nitrit tăng không đáng kể Nồng độ nitrat, nitrit đầu ra thấp, luôn luôn nhỏ hơn tương đương 0,1 mg/L (nitrit) và 0,3 mg/L (nitrat) cho thấy quá trình nitrat hóa và khử nitrat cùng xảy ra đồng thời (Nguyễn Trọng Lực, Nguyễn Phước Dân, Trần Tây Nam, 2009)

Bằng mô hình bùn hoạt tính hiếu khí với vi sinh vật tăng trưởng lơ lửng đã nghiên cứu với tải trọng N-NH+

4 dao động trong khoảng 0,41 – 0,55 kgN-NH+

4/m3.ngđ và tải trọng chất hữu cơ dao động trong khoảng 1,4 – 1,76 kgCOD/m3.ngđ, ở điều kiện DO = 3,0 mgO2/L, quá trình nitrat hóa có thể làm giảm nồng độ N-NH4+ 84 mgN-NH4+/L xuống còn 2,3 mgN-NH4+/L (đạt hiệu quả 97,3%) và COD có thể giảm từ 288 mg/L xuống còn

64 mg/L (Trần Quốc Bảo Truyền và Trần Thị Mỹ Diệu, 2015)

Độ iềm và pH

Quá trình khử nitrate sinh ra độ kiềm, acid carbonic chuyển thành bicarbonate Độ kiềm tạo ra trong phản ứng khử nitrate làm tăng pH, thay vì bị giảm trong phản ứng nitrate hóa Trái ngược với vi khuẩn nitrate hóa, người ta ít quan tâm đến ảnh hưởng pH lên tốc độ khử nitrate

pH: là một yếu tố chính trong sự phát triển của những vi sinh vật Phần lớn vi sinh vật không thể chịu được pH > 9 vì lúc này sẽ phá hủy cân bằng nguyên sinh chất tế bào làm cho vi sinh vật chết và pH < 4 sẽ thúc đẩy nấm phát triển Thông thường pH tối ưu cho vi sinh vật phát triển tốt nhất trong khoảng 6,5 – 7,5

Một số nghiên cứu xác định pH tối ưu cho quá trình nằm giữa 7 và 8 Cụ thể còn tùy thuộc vào loài vi khuẩn hiện diện và đặc tính nước thải Phương trình sau đã được sử dụng để mô tả ảnh hưởng pH lên tốc độ sinh trưởng riêng của vi khuẩn khử nitrate:

X,NO = X,NOmax[1/(1-105.5 - pH –10pH - 9

Một nghiên cứu khác cho thấy độ kiềm ảnh hưởng rất lớn đối với quá trình nitrat hóa, chuyển hóa N-NH4+ thành N-NO-3 đạt 86 – 98% tương ứng với nồng độ N-NH4+ giảm từ

56 – 78 mgN-NH4+/L xuống còn 1 - 2 mgN-NH4+/L Quá trình nitrat hóa đạt hiệu quả chuyển hóa cao hơn ở những mô hình có bổ sung độ kiềm so với mô hình không có bổ sung độ kiềm Tỷ lệ 1 : 7 (CaCO3 /N-NH4+) là tỷ lệ tối ưu cho quá trình nitrat hóa dao động trong khoảng 7,0 – 7,3 mgCaCO3/L tương đương với lý thuyết là 7,14 mg CaCO3/L (Nguyễn Thị Trà Giang, Nguyễn Thị Thùy Linh và Nguyễn Thị Phương Loan) Với hàm lượng nitơ cao, có thể gây ảnh hưởng đến hiệu quả của quá trình xử lý sinh học và đến thủy sinh tại khu vực Trong đó, hàm lượng ammonia N- NH3 cao hơn 80 -

120 mg/L sẽ ảnh hưởng ức chế hoạt động của các loại vi khuẩn nitrat hóa (nitrisomonas và nitrobacter), với nồng độ ammonia N-NH3 lớn hơn 1500 mg/L sẽ ảnh hưởng đến hoạt động của các loại vi khuẩn kỵ khí và khi nồng độ ammonia lớn hơn

3000 mg/L có khả năng ảnh hưởng đến các loại vi khuẩn kỵ khí đã thích nghi (Trung tâm Công nghệ và Quản lý Môi trường- Centema, 2003)

Nhiệt độ

Nhiệt độ ảnh hưởng lên cả tốc độ sinh trưởng của vi khuẩn và tốc độ khử nitrate Vi khuẩn khử nitrate phát triển ở nhiệt độ từ 5 - 250C Ở khoảng nhiệt độ này, tốc độ tăng gấp đôi khi nhiệt độ tăng 100

lý sẽ bị giảm và vi sinh vật chậm thích nghi với môi trường Trong phạm vi nhiệt độ tối

ưu khi nhiệt độ tăng 100C thì hiệu quả xử lý tăng gấp 2 lần Tuy nhiên khi nhiệt độ tăng thì hằng số Henry tăng dẫn tới lượng oxy hòa tan trong nước bị giảm Để duy trì DO (oxy hòa tan trong nước thải) ta cần phải sục khí nhiều hơn

Vi khuẩn Anammox phát triển tối ưu trong khoảng nhiệt độ 30†400C Ở nhiệt độ 450

C, hoạt động của vi khuẩn Anammox bị suy giảm không thể phục hồi do sự tiêu giảm sinh khối Ở nhiệt độ thấp, hoạt động của vi khuẩn Anammox sẽ bị ức chế Theo nghiên cứu của Dosta và cộng sự, hệ thống Anammox có thể vận hành thành công ở nhiệt độ

180C Ngoài ra, Cema và cộng sự đã nghiên cứu thành công quá trình phân tích nước thải Anammox ở nhiệt độ 20 0C Vi khuẩn Anammox cũng có thể chịu đựng được nhiệt

độ thấp nhờ khả năng thích nghi Trong các hệ thống tự nhiên, vi khuẩn Anammox có khả năng chịu được nhiệt độ cao (khoảng -2÷850

C) Hơn thế nữa, nhiệt độ còn ảnh hưởng tới nồng độ FA và FNA trong nước thải Do đó, kiểm soát nhiệt độ là rất quan trọng trong quá trình vận hành hệ thống Anammox

Thời gian lưu bùn

Lượng nitrate sẽ được khử trong quá trình ứng với lượng chất hữu cơ đã cho phụ thuộc vào SRT SRT lâu hơn, chất cho electron (chất hữu cơ) sẽ đi đến chất nhận electron (nitrate) nhiều hơn là đi vào sinh khối, lượng nitrate sẽ bị khử nhiều hơn Tỉ số

S/N là lượng chất hữu cơ sử dụng tính theo COD phải được cung cấp để loại bỏ lượng nitrate đã cho phụ thuộc vào SRT Số lượng chất cho electron sẽ giảm khi thời gian lưu bùn tăng do xảy ra phân hủy nội bào

Nhằm mục đích xử lý chất hữu cơ, đồng thời xử lý nitơ trong nước thải kết hợp các quá trình xử lý kỵ khí, thiếu khí, hiếu khí là điều cần thiết Việc kết hợp các quá trình bùn hoạt tính lơ lửng và dính bám rất đa dạng như: quá trình xử lý kỵ khí kết hợp quá trình bùn hoạt tính lơ lửng hiếu khí/thiếu khí, quá trình xử lý kỵ khí kết hợp quá trình bùn hoạt tính hiếu khí dạng mẻ (Johns, 1995), các quá trình xử lý với bùn sinh trưởng dạng dính bám (Diez và Del Pozo, 2005) Những nghiên cứu khác cho thấy quá trình khử nitơ bị ảnh hưởng lớn do sự thay đổi pH của nước thải và độ kiềm tiêu thụ trong quá trình nitrat hóa (John, 1995)

2.3 Một số công trình thực tế ứng dụng công nghệ hiếu khí dính bám ở Việt Nam 2.3.1 Công nghệ TXLNT Công ty TNHH XNK Thủy sản An Phát chế biến c da trơn

Nhà máy chế biến thủy sản của Công ty TNHH XNK Thủy sản An Phát với ngành nghề chế biến cá da trơn đông lạnh Nhà máy đã đầu tư hệ thống XLNT với công suất Q =

500 m3/ngđ từ năm 2015, sau đó nâng cấp cải tạo thay đổi bằng công nghệ bùn hoạt tính tăng trưởng dính bám cố định với công suất Q = 1.000 m3/ngđ so với tiêu chuẩn nước sau xử lý đạt QCVN 11:2015/BTNMT, cột A đã đi vào vận hành năm 2013 (Lâm Tuấn Qui và Trần Thị Mỹ Diệu, 2015)

Hiệu quả của quá trình xử lý nước thải chế biến thủy sản được trình bày trong Bảng 2.3

Bảng 2.2 Thành phần nước thải đầu vào, đầu ra và hiệu quả của hệ thống xử lý nước thải

stt Chỉ tiêu Đơn vị Nồng độ đầu vào Nồng độ đầu ra Hiệu quả xử lý

QCVN 11:2015/BT NMT, Cột A

3.1 Mô hình thí nghiệm

Dựa theo hiện trạng của trạm xử lý nước thải chợ ĐMNSTP Bình Điền công suất 2.500m3/ngđ có công trình bể bùn hoạt tính tăng trưởng hiếu khí dính bám cố định bằng vật liệu sợi acrylic đang chạy với tải trọng chất hữu cơ 0,8 – 1,0 kg COD/m3.ngđ

Mô hình thí nghiệm được thiết lập tương tự bằng bể bùn hoạt tính tăng trưởng dính bám cố định sử dụng loại vật liệu hình cầu Do nồng độ chất hữu cơ ban đầu dao động

từ 700 – 1120 mg/L để chạy mô hình với thời gian lưu nước trong giai đoạn thích nghi

là 24 giờ thì thể tích mô hình cần xây dựng là 11 lit

Chợ ĐMNSTP Bình Điền sử dụng công nghệ bùn hoạt tính tăng trưởng dính bám cố định bằng vật liệu dạng sợi được lắp đặt gia cố bằng cách buộc vào các thanh thép được cố định dưới đáy bể Sau thời gian vận hành, điểm nối giữa các vật liệu dạng sợi

và thanh thép bung ra do quá trình sục khí liên tục làm cho các mối nối bị lỏng và các sợi vật liệu bung ra khỏi thanh thép trôi theo dòng nước thải ra ngoài, mất vật liệu dính bám Sử dụng vật liệu thay thế bằng dạng quả cầu lấp đầy bể và xâu chuỗi kết dính lại từng cụm sẽ khó trôi ra ngoài theo dòng nước

Chế độ vận hành dạng liên tục gặp một số khó khăn khi điều chỉnh lưu lượng cấp nước thải đầu vào ở 2 trường hợp sau:

- Theo chế độ cự chảy thì lưu lượng cấp nước thải đầu vào chưa duy trì được lưu lượng ổn định do độ chênh lệch mực nước trong bể chứa nước thải đầu vào thay đổi làm áp lực nước thay đổi làm giảm lưu lượng trong quá trình vận hành mô hình

- Nếu dùng bơm để cấp nước thải đầu vào thường xảy ra tình trạng nghẹt bơm hoặc nghẹt trên đường ống Do chất thải lâu ngày bám trên thành ống làm giảm tiết diện đường ống gây ra tình trạng giảm lưu lượng nước thải Bên cạnh đó, lưu lượng nước thải cấp vào là 7,6 ml/phút quá nhỏ

3.1 Mô hình thí nghiệm

Dựa theo hiện trạng của trạm xử lý nước thải chợ ĐMNSTP Bình Điền công suất 2.500m3/ngđ có công trình bể bùn hoạt tính tăng trưởng hiếu khí dính bám cố định bằng vật liệu sợi acrylic đang chạy với tải trọng chất hữu cơ 0,8 – 1,0 kg COD/m3.ngđ

Mô hình thí nghiệm được thiết lập tương tự bằng bể bùn hoạt tính tăng trưởng dính bám cố định sử dụng loại vật liệu hình cầu Do nồng độ chất hữu cơ ban đầu dao động

từ 700 – 1120 mg/L để chạy mô hình với thời gian lưu nước trong giai đoạn thích nghi

là 24 giờ thì thể tích mô hình cần xây dựng là 11 lit

Chợ ĐMNSTP Bình Điền sử dụng công nghệ bùn hoạt tính tăng trưởng dính bám cố định bằng vật liệu dạng sợi được lắp đặt gia cố bằng cách buộc vào các thanh thép được cố định dưới đáy bể Sau thời gian vận hành, điểm nối giữa các vật liệu dạng sợi

và thanh thép bung ra do quá trình sục khí liên tục làm cho các mối nối bị lỏng và các sợi vật liệu bung ra khỏi thanh thép trôi theo dòng nước thải ra ngoài, mất vật liệu dính bám Sử dụng vật liệu thay thế bằng dạng quả cầu lấp đầy bể và xâu chuỗi kết dính lại từng cụm sẽ khó trôi ra ngoài theo dòng nước

Chế độ vận hành dạng liên tục gặp một số khó khăn khi điều chỉnh lưu lượng cấp nước thải đầu vào ở 2 trường hợp sau:

- Theo chế độ cự chảy thì lưu lượng cấp nước thải đầu vào chưa duy trì được lưu lượng ổn định do độ chênh lệch mực nước trong bể chứa nước thải đầu vào thay đổi làm áp lực nước thay đổi làm giảm lưu lượng trong quá trình vận hành mô hình

- Nếu dùng bơm để cấp nước thải đầu vào thường xảy ra tình trạng nghẹt bơm hoặc nghẹt trên đường ống Do chất thải lâu ngày bám trên thành ống làm giảm tiết diện đường ống gây ra tình trạng giảm lưu lượng nước thải Bên cạnh đó, lưu lượng nước thải cấp vào là 7,6 ml/phút quá nhỏ

Do đó, lựa chọn chế độ vận hành mô hình thí nghiệm theo dạng mẻ nhằm hạn chế các yếu tố ảnh hưởng về lưu lượng gây ra sự thay đổi về nồng độ các chất đầu vào cũng như các thông số đầu vào trước khi vận hành mô hình

- Thùng chứa nước thải đầu vào;

- Bể hiếu khí có bùn hoạt tính tăng trưởng dính bám cố định;

- Thùng chứa nước thải sau xử lý;

- Các thiết bị gồm có: máy bơm thổi khí, đá bọt (phân phối khí), ổ cắm điện, bơm chìm

Hình 3.1 Mô hình bùn hoạt tính tăng trưởng dính bám cố định

Mô hình được làm bằng thủy tinh trong suốt, có độ dày 5mm, hình dạng chữ nhật Kích thước mô hình hiếu khí ( L x B x H ) 20cm x 10cm x 65cm.Trong đó, thể tích hữu dụng của mô hình V = 11L ( tương ứng với kích thước của bể L x B x H = 20cm x 10cm x 55,5cm), chiều cao bảo vệ cách thành bể là 10,5mm Phía dưới đáy của mỗi bể có lắp thêm van xả đáy có đường kính là 8mm Trong mô hình hiếu khí có bố trí 12 quả vật liệu tiếp xúc lấp đầy dung tích bể

Thùng chứa nước thải bằng nhựa dung tích 60L lắp 1 bơm chìm để xáo trộn đều nồng

độ nước thải và 2 van ở đáy thùng có 1 van dự phòng và 1 van có nối với ống nhựa đường kính 8mm để xả nước thải vào mô hình Vị trí đặt thùng chứa cao hơn mô hình cho nước thải vào bể hiếu khí theo chế độ tự chảy tận dụng chiều cao thủy lực Khi cho nước thải vào lưu ý để ống dẫn chảy sát thành bể để tránh xáo trộn bùn trong bể hiếu khí tăng trưởng dính bám cố định

Để cấp khí cho mô hình cần sử dụng 1 máy bơm thổi khí chuyên dùng cho hồ cá hiệu Sobo có lưu lượng cấp khí là 5,5 lit/phút cho mỗi mô hình Trong ngăn có bố trí 3 đường ống dẫn khí có đường kính 4mm, nối với thiết bị phân phối khí gồm có đá bọt và

1 thanh thổi khí hình chữ nhật có chiều dài là 20mm đặt góc ch o đáy bể

Mô hình vận hành dạng mẻ nên thực hiện lần lượt theo các bước: (1) làm đầy; (2) phản ứng; (3) lắng; (4) xả cạn; (5) ngưng Mẻ kế tiếp vận hành tương tự các bước như trên trong tất cả các nội dung nghiên cứu

Bảng 3.1 Thông số kỹ thuật của mô hình thí nghiệm

Vật liệu tiếp xúc

Loại vật liệu tiếp xúc dùng trong mô hình nghiên cứu này được làm từ nhựa polypropylen (PP) hoặc polyvinyclorua (PVC), các thông số kỹ thuật của loại vật liệu dùng trong mô hình được trình bày trong Bảng 3.2

Bảng 3.2 Thông số kỹ thuật của vật liệu tiếp xúc

Nước thải được lấy tại hố thu trạm xử lý nước thải chợ Bình Điền công suất 2.500m3/ngđ mỗi buổi sáng lúc 6h30 Trong quá trình chuẩn bị và tiến hành chạy mô hình thí nghiệm không bổ sung các chất dinh dưỡng Điều kiện thí nghiệm ở nhiệt độ phòng 25 - 300C

Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng xử lý bằng quá trình bùn hoạt tính hiếu khí tăng trưởng dính bám cố định đối với nước thải chợ Bình Điền được thực hiện trên 3 nội dung (1) nghiên cứu ảnh hưởng của tải trọng chất hữu cơ; (2) nghiên cứu ảnh hưởng của độ kiềm; (3) nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ oxy hòa tan đến hiệu quả xử lý COD, Nitơ Tất cả các nghiên cứu vận hành theo dạng mẻ Mô hình được đặt tại lầu 8 tại trường Đại học Văn Lang

Quy trình thí nghiệm

Bước 1: Nghiên cứu thành phần nước thải phát sinh của chợ ĐMNSTP Bình Điền Bước 2: Đánh giá hiệu quả xử lý của trạm xử lý nước thải chợ ĐMNSTP Bình Điền có

công suất 2.500m3/ngđ

Bước 3: Nghiên cứu ảnh hưởng tải trọng chất hữu cơ đến hiệu quả xử lý COD và Nitơ

- Thí nghiệm 1: vận hành mô hình ở giai đoạn thích nghi với tải trọng chất hữu cơ 0,7 – 1,12 kgCOD/m3.ngđ

- Thí nghiệm 2: chạy profile bùn với tải trọng chất hữu cơ 0.7 – 1.12 kgCOD/m3.ngđ Xác định thời gian lưu nước thích hợp để xử lý COD và Nitơ đạt quy chuẩn xả thải QCVN 11-MT:2015/BTNMT, Cột B

- Thí nghiệm 3, 4, 5 : chạy mô hình ở giai đoạn nâng tải trọng, dựa vào kết quả ở thí nghiệm 2 chọn thời gian lưu nước chạy mô hình cho giai đoạn nâng tải trọng (giảm dần thời gian lưu nước theo thời gian lưu nước xử lý thành phần COD đạt yêu cầu

xả thải CODtc thấp hơn 150 mgO2/L)

Bước 4: Nghiên cứu ảnh hưởng độ kiềm đến hiệu quả xử lý COD và Nitơ

- Thí nghiệm 6, 7, 8: thông số vận hành mô hình như thời gian lưu nước, tải trọng ammonia, DO thích hợp tiếp tục chạy mô hình có bổ sung kiềm

Bước 5: Nghiên cứu ảnh hưởng nồng độ oxy hòa tan đến hiệu quả xử lý COD và Nitơ

- Thí nghiệm 9, 10, 11: dựa vào các nghiên cứu ảnh hưởng nồng độ chất hữu cơ, độ kiềm có thể xác định các thông số vận hành thời gian lưu, tải trọng ammonia, độ kiềm thích hợp Thay đổi nồng độ oxy hòa tan để đánh giá yếu tố ảnh hưởng của

DO đến hiệu quả xử lý COD, Nitơ

3.2 Nghiên cứu thành phần nước thải ph t sinh và đánh giá hiệu quả xử lý của trạm xử lý nước thải chợ ĐMNSTP Bình Điền

Nghiên cứu thành phần nước thải phát sinh tại chợ ĐMNSTP Bình Điền

Nguồn phát sinh nước thải gồm (1) nước thải chế biến thủy - hải sản, gia súc, gia cầm chiếm 90 % trong tổng lượng nước thải và (2) nước thải sinh hoạt chiếm 10% Thành

phần nước thải phát sinh chủ yếu từ máu cá, máu thịt heo, mỡ cá, mỡ thịt, tôm, mực,

ốc, nước rửa rau củ quả… và một số vụn cá thịt trôi theo dòng nước trong quá trình làm sạch thành phẩm Vì vậy, các chất tồn tại trong nước thải chủ yếu là protein, lipid, gluxid, muối vô cơ, …

Nghiên cứu được thực hiện nhằm xác định các thông số ban đầu trong hỗn hợp nước thải thu gom về trạm xử lý nước thải chợ ĐMNSTP Bình Điền công suất 2500m3/ngđ Thông qua việc lấy mẫu phân tích biến thiên các chỉ tiêu trong cùng một ngày từ lúc 20h tối hôm nay cho đến 12h trưa ngày hôm sau Đó là thời gian chợ bắt đầu hoạt động

xả nước thải cho đến khi kết thúc phiên chợ trong ngày Mặt khác, đây là chợ đầu mối chuyên phân phối các mặt hàng sản phẩm cho khu vực thành phố Hồ Chí Minh nên sản lượng hàng hoá giữa các ngày trong tuần, giữa các tháng trong năm hầu như không giảm và thay đổi đặc biệt Riêng hoạt động của chợ sẽ ngừng duy nhất trong ngày mùng 1 đầu năm vì đây là thời gian nghỉ lễ tết của các thương nhân trong chợ và đây là thời điểm lượng nước thải phát sinh hầu như không có Bên cạnh đó, theo thông tin của Ban quản lý chợ Bình Điền cho biết sản lượng các mặt hang hải sản tươi sống sẽ giảm lượng mua bán trong ngày 15 âm lịch hàng tháng, lưu lượng nước thải phát sinh giảm so với ngày thường.Tuy nhiên, nồng độ các chất thải vẫn không có gì thay đổi Vì vậy, chu kì lấy mẫu sẽ thực hiện như sau

Chu kì lấy mẫu: 1 tiếng/lần ở hố thu trạm 2.500m3/ngđ

Vị trí lấy mẫu: lấy mẫu tại hố thu trạm xử lý nước thải 2.500m3/ngđ

Các chỉ tiêu cần xác định chủ yếu: COD, BODht, Amoniac, pH, độ kiềm, TDS, SS,…

Đ nh gi hiệu quả xử lý của trạm xử lý nước thải chợ ĐMNSTP Bình Điền công suất 2.500m 3 /ngđ

Trạm xử lý nước thải chợ ĐMNSTP Bình Điền có các công trình (1) hố thu, song lược rác, (2) bể điều hoà, (3) bể lắng đợt 1, (4) bể hiếu khí, (5) bể lắng đợt 2 và (6) bể tiếp xúc Đánh giá hiệu quả xử lý của trạm XLNT chợ Bình Điền cũng chính là đánh giá công trình sinh học (bể hiếu khí kết hợp bể lắng đợt 2) Mục đích của bể này là (1) giảm nồng độ các chất hữu cơ thông qua hoạt động của vi sinh tự dưỡng hiếu khí; (2) thực hiện quá trình nitrate hóa nhằm tạo ra lượng nitrate cho hệ thống thiếu khí phía trước thông qua nhóm vi sinh vật Nitrosomonas và Nitrobacter

Máy thổi khí được vận hành liên tục nhằm cung cấp oxy cho cả hai nhóm vi sinh vật hiếu khí này hoạt động Do đó, cần phải đo lượng oxy hoà tan trong hỗn hợp nước thải

và bùn để đánh giá hiệu quả quá trình khoáng hoá các hợp chất hữu cơ nhờ quá trình cấp khí theo một số nghiên cứu cho thấy DO thích hợp phải lớn hơn 3 mgO2/L

Lấy mẫu ở công trình đơn vị sau: bể lắng đợt 1, bể hiếu khí, bể lắng đợt 2

Vị trí lấy mẫu: bể lắng đợt 1, bể hiếu khí, bể lắng đợt 2

Chu kì lấy mẫu: 1 - 2 tiếng/lần

Các chỉ tiêu phân tích

- Bể lắng đợt 1: SS vào, SS ra

- Bể hiếu khí: đo nồng độ oxy hoà tan (DO), COD , N-NH+

Cách bảo quản mẫu: mẫu được đựng trong chai có dung tích 500ml lưu trữ trong thùng xốp có đá cách nhiệt duy trì nhiệt độ < 200C mang về phòng thí nghiệm phân tích trong ngày

3.3 Nghiên cứu ảnh hưởng của tải trọng chất hữu cơ đến hiệu quả xử lý COD, Nitơ

Thí nghiệm 1 : vận hành mô hình ở giai đoạn thích nghi với tải trọng chất hữu cơ 0,7 –

1,12 kgCOD/m3.ngđ

Tải trọng chất hữu cơ từ 0,3 – 0,5 kgCOD/m3.ngđ và thời gian lưu nước 6 - 8 giờ Theo nghiên cứu của Nguyễn Thị Thanh Phượng và cộng sự ở tải trọng COD 1 – 1,15 kg COD/m3.ng chạy trong giai đoạn thích nghi Do đó, chọn thời gian lưu nước là 24 giờ tương ứng với tải trọng thích nghi là 0,7 – 1,12 kgCOD/m3.ngđ Nước ra khỏi bể bùn hoạt tính hiếu khí tăng trưởng dính bám cố định sẽ dễ lắng, chứa ít chất hữu cơ (Hoàng

Thí nghiệm 2: chạy profile bùn với tải trọng chất hữu cơ 0.7 – 1.12 kgCOD/m3.ngđ Xác định thời gian lưu nước thích hợp để xử lý COD và Nitơ đạt quy chuẩn xả thải QCVN 11-MT:2015/BTNMT, Cột B

Phân tích các chỉ tiêu: CODtc, N-NH+4, N-NO-3, độ kiềm, pH

Thí nghiệm 3, 4, 5 : chạy mô hình ở giai đoạn nâng tải trọng, dựa vào kết quả ở thí

nghiệm 2 chọn thời gian lưu nước chạy mô hình cho giai đoạn nâng tải trọng

- Thí nghiệm 3: chạy với tải trọng 1,8 – 2,5 kg COD /m3.ngđ tương ứng với thời gian lưu nước 8h (theo kết quả ở TN2 xác định thời gian lưu nước để xử lý COD đạt QCVN 11-MT:2015/BTNMT, Cột B)

- Thí nghiệm 4: dựa vào kết quả ở TN3, tiếp tục nâng tải trọng lên 2,5 – 3,2 kg COD /m3.ngđ vận hành mô hình với thời gian lưu nước tương ứng là 6h cho đến khi giá trị COD sau xử lý ổn định

- Thí nghiệm 5: dựa vào kết quả ở TN4, tiếp tục nâng tải trọng lên 3,4 – 4,9 kgCOD/m3.ngđ vận hành mô hình với thời gian lưu nước tương ứng là 4h cho đến khi giá trị COD sau xử lý ổn định

Quy trình thay nước vận hành mô hình tương tự như giai đoạn thích nghi, nước thải trước xử lý được chứa trong thùng nhựa có thể tích 60L, để tránh làm xáo trộn bùn thích nghi (bắt đầu dính bám trên vật liệu tiếp xúc) trong bể hiếu khí nên mở hết van cho nước chảy trên thành bể cho đến khi đầy bể với dung tích hữu dụng 11L, bật máy thổi khí hoạt động Các chỉ tiêu phân tích tương tự như giai đoạn thích nghi Các thông

số vận hành mô hình dạng mẻ trong giai đoạn nâng tải trọng được trình bày trong bảng 3.6

Bảng 3.5 Thông số vận hành mô hình dạng mẻ trong giai đoạn nâng tải trọng

3.4 Nghiên cứu ảnh hưởng của độ kiềm đến hiệu quả xử lý COD và Nitơ

Theo công trình thực tế hiện nay trạm xử lý nước thải chợ Bình Điền có công suất 2.500m3/mgđ tính theo tải trọng dao động từ 1,8 – 2,5 kgCOD/m3 ngđ, tính toán được thời gian lưu nước cho ph p đạt thông số thiết kế công trình sinh học là 15h (theo phần đánh giá hiện trạng ở 3.1), tải trọng ammonia 1 – 1,5 kgN-NH4+/m3.ngđ (Metcatf và Eddy, 2014) Tuy nhiên, thí nghiệm 2 khi chạy profile sẽ cho kết quả thời gian lưu nước thích hợp để chuyển hoá toàn bộ ammonia thành nito với điều kiện không bổ sung kiềm Dựa vào nghiên cứu ở thí nghiệm 2, nghiên cứu này được chạy thử thời gian lưu nước là 12 giờ để so sánh với thời gian lưu nước ở thí nghiệm 2 nhằm đánh giá với lượng kiềm thay đổi thì tốc độ chuyển hoá ammonia sẽ thay đổi như thế nào, đồng thời

bổ sung kiềm đủ (Cứ mỗi g N-NH+

4 bị chuyển hóa thành NO3 cần phải bổ sung 7,14g kiềm tính theo CaCO3 (Metcalf và Eddy 2014) và kiềm NaHCO3 (độ tinh khiết 95%) ở dạng rắn được dùng phổ biến trên thị trường xử lý nước thải hiện nay được áp dụng trong nghiên cứu này, liều lượng kiềm thay đổi trong nghiên cứu được trình bày cụ thể trong Bảng 3.7

Theo tính toán lý thuyết, với nồng độ ammonia 100 – 200 mgCaCO3/L thì cần 571 –

1285, mgCaCO3/L kiềm có sẵn 400 – 600 mgCaCO3/L, giả sử quá trình khử nitrat đạt hiệu quả xử lý 80% theo nghiên cứu (Nguyễn Trọng Lực và cộng sự, 2009) sinh ra 216 – 576 mgCaCO3/L Lượng kiềm cần bổ sung thêm là 45 – 100 mgCaCO3/L Tuy nhiên,

để đảm bảo cho lượng kiềm phải đủ và dư trong quá trình xử lý thì lượng kiềm sau xử

lý cần dư khoảng 40- 80 mgCaCO3/L Do đó, tổng lượng kiềm cần bổ sung là 85 – 180 mgCaCO3/L Lấy giá trị kiềm 180 mgCaCO3/L để bổ sung (tính cho trường hợp bất lợi nhất ở tải trọng 0,4 kgN-NH4+/m3.ngđ) làm thông số nghiên cứu ứng với lượng kiềm châm vào mô hình 11L giảm dần ở TN7, TN8 lần lượt xuống 130 mgCaCO3/L, 90 mgCaCO3/L

Thí nghiệm 6, 7, 8: dựa vào điều kiện làm việc và kết quả chạy thử mô hình với tải

trọng Ammonia 0,2 – 0,4 kgN-NH+

4 /m3.ngđ (thời gian lưu nước là 12 giờ) để xác định

các thông số vận hành mô hình như thời gian lưu nước, tải trọng ammonia, DO thích hợp tiếp tục chạy mô hình có bổ sung kiềm

- Thí nghiệm 6: chạy mô hình với tải trọng 0,2 – 0,4 kgN-NH+4 /m3.ngđ và lượng kiềm

bổ sung theo tính toán lý thuyết là 180 mgNaHCO3/L, chạy mô hình cho đến khi giá trị Ammonia sau xử lý ổn định đạt yêu cầu xả thải cho phép ammonia là 20mg/L và Nitơ tổng là 60 mg/L

- Thí nghiệm 7: dựa vào kết quả ở TN6 giảm lượng kiềm bổ sung từ 180 mgNaHCO3/L xuống 130 mgNaHCO3/L, chạy mô hình cho đến khi giá trị Ammonia sau xử lý ổn định đạt yêu cầu xả thải cho ph p ammonia là 20mg/L và Nitơ tổng là

60 mg/L

- Thí nghiệm 8: dựa vào kết quả ở TN7 giảm lượng kiềm bổ sung từ 130 mgNaHCO3/L xuống 90 mgNaHCO3/L chạy mô hình cho đến khi giá trị Ammonia sau xử lý ổn định

Nghiên cứu ảnh hưởng của độ kiềm đến hiệu quả xử lý COD và Nitơ nhằm xác định liều lượng kiềm cần thiết bổ sung vừa đủ có quá trình chuyển hóa nồng độ các chất ô nhiễm sau xử lý đạt yêu cầu xả thải và xác định kích thước công trình phù hợp với thời gian lưu nước sao cho quá trình nitrat hóa bằng phương pháp sinh học xảy ra theo 2 giai đoạn (1) Ammonia oxy hóa thành nitrit và (2) nitrit tiếp tục oxy hóa thành nitrat (Trần Thị Mỹ Diệu, 2014) Toàn bộ quá trình nitrat hóa được kiểm soát bởi quá trình oxy hóa NH3 thành NO-2 (Gerardi, 2002)

Bảng 3.6 Thông số vận hành mô hình dạng mẻ xác định độ kiềm ảnh hưởng đến hiệu

quả xử lý N-NH+

4

(*) Giá trị N-NH4+: 85 – 165 mg/L, N-org: 15 – 35 mg/L, nên tổng N-NH4+ chạy mô hình

là 100 – 200mg/L

Quy trình bổ sung kiềm được thực hiện (1) tính toán theo lý thuyết xác định kiềm bổ sung vừa đủ (hoặc dư) đảm bảo cho quá trình Nitrat hóa xảy ra hoàn toàn ở TN6 (2) cân chính xác lượng hóa chất đã tính toán cho vào 15 ống nghiệm, mỗi mẻ sử dụng 1 ống kiềm đã chuẩn bị sẵn (3) mô hình vận hành dạng mẻ (SBR) tất cả xảy ra trong cùng một bể và được thực hiện lần lượt theo các bước: làm đầy, phản ứng, lắng, xả nước, ngưng Châm kiềm dạng lỏng (pha loãng kiềm bằng nước thải) trực tiếp vào bể

ở giai đoạn làm đầy