nghiên cứu xử lý nước thải sản xuất nước mắm bằng công nghệ mbbr (moving bed biofilm reactor) quy mô phòng thí nghiệm

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT Aerobic Quá trình hiếu khí/điều kiện hiếu khí/bể xử lý hiếu khí Anaerobic Quá trình kỵ khí/điều kiện kỵ khí/bể xử lý kỵ khí Anoxic Quá trình thiếu khí/điều kiện thiế

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH ẢNH iii

DANH MỤC BẢNG BIỂU iiiv

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT iv

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU 1

1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1

1.2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU 2

1.2.1 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài 2

1.2.2 Những nội dung cần nghiên cứu 2

1.3 PHẠM VI VÀ ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI 3

1.4 Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI 3

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN 4

2.1 TỔNG QUAN NƯỚC THẢI SẢN XUẤT NƯỚC MẮM 4

2.1.1 Công nghệ sản xuất nước mắm của cơ sở 4

2.1.2 Nguồn gốc, tính chất nước thải 5

2.2 TỔNG QUAN CÁC PHƯƠNG PHÁT XỬ LÝ NƯỚC THẢI SẢN XUẤT NƯỚC MẮM 6

2.2.1 Xử lý nước thải bằng phương pháp cơ học 6

2.1.2 Xử lý nước thải bằng phương pháp hóa lý 7

2.1.3 Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học 9

2.3 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ MBBR 11

2.3.1 Giới thiệu về công nghệ MBBR 11

2.3.2 Giá thể động 12

2.3.3 Lớp màng biofilm 14

2.3.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình xử lý bằng công nghệ MBBR 15

2.3.5 Ưu điểm và nhược điểm của công nghệ MBBR 16

2.3.6 Các nghiên cứu ứng dụng khác nhau của công nghệ MBBR 17

CHƯƠNG 3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 20

3.1 VẬT LIỆU NGHIÊN CỨU 20

3.1.1 Nước thải 20

3.1.2 Giá thể di động 20

3.1.3 Bùn hoạt tính 21

3.2 SƠ ĐỒ NGHIÊN CỨU 21

3.3 MÔ HÌNH NGHIÊN CỨU 23

3.3.1 Sơ đồ bố trí mô hình thí nghiệm 23

3.3.2 Kích thước trong mô hình 23

3.3.3 Các chi tiết thiết bị trong mô hình 25

3.4 QUY TRÌNH NGHIÊN CỨU 26

3.4.1 Thí nghiệm thích nghi trên giá thể K3 (giai đoạn 1) 26

3.4.2 Thí nghiệm tăng tải trọng trên giá thể K3 (giai đoạn 2) 27

3.5 QUY TRÌNH LẤY MẪU VÀ PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH MẪU 27

3.5.1 Quy trình lấy mẫu 27

3.6 PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH VÀ XỬ LÝ SỐ LIỆU 28

3.6.1 Phương pháp xử lý số liệu 28

3.6.2 Phương pháp so sánh đánh giá 29

CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 30

4.1 KẾT QUẢ VẬN HÀNH MÔ HÌNH MBBR Ở GIAI ĐOẠN THÍCH NGHI 30

4.2 QUÁ TRÌNH TĂNG TRƯỞNG CỦA SINH KHỐI 32

4.3 DIỄN BIẾN CỦA CÁC CHỈ TIÊU PH QUA CÁC TẢI TRỌNG VẬN HÀNH 0,6; 0,8; 1,0 KGCOD/M3.NGÀY 34

4.4 KẾT QUẢ LỌA BỎ COD CỦA TOÀN BỘ QUÁ TRÌNH NGHIÊN CỨU 36

4.5 KẾT QUẢ LỌA BỎ TN CỦA TOÀN BỘ QUÁ TRÌNH NGHIÊN CỨU 38

4.6 KẾT QUẢ LỌA BỎ TP CỦA TOÀN BỘ QUÁ TRÌNH NGHIÊN CỨU 40

4.7 KẾT QUẢ LỌAI BỎ BOD5 CỦA TOÀN BỘ QUÁ TRÌNH NGHIÊN CỨU 41 4.7 KẾT QUẢ LỌA BỎ CL- CỦA TOÀN BỘ QUÁ TRÌNH NGHIÊN CỨU 42

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 44

KẾT LUẬN 44

TÀI LIỆU THAM KHẢO 45

PHỤ LỤC 46

PHỤ LỤC A: CÁC BẢNG SỐ LIỆU 46

PHỤ LỤC B HÌNH ẢNH 53

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 2.1 Quy trình sản xuất nước mắm của cơ sở (Nguồn: Đề án BVMT của phân

xưởng 5) 4

Hình 2.2 Mô tả quá trình xử lý của bể MBBR hiếu khí (a) và thiếu khí (b) 12

Hình 2.3 Các loại giá thể K1, K2, K3, Biofilm Chip M và Natrix-O 13

Hình 2.4 Màng biofilm trên giá thể 14

Hình 2.5 Mô hình MBBR 18

Hình 3.1 Giá thể K3 sử dụng cho mô hình MBBR 21

Hình 3.2 Sơ đồ phương pháp nghiên cứu 22

Hình 3.3 Sơ đồ công nghệ MBBR 23

Hình 3.4 Mô hình MBBR nghiên cứu 24

Hình 4.1Mô hình MBBR hiếu khí trên thực tế 30

Hình 4.2 Biểu đồ biểu diễn sự dao động pH của mô hình ở tại trọng hữu cơ 0,3 kgCOD/m3.ngày 31

Hình 4.3 Biểu đồ biểu diễn nồng độ COD vào, ra và hiệu suất của mô hình ở tại trọng hữu cơ 0,3 kgCOD/m3.ngày 31

Hình 4.4 Giá thể K3 qua các tải trọng hữu cơ 34

Hình 4.5 Mối quan hệ giữa sinh khối bám dính theo VS và sinh khối bám dính theo FS 34

Hình 4.6 Biểu đồ biểu diễn sự dao động pH vào và ra mô hình ở các tải trọng hữu cơ 37

Hình 4.7 Biểu đồ biểu diễn nồng độ trung bình COD vào và ra mô hình ở các tải trọng hữu cơ 37

Hình 4.8 Biểu đồ biểu diễn nồng độ COD vào, ra và hiệu suất qua các tải trọng hữu cơ 38

Hình 4.9 Biểu đồ biểu diễn nồng độ TN trung bình đầu vào, ra và hiệu suất của các tải trọng hữu cơ 38

Hình 4.10 Biểu đồ biểu diễn mối liên hệ giữa tải trọng Clorua và hiệu suất xử lý TN 43

Hình 4.11 Biểu đồ biểu diễn nồng độ TP đầu vào, đầu ra và hiệu suất của mô hình qua các tải trọng hữu cơ 41

Hình 4.12 Biểu đồ biểu diễn nồng độ BOD trung bình đầu vào, ra và hiệu suất của các tải trọng hữu cơ 42

Hình 4.13 Biểu đồ biểu diễn nồng độ Clorua đầu vào, đầu ra và hiệu suất của mô hình qua các tải trọng hữu cơ 43

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1 Thành phần tính chất nước thải của nước mắm 6

Bảng 2.2 Thông số các loại giá thể Kaldnes 13

Bảng 2.2 Thông số các loại giá thể Kaldnes 13

Bảng 3.2 Thành phần tính chất nước thải nước mắm đầu vào mô hình thí nghiệm 20 Bảng 3.2 Kích thước mô hình 24

Bảng 3.3 Thông số vận hành 24

Bảng 3.4 Thông số kĩ thuật các thiết bị sử dụng trong mô hình thí nghiệm 25

Bảng 3.5 Các vị trí và tần suất lấy mẫu 28

Bảng 3.6 Phương pháp phân tích mẫu 28

Bảng 3.7 Các chỉ tiêu QCVN 11-MT:2015/BTNMT 29

Bảng 4.1 Kết quả giá trị pH, COD ở tại trọng hữu cơ 0,3 kgCOD/m3.ngày 31

Bảng 4.2: Hàm lượng sinh khối dính bám trên giá thể K3 ở cuối mỗi tải trọng 33

Bảng 4.3: Bảng tổng hợp kết quả pH qua các tải trọng 0,6; 0,8; 1,0 kgCOD/m3.ngày 33

Bảng 4.4: Kết quả tổng hợp mối liên hệ của tải trọng Clorua và hiệu suất xử lý TN 35

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

Aerobic Quá trình hiếu khí/điều kiện hiếu khí/bể xử lý hiếu khí

Anaerobic Quá trình kỵ khí/điều kiện kỵ khí/bể xử lý kỵ khí

Anoxic Quá trình thiếu khí/điều kiện thiếu khí/bể xử lý thiếu khí

BOD Biological oxygen demand – Nhu cầu oxy sinh hóa

HRT Hydrolic retention time – Thời gian lưu nước

OLR Organic loading rate – Tải trọng chất hữu cơ

MBBR Moving bed biofilm reactor – Bể phản ứng màng sinh học dính bám

trên giá thể lơ lửng MBR Membrance bioreactor – Bể phản ứng sinh học màng

MLSS Nồng độ chất rắn trong hệ bùn lỏng

MLVSS Nồng độ chất rắn lơ lửng bay hơi trong hệ bùn lỏng

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Nước ta với nền kinh tế thị trường định hướng xã hội chủ nghĩa, là động lực để phát triển kinh tế Cuộc sống đang ngày càng được nâng cao, nhu cầu vê lương thực, thực phẩm ngày càng nhiều Trong những năm gần đây các ngành thuộc lĩnh vực thực phẩm phát triển một cách mạnh, phục vụ tốt nhu cầu của người sử dụng Tuy nhiên, mặt trái của nó là tạo ra một lượng không nhỏ các chất thải rắn, khí, lỏng… đây là nguyên nhân chính gây ra ô nhiễm môi trường, làm cạn kiệt nguồn tài nguyên thiên nhiên

Kể đến ngành sản xuất thực phẩm thì không thể không kể đến ngành sản xuất nước mắm Nước mắm là loại gia vị thiết yếu trong cuộc sống của con người, nó giúp cho các món ăn trở nên đậm đà, thơm ngon hơn Theo cục chế biến, thương mại Nông lâm Thủy sản và nghề muối, hiện nay cả nước có khoảng 2900 cơ sở chế biến nước mắm với sản lượng bình quân ước hơn 215 triệu lit/năm Trong đó tập trung nhiều nhất ở khu vực Tây Nam bộ, chiếm 45,7 % về số lượng cơ sở chế biến; 39.2 % về sản lượng so với cả nước Mỗi năm cả nước tiêu thụ từ 180-200 triệu lít nước mắm Trung bình một người mỗi ngày tiêu thụ khoảng 16ml nước mắm Riêng tại TP.HCM, theo kết quả nghiên cứu về tình hình sử dụng gia vị mặn của người dân thành phố Hồ Chí Minh do Trung tâm Dinh dưỡng thực hiện năm 2012, cho thấy tỉ lệ sử dụng nước mắm trong chế biến thức ăn là 97,5% Thị trường nước mắm đạt tổng doanh thu từ 7.200 tỷ đến 7.500 tỷ/năm

Tuy nhiên, bên cạnh những lợi ích mà ngành này mang lại cho kinh tế thì cũng

có những tác hại tiêu cực không hề nhỏ đến môi trường sống của con người Nước thải của sản xuất nước mắm bị nhiễm bẩn với nồng độ chất hữu cơ cao, nồng độ muối cao Nếu không được xử lý mà xả thải trực tiếp ra ngoài môi trường sẽ làm ảnh hưởng nghiêm trọng đến đời sống của các vi sinh vật và các cây thủy sinh trong nước, cũng như ảnh hưởng tới môi trường và các động vật sống xung quanh đó Vì

vậy mà vấn đề nghiên cứu xử lý nước thải sản xuất nước mắm là một yêu cầu cần

thiết cho các nhà môi trường nói riêng và tất cả chúng ta nói chung

Có nhiều công nghệ xử lý nước thải sản xuất nước mắm đã và đang được áp dụng trên thế giới, chủ yếu là ứng dụng giải pháp sinh học để xử lý các hợp chất hữu cơ

dễ phân hủy trong thành phần nước thải và áp dụng lọc nano để xử lý độ mặn

Hiện nay công nghệ đang được áp dụng để xử lý nước thải sản xuất nước mắm

- Hệ thống xử lý kỵ khí kết hợp hiếu khí

- Hệ thống xử lý bùn hoạt tính kết hợp màng lọc MBR

Phương pháp xử lý hiếu khí và kỵ khí được áp dụng nhiều hơn chủ yếu là hiếu khí tăng cường (Aerotank) và kỵ khí cải tiến UASB có ưu điểm là hiệu suất cao, thời gian xử lý ngắn Tuy nhiên nhược điểm là: kinh phí vận hành cao do sử dụng điện cho các thiết bị như bơm và máy thổi khí, không có khả năng xử lý nước thải

bị ô nhiễm cao

Kết hợp với nhu cầu thực tế và khắc phục yếu điểm của các phương pháp trước đây, luận văn này tiến hành “Nghiên cứu xử lý nước thải sản xuất nước mắm bằng

mô hình MBBR – Moving Bed Biofilm Reactor”

So với quá trình bùn hoạt tính thì quá trình diễn ra trong bể MBBR có khả năng loại bỏ chất ô nhiễm cao hơn do chuỗi thức ăn dài trong lớp màng hình thành trên giá thể lơ lửng trong bể có số lượng nhiều và phong phú các loài như: protozoa, metozoa, vi khuẩn và nấm Khả năng xử lý trên một đơn vị thể tích bể cao hơn quá trình bùn hoạt tính thông thường do số lượng sinh khối trên mỗi đơn vị thể tích của màng vi sinh cao hơn Nhờ quá trình tạo màng liên tục và loại bỏ phần vi sinh già chết ở phía ngoài, điều này làm cho trẻ hóa năng lượng, vi sinh mới nhanh chóng phát triển Lượng bùn dư sinh ra ít hơn quá trình bùn hoạt tính Bên cạnh đó, công nghệ này có khả năng chịu sự biến đổi về thủy lực và tải trọng cao hữu cơ cao Do

đó việc đề xuất sử dụng bể MBBR có thể ứng dụng trong điều kiện diện tích xử lý hạn hẹp với chi phí xử lý ít tốn kém là cần thiết

1.2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

1.2.1 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

Nghiên cứu xử lý nước thải sản xuất nước mắm bằng mô hình MBBR (Moving Bed Biofilm Reactor) nhằm xác định hiệu quả xử lý, thông số vận hành và tải trọng hữu cơ thích hợp của mô hình trong xử lý nước thải sản xuất nước mắm

1.2.2 Những nội dung cần nghiên cứu

- Tổng quan thành phần, tích chất và các phương pháp xử lý nước thải sản xuất

nước mắm

- Lắp đặt mô hình MBBR hiếu khí với giá thể K3

- Vận hành thích nghi xử lý nước thải sản xuất nước mắm bằng mô hình MBBR hiếu khí với tải trọng 0,3 kgCOD/m3.ngày

- Vận hành xử lý nước thải sản xuất nước mắm bằng mô hình MBBR hiếu khí ở các tải trọng 0,6; 0.8; 1,0 kgCOD/m3.ngày

- Đánh giá hiệu quả xử lý các thông số pH, COD, TP, TN, BOD5, Clorua của nước thải sản xuất nước mắm bằng mô hình MBBR

- Đề xuất thông số vận hành (HRT, OLR) thích hợp khi áp dụng thực tế công nghệ MBBR xử lý nước thải sản xuất nước mắm

1.3 PHẠM VI VÀ ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI

- Đề tài nghiên cứu được thực hiện trên quy mô phòng thí nghiệm trên mô hình MBBR hiếu khí với giá thể K3

- Nước thải sử dụng trong nghiên cứu là nước thải thật được lấy sau song chắn rác của phân xưởng 5 chi nhánh công ty cổ phần chế biến Thủy hải sản Liên Thành

- Tải trọng nghiên cứu gồm: 1 tải thích nghi là 0,3 kgCOD/m3.ngày và các tải vận hành 0,6; 0.8; 1,0 kgCOD/m3.ngày

1.4 Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI

- Có ý nghĩa thực tế sử dụng công nghệ vào xử lý nước thải sản xuất nước mắm

- Nâng cao hiệu quả xử lý nước thải sản xuất nước mắm

- Giảm chi phí thiệt hại, sự cố môi trường

- Hạn chế ảnh hưởng gây ô nhiễm môi trường

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN 2.1 TỔNG QUAN NƯỚC THẢI SẢN XUẤT NƯỚC MẮM

Trên thị trường nước mắm chia ra 02 loại nước mắm thường được gọi là nước mắm truyền thống và nước mắm công nghiệp Nước mắn truyền thống được làm thủ công bằng phương pháp ủ chượp truyền thống từ khoảng 200 năm nay, nguyên liệu gồm cá, muối, nước được trộn lẫn theo tỉ lệ 1:3 (3 cá 1 muối) và ủ chượp lên men từ

7 tháng đến 1 năm Nước mắm công nghiệp thường được chế biến bằng cách pha loãng nước mắm truyền thống (nước mắm gốc) theo tỉ lệ 1:5 đến 1:7, sau đó thêm vào các chất tạo đạm, tạo ngọt, điều vị, bảo quản, hương liệu, màu sắc

2.1.1 Công nghệ sản xuất nước mắm của cơ sở

Qui trình sản xuất nước mắm được thuyết minh như sau:

Hình 2.1: Quy trình sản xuất nước mắm của cơ sở (Nguồn: Đề án BVMT của phân xưởng 5)

Nguyên liệu cá tươi được mua tại Phú Quốc và được đem ướp muối theo tỷ lệ 3 cá

1 muối ở trên tàu và vận chuyển vào phân xưởng Cá sau khi ướp sẽ cho ra một hỗn hợp gọi là cá chượp Khi vận chuyển về xưởng sản xuất sẽ tách ra 2 phần, phần nước gọi là nước bổi và phần cá gọi là cá chượp Cá chượp về đến các phân xưởng của công ty sẽ được đưa vào nhà lều sản xuất và tiến hành các công đoạn sau:

- Gài nén: Cá chượp được đổ vào các thùng, hồ chứa, bổ sung muối cho đủ và đều, khi đầy thùng phủ lên một lớp muối mặt, sau đó lấy lấy vĩ tre gài chắn nhiều lớp để khối cá không bị nổi lên khi bơm nước bổi vào thùng

- Ngâm ủ và tháo đảo: Sau khi gài nén, nước bổi của cá chượp (hoặc mua thêm) được bơm vào cho đầy, để thùng cá ủ qua một thời gian khoảng 9 - 12 tháng, trong thời gian ủ chượp nước bổi được bơm tháo đảo cho đến khi nước đủ ngấu chín

- Kéo rút: nước mắm đã ngấu chín được bơm vào thùng chứa

- Pha đấu: các lô nước mắm đươc rút ra từ thùng cá chượp có độ đạm tự nhiên theo chủng loại cá sẽ được pha đấu lại ra nước mắm thành phẩm với phẩm cấp (độ đạm) theo nhu cầu của thị trường

- Nước mắm thành phẩm được lọc và chiết rót vào can, bồn và bảo quản tại kho chứa thành phẩm

Nước thải phát sinh là do quá trình từ vệ sinh bồn, nền nhà xưởng

Với qui trình sản xuất nước mắm như trên, đây là công nghệ sản xuất nước mắm truyền thống sẽ có thành phần và tính chất nước thải khác so với sản xuất nước mắm công nghiệp, vì vậy quy chuẩn được so sánh với chất lượng nước đầu ra sau

xử lý là QCVN 11-MT:2015/BTNMT– Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải chế biến thủy sản

 Sử dụng trực tiếp cho pha đấu nước mắm phục vụ sản xuất: 6m3/ngày

 Sử dụng cho vệ sinh dụng cụ, thiết bị sản xuất, nhà xưởng: 7m3/ngày

Thành phần tính chất nước thải như trong bảng sau:

Bảng 2.1 Thành phần tính chất nước thải của nước mắm

QCVN MT:2015/BTNMT, cột B,

xử lý nước thải Trong thực tế, song chắn rác thô thường được đặt trước song chắn rác tinh và trước bể lắng cát Song/ lưới chắn rác mịn đặt sau song chắn rác thô ở bước xử lý sơ bộ và trước lọc sinh học nhỏ giọt bậc 2

2.2.1.2 Bể lắng sơ bộ

Có chức năng : loại bỏ các chất có thể lắng được, tách dầu hoặc các chất nổi khác, giảm tải trọng hữu cơ cho công trình xử lý sinh học phía sau Bể lắng sơ bộ nếu vận hành tốt có thể loại bỏ 50 - 70% SS, và 25-40 % BOD5 Hai thông số thiết

kế quan trọng chủ yếu của bể lắng là tải trọng bề mặt (32 - 45 m3/m2.ngày ) và thời gian lưu nước (1,5 – 2,5 h) Ngoài ra, người ta còn tách các hạt lơ lửng bằng cách tiến hành quá trình lắng chúng dưới tác dụng của các lực li tâm trong các xiclon thủy lực hoặc máy li tâm Bùn lắng ở các bể lắng này được gọi là bùn tươi có tỉ trọng 1,03 – 1,05; hàm lượng chất rắn 4 - 12%

2.2.1.3 Bể điều hòa

Mục tiêu thiết kể bể điều hòa là khắc phục những vấn đề vận hành do sự dao động của lưu lượng, nồng độ; nâng cao hiệu suất của quá trình phía sau; giảm kích thước

và chi phí của những công trình xử lý phía sau

Có hai loại dạng bể điều hòa:

Điều hòa trong dòng: Tất cả dòng chảy vào trong bể điều hòa Ổn định lưu lượng và tảilượng

Điều hòa ngoài dòng: Lưu lượng lớn hơn lưu lượng giới hạn sẽ chảy vào bể điều hòa → chi phí bơm giảm

2.1.2 Xử lý nước thải bằng phương pháp hóa lý

2.1.2.1 Phương pháp hấp phụ

Loại bỏ chất hữu cơ và khí hòa tan ra khỏi nước thải bằng cách bắt giữ những chất

đó trên bề mặt chất rắn ( chất hấp phụ) hoặc tương tác giữa chất bẩn hòa tan với chất hấp phụ (hấp phụ hóa học) Các chất hấp phụ thường dùng là than hoạt tính, silicagen, keo nhôm,…

2.1.2.2.Phương pháp tuyển nổi

Phương pháp tuyển nổi thường được sử dụng để tách các tạp chất phân tán không tan, khả năng tự lắng kém ra khỏi pha lỏng và cũng được dùng để tách một

số tạp chất hòa tan như các chất hoạt động bề mặt Ưu điểm của phương pháp tuyển nổi so với phương pháp lắng là có thể khử được hoàn toàn các hạt nhỏ, nhẹ và lắng chậm trong một thời gian ngắn

Quá trình tuyển nổi được thực hiện bằng cách sục các bọt khí nhỏ vào trong pha lỏng, các bọt khí đó kết dính với các hạt chất bẩn và kéo chúng nổi lên trên bề mặt, sau đó chúng tập hợp lại với nhau thành các lớp bọt Có hai hình thức tuyển nổi: Sục khí ở áp suất khí quyển và bão hòa không khí ở áp suất khí quyển sau đó thoát

khí ra khỏi nước ở áp suất chân không

2.1.2.3.Phương pháp khử trùng

Khử trùng (disinfection) khác với quá trình tiệt trùng (sterilization), quá trình tiệt trùng sẽ tiêu diệt hoàn toàn vi sinh vật còn quá trình khử trùng chỉ tiêu diệt một phần vi sinh vật

Các biện pháp khử trùng bao gồm sử dụng hóa chất, sử dụng các quá trình cơ lý Các hóa chất được sử dụng chủ yếu cho quá trình khử trùng là clo, hợp chất clo, ozon, permanganat, bạc, H2O2, hipoclorit,…

Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình khử trùng là khả năng diệt khuẩn của hóa chất khử trùng, quá trình tiếp xúc, thời gian tiếp xúc, pH, đặc điểm của vi sinh vật,…

2.1.2.4 Phương pháp trích ly

Trích ly pha lỏng được ứng dụng để làm sạch nước thải chứa phenol, axit hữu cơ, các ion kim loại… phương pháp này được ứng dụng khi nồng độ chất thải lớn hơn 3

÷ 4 g/l Làm sạch nước thải bằng phương pháp trích ly bao gồm ba giai đoạn:

- Giai đoạn thứ nhất: Trộn đều nước thải với chất trích ly, giữa các chất lỏng hình thành hai pha lỏng

- Giai đoạn thứ hai: Phân riêng hai pha lỏng nói trên

- Giai đoạn thứ ba: Tái sinh chất trích ly

2.1.2.5 Các quá trình tách bằng màng

Màng được định nghĩa là một pha đóng vai trò ngăn cách giữa các pha khác nhau Việc ứng dụng màng để tách các chất phụ thuộc vào độ thấm của các hợp chất đó qua màng Người ta dùng kỹ thuật như: điện thẩm tích, thẩm thấu ngược, siêu lọc

2.1.2.6 Phương pháp điện hóa

Mục đích của phương pháp này là xử lý các tạp chất tan và phân tán trong nước thải, có thể áp dụng trong quá trình oxy hóa dương cực, khử cực âm, đông tụ điện

và thẩm tích Tất cả các quá trình này đều xảy ra trên các điện cực khi cho dòng điện một chiều đi qua nước thải

Nhược điểm lớn nhất của phương pháp này là tiêu hao điện năng lớn

2.1.2.7 Công nghệ lọc màng

Màng có tác dụng sẽ loại bỏ hết những hạt cặn có kích thước nhỏ (khoảng >

0,1nm có trong nước thải, hạt keo, vi khuẩn, vi rút, hạt phấn, muối hoà tan…)

Cơ chế của quá trình là khi cho nước đi qua lớp vật liệu lọc (làm bằng polymer, cenllulo, ceramic ) có kích thước lỗ nhỏ và mỏng, dưới áp suất lớn sẽ tách và giữ lại các thành phần có trong nước: chất lơ lửng, dung môi, chất hòa tan, vi khuẩn, vi rút…trên bề mặt của lớp màng

2.1.3 Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học

2.1.3.1 Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học hiếu khí

Quá trình xử lý hiếu khí nhân tạo dựa trên nhu cầu oxy cần cung cấp cho VSV hiếu khí có trong nước thải hoạt động và phát triển Nhiệm vụ: chuyển hóa (oxy hóa) các chất hòa tan và những chất dễ phân hủy sinh học thành những sản phẩm cuối cùng có thể chấp nhận được; hấp phụ và kết tủa cặn lơ lửng và chất keo không lắng thành bông đông tụ sinh học hay màng sinh học; chuyển hóa/khử chất dinh dưỡng (N và P)

 Bể lọc sinh học (Bể Biophin)

Là công trình xử lí nước thải trong điều kiện nhân tạo nhờ sinh vật hiếu khí Quá trình diễn ra khi cho nước thải tưới lên bề mặt bể và thấm qua vật liệu lọc Ở bề mặt của hạt vật liệu lọc và các khe hở giữa chúng, các hạt cặn bẩn được giữ lại và tạo thành màng gọi là màng vi sinh Vi sinh hấp thụ chất hữu cơ và nhờ đó mà quá trình oxy hóa được thực hiện

Nước thải sau khi qua bể lắng 1 có chứa các chất hữu cơ hòa tan và các chất lơ lửng đi vào bể phản ứng hiếu khí (Aerotank) Khi ở trong bể, các chất lơ lửng đóng vai trò là các hạt nhân để cho vi khuẩn cư trú, sinh sản và phát triển dần lên thành các bông cặn gọi là bùn hoạt tính Bùn hoạt tính là các bông cặn có màu nâu sẫm chứa các chất hữu cơ hấp thụ từ nước thải và là nơi cư trú để phát triển của vô số vi khuẩn và vi sinh vật sống khác Vi khuẩn và các vi sinh vật sống dùng chất nền (BOD) và chất dinh dưỡng (N, P) làm thức ăn để chuyển hóa chúng thành các chất trơ không hòa tan thành các tế bào mới

Để đảm bảo bùn hoạt tính ở trạng thải lơ lửng và đảm bảo chất lượng oxy dùng trong quá trình sinh hóa các chất hữu cơ thì phải luôn đảm bảo việc cung cấp oxy Lượng bùn tuần hoàn và không khí cần cung cấp phụ thuộc vào độ ẩm và mức độ của yêu cầu xử lí nước thải

Tỷ lệ các chất dinh dưỡng: BOD5 : N : P = 100:5:1 Nước thải có pH từ 6,5 – 8,5 trong bể là thích hợp Thời gian lưu nước trong bể không quá 12 giờ Quá trình diễn ra như sau:

 Khuấy trộn đều nước thải với bùn hoạt tính trong thể tích V của bể phản ứng

 Làm thoáng bằng khí nén hay khuấy trộn bề mặt hỗn hợp nước thải và bùn họat tính có trong bể trong một thời gian đủ dài để lấy oxy cấp cho quá trình sinh hóa xảy ra trong bể

 Làm trong nước và tách bùn hoạt tính ra khỏi hỗn hợp bằng bể lắng đợt

 Tuần hoàn lại một lượng bàn cần thiết từ đáy bể lắng đợt 2 vào bể Aerotank để hòa trộn với nước thải đi vào

 Xả bùn dư và xử lý bùn

2.1.3.2 Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học kị khí

- Phân hủy kỵ khí (Anaerobic Decomposition) là quá trình phân hủy các chất hữu

cơ thành chất khí (CH4 và CO2 ) trong điều kiện không có oxy Việc chuyển hoá các axit hữu cơ thành khí mêtan sản sinh ra ít năng lượng Lượng chất hữu cơ chuyển hoá thành khí vào khoảng 80 ÷ 90%

- Hiệu quả xử lý phụ thuộc vào nhiệt độ nước thải, pH, nồng độ MLSS Nhiệt độ thích hợp cho phản ứng sinh khí là từ 32 ÷ 350 C

- Ưu điểm nổi bật của quá trình xử lý kỵ khí là lượng bùn sản sinh ra rất thấp, vì thế chi phí cho việc xử lý bùn thấp hơn nhiều so với các quá trình xử lý hiếu khí

 Phương pháp xử lý kỵ khí với sinh trưởng lơ lững

Phương pháp tiếp xúc kị khí

- Bể lên men có thiết bị trộn và bể lắng riêng Quá trình này cung cấp phân ly và hoàn lưu các vi sinh vật giống, do đó cho phép vận hành quá trình ở thời gian lưu

từ 6 ÷ 12 giờ

- Cần thiết bị khử khí (Degasifier) giảm thiểu tải trọng chất rắn ở bước phân ly

- Để xử lý ở mức độ cao, thời gian lưu chất rắn được xác định là 10 ngày ở nhiệt

độ 320

C, nếu nhiệt độ giảm đi 110 C, thời gian lưu đòi hỏi phải tăng gấp đôi

 Bể UASB (Upflow anaerobic Sludge Blanket)

- Nước thải được đưa trực tiếp vào phía dưới đáy bể và được phân phối đồng đều, sau đó chảy ngược lên xuyên qua lớp bùn sinh học dạng hạt nhỏ (bông bùn) và các chất hữu cơ bị phân hủy

- Các bọt khí mêtan và NH3, H2S nổi lên trên và được thu bằng các chụp thu khí để dẫn ra khỏi bể Nước thải tiếp theo đó chuyển đến vùng lắng của bể phân tách 2 pha lỏng và rắn Sau đó ra khỏi bể, bùn hoạt tính thì hoàn lưu lại vùng lớp bông bùn Sự tạo thành bùn hạt và duy trì được nó rất quan trọng khi vận hành UASB

- Thường cho thêm vào bể 150 mg/l Ca2+ để đẩy mạnh sự tạo thành hạt bùn và 5 ÷

10 mg/l Fe2+ để giảm bớt sự tạo thành các sợi bùn nhỏ Để duy trì lớp bông bùn ở trạng thái lơ lửng, tốc độ dòng chảy thường lấy khoảng 0,6 ÷ 0,9 m/h

 Phương pháp xử lý kỵ khí với sinh trưởng bám dính

- Lọc kị khí với sinh trưởng bám dính trên giá mang hữu cơ (ANAFIZ)

- Lọc kỵ khí gắn với sự tăng trưởng các vi sinh vật kỵ khí trên các giá thể Bể lọc

có thể được vận hành ở chế độ dòng chảy ngược hoặc xuôi

- Giá thể lọc trong quá trình lưu giữ bùn hoạt tính trên nó cũng có khả năng phân

ly các chất rắn và khí sản sinh ra trong quá trình tiêu hóa

- Lọc kị khí với lớp vật liệu giả lỏng trương nở (ANAFLUX)

- Vi sinh vật được cố định trên lớp vật liệu hạt được giãn nở bởi dòng nước dâng lên sao cho sự tiếp xúc của màng sinh học với các chất hữu cơ trong một đơn vị thể tích là lớn nhất

- Ít bị tắc nghẽn trong quá trình làm việc với vật liệu lọc;

- Khởi động nhanh chóng;

- Không tẩy trôi các quần thể sinh học bám dính trên vật liệu;

- Có khả năng thay đổi lưu lượng trong giới hạn tốc độ chất lỏng

2.3 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ MBBR

2.3.1 Giới thiệu về công nghệ MBBR

MBBR (Moving Bed Biofilm Reactor) là một dạng của quá trình xử lý nước thải bằng bùn hoạt tính bới lớp màng sinh học (biofilm) Trong quá trình MBBR,

lớp màng biofilm phát triển trên giá thể lơ lưởng trong chất lỏng của bể phản ứng Những giá thể này chuyển được trong chất lỏng là nhờ hệ thống sục khí cung cấp oxy cho nước thải

Công nghệ MBBR là công nghệ kết hợp giữa các điều kiện thuận lợi của quá trình xử lý bùn hoạt tính và bể lọc sinh học Bể MBBR hoạt động giống như quá trình xử lý bùn hoạt tính hiếu khí trong toàn bộ thể tích bể Đây là quá trình xử lý bằng lớp màng biofilm với sinh khối phát triển trên giá thể mà những giá thể này lại di chuyển tự do trong bể phản ứng và được giữ bên trong bể phản ứng được đặt

ở cửa ra của bể Bể MBBR không cần quá trình bùn tuần hoàn giống như các phương pháp xử lý bằng màng biofilm khác, vì vậy nó tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình xử lý bằng phương pháp bùn hoạt tính trong bể, bởi vì sinh khối ngày càng được tạo ra trong quá trình xử lý Bể MBBR gồm có hai loại bể: bể hiếu khí,

bể thiếu khí và bể kỵ khí

Trong bể hiếu khí sự chuyên động của các giá thể được tạo thành do sự khuyếch tán của những bọt khí có kích thước trung bình tạo từ máy thổi Trong khi đó bể thiếu khí hoặc bể kỵ khí quá trình này được tạo bởi sự xáo trộn các giá thể trong bể bằng máy khuấy Hầu hết các bể MBBR được thiết kế ở dạng hiếu khí có lớp lưới chắn ở của ra, ngày nay người ta thường thiết kế lớp chắn có dạng hình trụ đặt thẳng đứng hay đặt nằm ngang

Hình 2.2: Mô tả quá trình xử lý của bể MBBR hiếu khí (a) và thiếu khí (b) 2.3.2 Giá thể động

Nhân tố quan trọng của quá trình xử lý này là các giá thể động có lớp màng biofilm dính bám trên bề mặt Những giá thể này được thiết kế sao cho diện tích bề mặt hiệu dụng lớn để lớp màng biofilm dính bám trên bề mặt của giá thể và tạo điều kiện tối ưu cho hoạt động của vi sinh vật khi những giá thể này lơ lửng trong nước

Kaldnes Miljteknologi AS đã phát triển những giá thể động có hình dạng và kích thước khác nhau Tùy thuộc vào đặc tính quá trình tiền xử lý, tiêu chuẩn xả thải và thể tích thiết kế bể thì mỗi loại giá thể có hiệu quả xử lý khác nhau Hiện tại trên thị trường thì có 5 loại giá thể khác nhau: K1, K2, K3, NatrixTM và Biofilm Chip M

Bảng 2.2: Thông số các loại giá thể Kaldnes

STT Loại giá thể Chất liệu Kích thước (DxL) Diện tích hữu

[Nguồn: Kaldnes Miljϕteknologi, 2001]

Hình 2.3: Các loại giá thể K1, K2, K3, Biofilm Chip M và Natrix-O

Tất cả các giá thể có tỷ trọng nhẹ hơn so với tỷ trọng của nước (tỉ trọng của các loại giá thể so với nước từ 0.94 – 0.96), tuy nhiên mỗi loại giá thể có tỷ trọng khác nhau Điều kiện quan trọng nhất của quá trình xử lý này là mật độ giá thể trong bể,

để giá thể có thể chuyển động lơ lửng ở trong bể thì mật độ giá thể tối đa trong bể MBBR nhỏ hơn 67% Trong mỗi quá trình xử lý bằng màng sinh học thì sự khuếch

tán của chất dinh dưỡng (chất ô nhiễm) ở trong và ngoài lớp màng là nhân tố đóng vai trò quan trọng trong quá trình xử lý, vì vậy chiều dày hiệu quả của lớp màng cũng là một trong những nhân tố quan trọng ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý Chiều sâu mà cơ chất có thể xâm nhập vào lớp màng nhỏ hơn 100µm, điều này có nghĩa là chiều dày của lớp màng rất mỏng để các chất dinh dưỡng khuếch tán vào bề mặt của lớp màng Để đạt được điều này độ xáo trộn của giá thể trong bể là nhân tố rất quan trọng để có thể di chuyển các chất dinh dưỡng lên bề mặt của màng và đảm bảo chiều dày của lớp màng trên giá thể mỏng

Những nghiên cứu khác nhau đã chứng minh rằng nồng độ sinh khối trên một đơn vị thể tích của bể là 3 – 4 kg TS/m3

, giống như quá trình xử lý bằng bùn hoạt tính lơ lửng Vì vậy, tải trọng thể tích của bể lớn do sinh khối hình thành trên lớp màng biofilm cao

Hiện tượng bào mòn các giá thể động xảy ra khi các giá thể chuyển động trong

bể lớn, các giá thể va chạm vào nhau, làm cho lớp màng hình thành trong giá thể dễ bong tróc và giảm hiệu quả của quá trình xử lý Khu vực phía trong của giá thể ít bị tác động bởi lực ma sát giữa các giá thể, giữa giá thể và nước, quá trình thổi khí do

đó độ dày của màng sinh học bên trong giá thể cao hơn bên ngoài giá thể

Hình 2.4: Màng biofilm trên giá thể

2.3.3 Lớp màng biofilm

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

nước thải, nếu oxy hòa tan không có sẵn thì những vi sinh vật này sử dụng Nitrit/Nitrat như là chất nhận điện tử Tại bề mặt của màng biofilm là lớp chất lỏng

ứ đọng để phân lập lớp màng biofilm với chất lỏng được xáo trộn trong bể phản ứng Chất dinh dưỡng và oxy khuếch tán qua lớp chất lỏng ứ đọng từ hỗn hợp chất lỏng xáo trộn trong bể MBBR tới lớp màng biofilm Trong khi chất dinh dưỡng và oxy khuếch tán thông qua lớp ứ đọng tới lớp màng biofilm, sự phân hủy sinh học sản xuất ra những sản phẩm khuếch tán từ lớp màng biofilm ngược lại hỗn hợp chất lỏng được xáo trộn trong bể MBBR Quá trình khuếch tán vào và ra lớp màng biofilm vẫn tiếp tục xảy ra Khi các vi sinh vật phát triển, sinh khối phát triển và ngày càng dày đặc Bề dày của sinh khối ảnh hưởng đến khả năng hòa tan oxy và chất bề mặt trong bể phản ứng đến các quần thể vi sinh vật

Các vi sinh vật ở lớp ngoài cùng của lớp màng biofilm là lối vào đầu tiên để oxy hòa tan và chất bề mặt khuếch tán qua màng biofilm Khi oxy hòa tan và chất lỏng ứ đọng khuếch tán qua mỗi lớp nằm phía sau so với lớp ngoài cùng của màng biofilm

thì sẽ được các vi sinh vật tiêu thụ nhiều hơn so với lớp biofilm phía trước Sự giảm

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

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

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

dụ như các vi sinh vật trong mỗi lớp màng biofilm sẽ có một mật độ thích hợp nhất đối với môi trường oxy/cơ chất trong lớp màng này Ở lớp ngoài của màng biofilm khi nồng độ oxy hòa tan và nồng độ cơ chất cao thì số lượng vi sinh vật hiếu khí sẽ chiếm ưu thế Ở lớp biofilm ở sâu hơn khi nồng độ oxy và cơ chất giảm thì những

vi sinh vật tùy tiện chiếm ưu thế hơn những vi sinh vật khác Trong những lớp này, quá trình Nitrat hoát xảy ra khi Nitrat trở thành chất nhận điện tử đối với vi sinh vật tùy tiện Vì vậy, những vi sinh vật ở lớp màng biofilm hay dính bám trên bề mặt giá thể sẽ bị ảnh hưởng bởi sự khuếch tán oxy và cơ chất giảm dần qua lớp màng Khi những vi sinh vật dính bám trên lớp màng biofilm ban đầu yếu đi thì hoạt động xáo trộn những giá thể sẽ rửa trôi lớp màng biofilm ra khỏi giá thể

2.3.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình xử lý bằng công nghệ MBBR

2.3.4.1 Giá thể

Diện tích bề mặt riêng thực tế của giá thể lớn, do đó nồng độ biofilm cao trong

bể xử lý đến dẫn thể tích bể nhỏ Theo các báo cáo cho thấy, nồng độ biofilm dao động từ 3000 – 4000 gTS/m3, tương tự với những giá trị có được trong quá trình bùn hoạt tính với tuổi bùn cao Điều này được suy ra rằng, vì tải trọng thể tích trong

MBBR cao hơn gấp vài lần trong quá trình xử lý bằng bùn hoạt tính nên sinh khối sinh ra trong bể MBBR cao hơn nhiều

Mật độ của các giá thể (media) trong bể MBBR nhỏ hơn 70% so với thể tích nước trong bể, với 67% là giá trị tối ưu Tuy nhiên mật độ của giá thể được yêu cầu dựa trên đặc tính của nước thải và mục tiêu xử lý cụ thể Thực tế thường sử dụng mật độ giá thể thấp hơn 67% thể tích bể phản ứng

2.3.4.2 Độ xáo trộn

Yếu tố khác có ảnh hưởng đến hiệu suất là dòng chảy và điều kiện xáo trộn trong bể xử lý Độ xáo trộn thích hợp là điều kiện lý tưởng đối với hiệu suất của hệ thống Lớp màng biofilm hình thành trên giá thể rất mỏng, phân tán và vận chuyển

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

lý

2.3.4.3 Tải trọng hữu cơ

Vì sự không thể xác định chính xác diện tích thực được bao bọc bởi biofilm trên

bề mặt của giá thể, người ta đánh giá hiệu suất quá trình theo thể tích bể phản ứng thay vì diện tích bề mặt giá thể Tuy nhiên, việc đánh giá thể tích bể phản ứng có thể là hệ thống được so sánh với những hệ thống khác mà sử dụng toàn bộ thể tích

kể

- Không giống như quá trình bùn hoạt tính lơ lửng, sự phát triển của vi sinh vật trong bể MBBR không phụ thuộc vào quá trình phân hủy chất rắn, vì sinh khối luôn được tạo mới trong quá trình vận hành Do đó, hệ thống MBBR được vận hành liên tục mà không cần thay thế nguồn vi sinh mới

- Hệ thống có khả năng chịu tải trọng hữu cơ cao và màng sinh học có khả năng thích ứng khi nồng độ chất ô nhiễm thay đổi đáng kể Mật độ vi sinh vật xử lý trên một đơn vị thể tích cao: Mật độ vi sinh vật xử lý trên một đơn vị thể tích cao hơn so với hệ thống xử lý bằng phương pháp bùn hoạt tính lơ lửng vì nồng độ vi sinh trên giá thể khá cao, vì vậy tải trọng hữu cơ của bể MBBR cao hơn

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

- Thiết bị xử lý dễ vận hành, đa dạng với nhiều loại giá thể khác nhau và có thể vận hành với điều kiện tải trọng cao

- Hiệu quả xử lý cao: với đặc tính của màng biofilm thì hiệu quả xử lý đối với COD,

N khá tốt vì màng biofilm vừa có khả năng loại bỏ COD, vừa có quá trình khử Nitơ

do màng vi sinh có các lớp hiếu khí, tùy tiện và kỵ khí

- Yêu cầu vận hành: phải đảm bảo giá thể chuyển động hoàn toàn trong bể và không

có khu vực chết, đồng thời sự cần duy trì sự xáo trộn cần thiết để lớp màng đủ mỏng

để tăng khả năng khuếch tán của cơ chất và oxy vào trong lớp màng

2.3.6 Các nghiên cứu ứng dụng khác nhau của công nghệ MBBR

 Rhodes R Copithorn, P.E, BCEE et al (2010) Biofilm Reactors WEF Press, Alexandria, Virginia Chapter 5

- Ứng dụng mô hình MBBR xử lý BOD của nhà máy xử lý nước thải Moa Point (Welling, New Zealand): hệ thống xử lý nước thải này đã được ứng dụng để xử lý BOD của nước thải sinh hoạt với kết quả 80% BOD được loại bỏ và nồng độ TSS xấp xỉ 71000 m3/ngày với lưu lượng là 259000 m3/ngày Bể MBBR được thiết kế với 30% thể tích vật liệu loại K1 Nồng độ BOD đầu ra nhỏ hơn 20 mg/L, và nồng

độ TSS đầu ra nhỏ hơn 30 mg/L

- Mô hình MBBR cho quá trình Nitrat hóa của nhà máy xử lý nước thải Harrisburg (Pennsylvania): Nhà máy Harrisburg tiến hành một nghiên cứu mở rộng quy mô thí điểm để đánh giá quá trình Nitrat hóa của hệ thống gồm hai bể MBBR trong 6 tháng Kết quả cho thấy rằng: Quá trình Nitrat hóa diễn ra hoàn toàn trong bể MBBR thứ nhất với tải trọng 0.7 gN-NH4/m2.ngày Với hai bể MBBR liên tiếp thì quá trình

Nitrat hóa diễn ra hoàn toàn ở bể thứ hai với tải trọng là 1.2 gN-NH4/m2.ngày và hiệu suất cao nhất đạt được là 1.8 N-NH4/m2.ngày

Hình 2.5: Mô hình MBBR

- Ứng dụng mô hình MBBR để khử Nitơ của nhà máy xử lý nước thải Williams Monaco, Henderson, Colorado: Bể MBBR gồm 4 ngăn: 2 ngăn thiếu khí nối tiếp 2 ngăn hiếu khí với giá thể loại K1 trong bể thiếu khí là 55% và hiếu khí là 60% Kết quả cho thấy nồng độ nồng độ Nitơ ammonia đầu vào là 20 – 35 mg/L và đầu ra chỉ còn 5 – 10 mg/L trong các tháng hè Nồng độ BOD và TSS đầu ra thấp hơn giới hạn cho phép là 25 mg/L vào 30 mg/L

 Bjorn Rusten, Bjørnar Eikebrokk, Yngve Ulgenes, Eivind Lygren (2006)

- Design and operations of the Kaldnes moving bed biofilm reactors Aquateam – Norwegian Water Technology Centre, Norway Aquacultural engineering 34, P.322 – 331

- Rusten và cộng sự đã nghiên cứu và so sánh khả năng xử lý Nitơ ammonia trong nước nuôi trồng thủy sản – nước ngọt và nước mặn – bằng công nghệ MBBR với giá thể loại K1

- Đối với nước ngọt: Mô hình MBBR được vận hành với 70% thể tích giá thể loại K1, ở nhiệt độ là 100C Trong hai tuần đầu vận hành, tải trọng Nitơ ammonia được loại bỏ là 0.1 gN-NH4/m2giá thể.ngày ở pH = 4.5 ÷ 5.0 và tăng đến 0.4 – 0.5 gN-

NH4/m2giá thể.ngày ở pH = 6.0 ÷ 6.5 sau 125 ngày Trong khi đó với 67% thể tích giá thể, nhiệt độ môi trường là 90C, pH = 6.2 và tải trọng Nitơ ammonia là 0.45 gN-

NH4/m2.ngày thì khả năng loại bỏ Nitơ ammonia là 0.3 gN-NH4/m2.ngày

- Đối với nước mặn: từ kết quả của mô hình thực tế tác giả đã đưa ra kết luận với độ mặn của nước là 21‰, nhiệt độ là 17.40C thì nồng độ Nitơ ammonia giảm từ 0.63 mg/L xuống còn 0.07 mg/L, nồng độ N-NO2 giảm từ 0.16 mg/L xuống còn 0.05 mg/L Và tỉ lệ Nitrat hóa giảm 50% khi pH giảm từ 7.3 xuống 6.7

 Marc-André Labelle, Pierre Juteau, Mario Jolicoeur, Richard Villemur, Serge Parent, Yves Comeau (2005) Seawater denitrification in a closed mesocosm by a submerged moving bed biofilm reactor Department of Civil, Geological and Mining Engineering, Station Centre-ville, Montreal (QC) Canada Water Research

39, P.3409 – 3417

- Nghiên cứu khả năng khử Nitrat của nước biển bằng bể MBBR với 25% thể tích vật liệu đệm làm từ polyethylene, diện tích bề mặt hiệu dụng xấp xỉ 100m2/m3 Nguồn cacbon sử dụng là methanol với tỉ lệ COD/N khác nhau Kết quả cho thấy nồng độ N-NO3 giảm từ 53 mg/L xuống còn 1.7 ± 0.7 mg/L, và hiệu quả khử Nitrat lớn nhất là 17.7 ± 1.4 gN/m2.ngày với tỉ số COD/N là 4.2 ÷ 4.3 Tỉ suất khử Nitrat

và hàm lượng COD hòa tan còn lại ở dòng ra tỉ lệ thuận với tỉ số COD/N

 Kofi Asiedu (2001) Evaluating Biological Treatment Systems Department of Civil and Environmental Engineering, Blacksburg, Virginia

- Mô hình MBBR được nghiên cứu với tỉ lệ thể tích giá thể khác nhau và tải trọng khác nhau, nồng độ BOD5 và TSS đầu vào là 300 mg/L và 133 mg/L [UTD Inc, 2000] Odegaard và cộng sự (1994) đã báo cáo rằng với tải trọng hữu cơ 21.4 gBOD5/m2.ngày và thể tích vật liệu đệm chiếm 67% thì hiệu quả xử lý BOD là 75 – 80%, 30% Nitơ ammonia được loại bỏ Tác giả kết luận rằng với tỉ lệ thể tích giá thể là 67% và tải trọng hữu cơ thấp thì hiệu quả xử lý BOD là tốt nhất và không cần tuần hoàn bùn cho bể MBBR

CHƯƠNG 3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3.1 VẬT LIỆU NGHIÊN CỨU

3.1.1 Nước thải

Nước thải lấy từ sau song chắn rác của hệ thống xử lý của phân xưởng 5 chi nhánh công ty cổ phần chế biến Thủy hải sản Liên Thành, địa chỉ số 10/1, Kha Vạn Cân, Khu phố 8, phường Linh Đông, quận Thủ Đức bằng thùng 30 lít được vận chuyển về phòng cấp thoát nước của Trường Đại Học Tài Nguyên Và Môi Trường

TP Hồ Chí Minh và trữ lạnh trong tủ lạnh lưu mẫu 50C khi chưa phân tích Thùng nhựa được tẩy rửa bằng dung dịch acid chromic (hỗn hợp của 35mL dung dịch sodium dicholominate và 1L acid sulfuric đậm đặc)

Nước thải ban đầu có nồng độ COD trong khoảng 1600 -11200 mg/L được pha với nước thủy cục về nồng độ phù hợp với từng tải trọng

Bảng 3.1: Thành phần tính chất nước thải nước mắm đầu vào mô hình thí

Chọn loại giá thể động tham gia vào quá trình xử lý là giá thể loại K3 được làm

từ polyethylene với đường kính 25 mm, chiều dài 10 mm, tổng diện tích bề mặt là

800 m2/m3, trong đó diện tích bề mặt tạo màng là 500 m2

/m3 và khối lượng riêng là 0.16 kg/m3 Thể tích Kaldnes loại K3 cho vào mô hình là 40% thể tích nước trong

bể

Hình 3.1: Giá thể K3 sử dụng cho mô hình MBBR 3.1.3 Bùn hoạt tính

Bùn hoạt tính đƣợc lấy từ bể sinh học hiếu khí của công ty bia Heineken, khu công nghiệp Mỹ Xuân A, xã Mỹ Xuân, Huyện Tân Thành, Bà Rịa – Vũng Tàu

Nồng độ bùn lấy từ nhà máy là MLSS = 4500 mg/L và MLVSS = 3600 mg/L

Nồng độ bùn ban đầu trong mô hình thí nghiệm là MLSS = 3000 mg/L và MLVSS = 24000 mg/L

3.2 SƠ ĐỒ NGHIÊN CỨU

Sơ đồ tóm tắt nội dung nghiên cứu chính của đề tài đƣợc trình bày nhƣ sau

Hình 3.2: Sơ đồ phương pháp nghiên cứu

Giai đoạn 2: vận hành ở tải trọng hữu cơ 0,6 kgCOD/m3.ngày

với thời gian là 20 ngày Nghiên cứu ảnh hưởng của tải trọng hữu cơ đến hiệu quả xử

lý COD, TP, TN, Clorua

Giai đoạn 3: vận hành ở tải trọng hữu cơ 0,8 kgCOD/m3.ngày

với thời gian là 20 ngày Nghiên cứu ảnh hưởng của tải trọng hữu cơ đến hiệu quả xử

lý COD, TP, TN, Clorua

Giai đoạn 4: vận hành tải trọng hữu cơ 1,0 kgCOD/m3.ngày

với thời gian là 21 ngày Nghiên cứu ảnh hưởng của tải trọng hữu cơ đến hiệu quả xử

lý COD, TP, TN, Clorua

Giai đoạn 1: vận hành thích nghi ở tải trọng 0,3 kgCOD/m3.ngày với thời gian 19 ngày Tạo màng biofilm cho giá thể di động

Phân tích các thông số ô nhiễm đầu vào đặc trưng pH, COD,

TP, TN, Clorua

Nước thải lấy ở cơ sở sản xuất nước mắm

Phân tích, thống kê đánh giá hiệu quả và khả năng xử lý nước

thải sản xuất nước mắm của mô hình MBBR với giá thể K3

3.3 MÔ HÌNH NGHIÊN CỨU

3.3.1 Sơ đồ bố trí mô hình thí nghiệm

Nguyên lý hoạt động:

Mô hình được đặt trong phòng thực hành cấp thoát nước – Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường TP.HCM Mô hình làm bằng acrylic, gồm một bể MBBR, thể tích ngăn thiếu khí và hiếu khí chứa nước 14,5 lít, ngăn lắng thể tích chứa nước

5 lít, , một thùng chứa nước thải 150 lít Nước thải lấy ở công ty về được pha loãng vào thùng chứa nước thải Kiểm soát bơm định lượng cấp vào bể để điều chỉnh tải trọng cho mỗi giai đoạn Dòng nước thải sẽ được bơm từ thùng chứa vào ngăn thiếu khí và tự chảy qua ngăn hiếu khí, nước tràn qua ống thu vào ngăn lắng Bơm tuần hoàn nước liên tực từ ngăn hiếu khí về ngăn thiếu khí

Dưới ngăn thiếu khí được đặt một bơm sục bùn liên tục giúp nước thải và bùn xáo trộn tốt Ngăn hiếu khí, được cung cấp khí cấp liên tục từ máy thổi khí, đáy bể

bố trí 2 viên đá thổi khí bọt mịn, khí cấp vào điều chỉnh bằng hai van cấp khí, một van xả khí dư để ổn định DO trong bể từ 2.5 - 3.5 mg/l

Nước được thu qua ống thu nước bể mặt và tràn qua ngăn lắng, bùn lắng xuống đáy sẽ được tuần hoàn theo định kỳ

3.3.2 Kích thước trong mô hình

Máy thổi khí

Thùng chứa

nước

Ngăn lắng Ngăn hiếu

khí

Ngăn thiếu khí

Mô hình MBBR

Hình 3.3: Sơ đồ công nghệ MBBR

NT đầu

ra

Bảng 3.2: Kích thước mô hình Ngăn Thiếu khí Ngăn hiếu khí Ngăn lắng

3.3.3 Các chi tiết thiết bị trong mô hình

Bảng 3.4: Thông số kĩ thuật các thiết bị sử dụng trong mô hình thí nghiệm