nghiên cứu công nghệ xử lý bằng mô hình kết hợp swim – bed và stick – bed với 2 loại chất mang mới là biofringe (mô hình swim – bed) và biofix (mô hình stick – bed)

Mục lục Danh mục từ viết tắt Danh mục bảng Danh mục hình CHƯƠNG 1:MỞ ĐẦU1.1.Giới thiệu 1.2.Mục tiêu 1.3.Phạm vi và đối tượng nghiên cứu 1.4.Nội dung nghiên cứu 1.5.Phương pháp nghiên cứu 1.6.Tính mới của đề tài 1.7.Tính khoa học và thực tiễn của đề tài CHƯƠNG 2:TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI GIẾT MỔ VÀ QUÁ TRÌNH SWIM – BED, STICK – BED2.1.Tổng quan về công nghệ xử lý nước thải giết mổ 2.1.1.Quy trình sản xuất 2.1.2.Nguồn phát sinh nước thải 2.1.3.Thành phần, tính chất nước thải 2.1.4.Các công nghệ ứng dụng xử lý nước thải giết mổ 2.1.5.Các quá trình loại bỏ chất dinh dưỡng trong nước thải 2.1.6.Các quá trình xử lý chất hữu cơ kết hợp loại bỏ chất dinh dưỡng 2.1.7.Một số công nghệ xử lý nước thải giết mổ 2.2.Tổng quan về quá trình Swim – Bed và Stick – Bed 2.2.1.Tổng quan về quá trình Swim – Bed (BioFringe) 2.2.2.Các quy trình xử lý ứng dụng quá trình Swim – Bed BioFringe 2.2.3.Tổng quan về quá trình Stick – Bed (BioFix) 2.2.4.Các quy trình xử lý ứng dụng quá trình Stick – Bed BioFix 2.2.5.Các quá trình xử lý trong mô hình kết hợp 2.3.Các quá trình xử lý trong mô hình kết hợp Swim – Bed và Stick – Bed2.3.1.Quá trình loại bỏ chất hữu cơ 2.3.2.Quá trình chuyển hóa Nitơ 2.3.3.Quá trình khử Nitrate 2.3.4.Quá trình loại bỏ Phospho 2.4.Tình hình nghiên cứu mô hình Swim – Bed, Stick – Bed trong và ngoài nước CHƯƠNG 3:NỘI DUNG NGHIÊN CỨU3.1.Đối tượng nghiên cứu 3.2.Mô hình nghiên cứu 3.3.Cách thu, bảo quản và phân tích mẫu 3.4.Nội dung thí nghiệm CHƯƠNG 4:KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN4.1.Giai đoạn thích nghi và ổn định mô hình nghiên cứu 4.2.Giai đoạn khảo sát chính 4.2.1Kết quả nghiên cứu khả năng xử lý chất hữu cơ 4.2.2Nghiên cứu khả năng xử lý Nitơ 4.2.3Nghiên cứu khả năng xử lý TKN 4.2.4Nghiên cứu khả năng xử lý Phot pho của mô hình 4.2.5Nghiên cứu khả năng xử lý SS 4.2.6Nghiên cứu lhả năng xử lý coliforms 4.2.7Hiệu quả lắng của quá trình và duy trì MLSS 4.2.8So sánh hiệu quả xử lý của các trường hợp CHƯƠNG 5:KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ5.1.Kết luận 5.2.Kiến nghị DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA NGHIÊN CỨU TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC

MỤC LỤC

Mục lục - i

Danh mục từ viết tắt - iv

Danh mục bảng - v

Danh mục hình - vi

CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU 1.1 Giới thiệu - 1

1.2 Mục tiêu - 1

1.3 Phạm vi và đối tượng nghiên cứu - 1

1.4 Nội dung nghiên cứu - 1

1.5 Phương pháp nghiên cứu - 2

1.6 Tính mới của đề tài - 2

1.7 Tính khoa học và thực tiễn của đề tài - 3

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI GIẾT MỔ VÀ QUÁ TRÌNH SWIM – BED, STICK – BED 2.1 Tổng quan về công nghệ xử lý nước thải giết mổ - 4

2.1.1 Quy trình sản xuất - 4

2.1.2 Nguồn phát sinh nước thải - 5

2.1.3 Thành phần, tính chất nước thải - 6

2.1.4 Các công nghệ ứng dụng xử lý nước thải giết mổ - 6

2.1.5 Các quá trình loại bỏ chất dinh dưỡng trong nước thải - 10

2.1.6 Các quá trình xử lý chất hữu cơ kết hợp loại bỏ chất dinh dưỡng - 17

2.1.7 Một số công nghệ xử lý nước thải giết mổ - 21

2.2 Tổng quan về quá trình Swim – Bed và Stick – Bed - 23

2.2.1 Tổng quan về quá trình Swim – Bed (BioFringe) - 23

2.2.2 Các quy trình xử lý ứng dụng quá trình Swim – Bed BioFringe - 25

2.2.3 Tổng quan về quá trình Stick – Bed (BioFix) - 27

2.2.4 Các quy trình xử lý ứng dụng quá trình Stick – Bed BioFix - 29

2.2.5 Các quá trình xử lý trong mô hình kết hợp - 30

2.3 Các quá trình xử lý trong mô hình kết hợp Swim – Bed và Stick – Bed - 40 2.3.1 Quá trình loại bỏ chất hữu cơ - 34

2.3.2 Quá trình chuyển hóa Nitơ - 35

2.3.3 Quá trình khử Nitrate - 35

2.3.4 Quá trình loại bỏ Phospho - 36

2.4 Tình hình nghiên cứu mô hình Swim – Bed, Stick – Bed trong và ngoài nước - 41

CHƯƠNG 3: NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 3.1 Đối tượng nghiên cứu - 45

3.2 Mô hình nghiên cứu - 45

3.3 Cách thu, bảo quản và phân tích mẫu - 50

3.4 Nội dung thí nghiệm - 53

CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 4.1 Giai đoạn thích nghi và ổn định mô hình nghiên cứu - 55

4.2 Giai đoạn khảo sát chính - 59

4.2.1 Kết quả nghiên cứu khả năng xử lý chất hữu cơ - 59

4.2.2 Nghiên cứu khả năng xử lý Nitơ - 64

4.2.3 Nghiên cứu khả năng xử lý TKN - 68

4.2.4 Nghiên cứu khả năng xử lý Phot pho của mô hình - 70

4.2.5 Nghiên cứu khả năng xử lý SS - 72

4.2.6 Nghiên cứu lhả năng xử lý coliforms - 73

4.2.7 Hiệu quả lắng của quá trình và duy trì MLSS - 74

4.2.8 So sánh hiệu quả xử lý của các trường hợp - 75

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 5.1 Kết luận - 76

5.2 Kiến nghị - 76

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA NGHIÊN CỨU 78

TÀI LIỆU THAM KHẢO - 79

PHỤ LỤC - 81

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

BF Sợi sinh học (BioFringe)

BX Tấm sinh học (BioFix)

COD Nhu cầu oxy hóa học (Chemical Oxygen Demand)

BOD Nhu cầu oxy sinh học (Biological Oxygen Demand)

DO Oxy hòa tan (Demand oxygen)

MLSS Cặn lơ lửng của hỗn hợp bùn hoạt tính (Mixed Liquor Suspended Solids)

MLVSS Cặn bay hơi của hỗn hợp bùn hoạt tính (Mixed Liquor Volatile Suspended Solids)

PAOs Vi sinh vật tích lũy photpho (Photphate Accumulatin Organisms) PVA – gel Polyvinyl Alcohol Gel

SS Chất rắn lơ lửng (Suspended Solids)

SVI Chỉ số thể tích bùn lắng (Sludge Volumn Index)

TKN Tổng nitơ Kjendahl (Total Nitrogen Kjendahl)

TN Tổng nitơ (Total Nitrogen)

TP Tổng photpho (Total phosphorus)

TSS Tổng chất rắn (Total suspended solids)

VFAs Axit béo dễ bay hơi (Volatile Fatty Acids)

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1 Thành phần, tính chất nước thải giết mổ 8

Bảng 3.1 Chi tiết kích thước mô hình thực nghiệm 50

Bảng 3.2 Các chỉ tiêu và phương pháp phân tích 52

Bảng 4.1 Kết quả thí nghiệm thích nghi ở tải trọng 1,5kgCOD/m3.ngày 55

Bảng 4.2 Kết quả thí nghiệm thích nghi ở tải trọng 2,5kgCOD/m3.ngày 55

Bảng 4.3 Chỉ số SVI của bùn trong giai đoạn thích nghi 55

Bảng 4.4 Tải tro ̣ng trung bình COD na ̣p vào mô hình và hiê ̣u suất 58

Bảng 4.5 Hiệu quả xử lý ammonia trung bình 63

Bảng 4.6 Nồng độ TKN đầu vào, đầu ra và hiệu suất xử lý 67

Bảng 4.7 Nồng độ Photpho đầu vào, đầu ra và hiệu suất xử lý 69

Bảng 4.8 Nồng độ MLSS trong các bể phản ứng 72

Bảng 4.9 Chỉ số SVI trung bình trong các trường hợp nghi6n cứu 73

DANH MỤC HÌNH

Hình 2.1 Quy trình giết mổ gia súc 9

Hình 2.2 Quá trình A/O 22

Hình 2.3 Quá trình A2O 22

Hình 2.4 Quá trình Bardenpho cải tiến 5 ngăn 23

Hình 2.5 Quá trình UCT cải tiến 24

Hình 2.6 Quá trình VIP 24

Hình 2.7 Quá trình Johannesburg 25

Hình 2.8 Quy trình xử lý nước thải giết mổ công ty VISSAN 27

Hình 2.9 Giá thể BioFringe 28

Hình 2.10 Cấu tạo chi tiết vật liệu tiếp xúc BioFringe 29

Hình 2.11 Mặt cắt ngang sợi vật liệu tiếp xúc 29

Hình 2.12 Quy trình BF – SQ 30

Hình 2.13 Quy trình BF – O 31

Hình 2.14 Quy trình BF – AO 32

Hình 2.15 Cấu tạo giá thể BioFix 33

Hình 2.16 Quá trình xử lý kị khí ứng dụng quá trình Stick – Bed BioFix 34

Hình 2.17 Quá trình Nitrat hóa và khử Nitrat ứng dụng Stick – Bed BioFix 35

Hình 2.18 Quá trình phân hủy ki ̣ khí các chất hữu cơ 37

Hình 2.19 Quá trình chuyển hóa Nitơ 40

Hình 2.20 Quá trình chuyển hóa Photpho 41

Hình 2.21 Quy trình công nghê ̣ cơ bản xử lý Photpho 42

Hình 2.22 Sự biến đổi BOD hòa tan và phốtpho 43

Hình 2.23 Mô hình thí nghiệm 45

Hình 2.24 Mô hình nghiên cứu 48

Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lý mô hình thực nghiệm 50

Hình 3.2 Mô hình nghiên cứu giai đoạn ban đầu (chạy không tải) 51

Hình 3.3 Mô hình vận hành thực tế 52

Hình 3.4 Vật liệu BF trong bể hiếu khí BF 54

Hình 3.5 Vật liệu BX trong bể kị khí BX và thiếu khí 54

Hình 4.1 Chỉ số SVI của bể hiếu khí BF trong giai đoạn thích nghi 58

Hinh 4.2 Hiệu suất xử lý COD trong giai đoạn thích nghi 58

Hình 4.3 Hiệu suất xử lý của mô hình giai đoạn thích nghi 59

Hình 4.4 Nồng độ COD đầu vào, sau kị khí 62

Hình 4.5 Nồng độ đầu vào, đầu ra và hiệu suất xử lý của bể sục khí BF 63

Hình 4.6 COD đầu vào, sau kị khí, COD đầu ra 64

Hình 4.7 COD đầu vào, sau kị khí, COD đầu ra 64

Hình 4.8 Hiệu suất quá trình kị khí BX, hiếu khí BF và của mô hình kết hợp 65

Hình 4.9 Ammonia đầu vào, đầu ra và hiệu suất xử lý 66

Hình 4.10 Ammonia đầu vào, đầu ra và hiệu suất xử lý 67

Hình 4.11 Diễn biến nồng độ Nitrate trong quá trình 69

Hình 4.12 Nồng độ TKN đầu vào, đầu ra và hiệu suất xử lý 70

Hinh 4.13 TKN đầu vào, đầu ra và hiệu suất xử lý trung bình của mô hình 71

Hình 4.14 Nồng độ Photpho đầu vào, đầu ra và hiệu suất xử lý 72

Hình 4.15 Nồng độ Photpho đầu vào, đầu ra và hiệu suất xử lý 73

Hình 4.16 Nồng độ SS đầu vào, đầu ra và hiệu suất loại bỏ SS 74

Hình 4.17 Kết quả phân tích Coliforms đầu ra 75

Hình 4.18 Hiệu suất xử lý trung bình theo từng tải trọng 76

và bảo dưỡng Vì vậy, việc thúc đẩy nghiên cứu các công nghệ mới với các ứng dụng mới để giải quyết vấn đề nước thải cho các lò giết mổ là rất có ý nghĩa thực tế

1.2 Mục tiêu

- Nghiên cứu khả năng xử lý COD, TKN, Nitơ, Photpho và SS của nước thải giết mổ bằng mô hình kết hợp quá trình Swim – Bed và Stick – Bed

- Đánh giá khả năng xử lý COD, TKN, Nitơ, Photpho và SS của mô hình

- Xác định thông số thiết kế và vận hành mô hình

1.3 Pha ̣m vi và đối tượng nghiên cứu

- Pha ̣m vi nghiên cứu: Nước thải có thành phần hữu cơ cao và giàu chất dinh dưỡng

- Đối tượng nghiên cứu cu ̣ thể: nước thải giết mổ từ lò giết mổ gia súc Phước Kiển, tại số 15B – ấp 5 – xã Phước Kiển – huyện Nhà Bè – Tp Hồ Chí Minh

1.4 Nội dung nghiên cứu:

- Xác định khả năng xử lý COD, TKN, Nitơ, Photpho và SS trên mô hình

- Chọn thông số tối ưu cho việc thiết kế và vận hành cho mô hình;

1.5 Phương pha ́ p nghiên cứu

1.5.1 Phương pha ́ p nghiên cứu biê ̣n hội

Tham khảo, tổng hợp số liê ̣u về thành phần tính chất nước thải công nghiệp theo các tài liê ̣u trong và ngoài nước Tìm hiểu nghiên cứu các công nghê ̣ xử lý nước thải, những nghiên cứu đã được thực hiê ̣n trong và ngoài nước

Thu thâ ̣p, tìm hiểu các nghiên cứu đã được thực hiê ̣n về xử lý loa ̣i bỏ nitơ, phospho trong nước thải cũng như các công trình đã áp du ̣ng trên thế giới để có cơ sở và phương hướng nghiên cứu ứng du ̣ng ở Viê ̣t Nam

1.5.2 Phương pha ́ p phân tích

Các chỉ tiêu lý hóa được phân tích trong suốt quá trình nghiên cứu Các chỉ tiêu nghiên cứu cu ̣ thể như: pH, COD, DO, NO2-, NO3-, TKN, T.P, MLSS, NH4+

được xác đi ̣nh trong nghiên cứu

1.5.3 Phương pha ́ p nghiên cứu thực nghiê ̣m trên mô hình

Mô hình nghiên cứu được xây dựng bằng nhựa trong suốt, đảm bảo các điều kiê ̣n sinh trưởng cũng như hoa ̣t đô ̣ng của vi sinh trong nghiên cứu Nước thải thực cung cấp cha ̣y cho mô hình nghiên cứu Các mẫu phân tích được lấy từ mô hình, phân tích các chỉ tiêu nghiên cứu

1.5.4 Phương pha ́ p xử lý số liê ̣u và nhận xét

Từ số liê ̣u thô, tính toán hiê ̣u suất xử lý, hiê ̣u suất chuyển hóa, vẽ đồ thi ̣, đưa

ra những phân tích nhâ ̣n xét đánh giá và kết luâ ̣n

1.6 Tính mới của đề tài

Xử lý nước thải bằng phương pháp kị khí kết hợp hiếu khí đã ứng dụng nhiều trong các hệ thống xử lý nước thải công nghiệp trong đó có ngành giết mổ gia súc Tuy nhiên, đề tài nghiên cứu công nghệ xử lý bằng mô hình kết hợp Swim – Bed và Stick – Bed với 2 loại chất mang mới là BioFringe (mô hình Swim – Bed) và BioFix (mô hình Stick – Bed) là hoàn toàn mới

1.7 Ti ́nh khoa học và thực tiễn của đề tài

1.7.1 Tính khoa học:

Toàn bộ kết quả của đề tài đựợc rút ra từ những thí nghiệm có căn cứ khoa học

rõ ràng, việc tính toán, xử lý số liệu thông qua quy hoạch thực nghiệm và các phương pháp thống kê toán học nên đảm bảo tính khoa học của đề tài

1.7.2 Tính thực tiễn

Ý nghĩa thực tiễn của đề tài là cơ sở lựa chọn công nghệ cho xử lý nước thải giết mổ gia súc

CHƯƠNG II TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI GIẾT

MỔ VÀ QUÁ TRÌNH SWIM – BED, STICK – BED

2.1 Tổng quan về công nghệ xử lý nước thải giết mổ:

Phân phối sản phẩm

- Thú sống từ các nơi nhập về đưa vào các chuồng nhốt để giảm căng thẳng, chống suy kiệt và loại bỏ một phần vi khuẩn ra khỏi ruột

- Trước khi tiến hành mổ phải làm choáng, sử dụng hình thức chích điện làm choáng heo trước khi chọc tiết

- Sau khi làm choáng, heo được đưa sang công đoạn chọc lấy tiết và chuyển lên chảo trụng nước sôi để tiến hành cạo lông và treo mổ ; bao gồm cắt đầu, mổ tách lòng và chẻ thịt

- Thịt chẻ mảnh và lòng heo sau khi vệ sinh sạch sẽ, được đưa tiếp qua khâu thú

y kiểm tra đóng dấu và cung cấp ra thị trường

Ngoại trừ các lò giết mổ công nghiệp tập trung với quy mô lớn, công suất lớn hơn 1000 con/đêm; hoạt động giết mổ gia súc chủ yếu hiện nay là giết mổ thủ công theo hình thức gia công: thương lái mang heo từ các nơi về đưa vào lò giết mổ, kiểm tra thú y và mang ra bán tại các chợ Chủ cơ sở thu lại tiền mặt bằng, thuê công nhân, điện, nước, củi/gas và kiểm tra thú y

2.1.2 Nguồn phát sinh nước thải:

Nước thải phát sinh từ cơ sở chủ yếu là nước thải sản xuất từ các công đoa ̣n như: trụng nước sôi, cạo lông, mổ tách lòng, làm lòng, làm sạch …

Nước thải từ các lò mổ phát sinh từ khâu tắm heo, vệ sinh chuồng trại, rửa thịt,

từ công đoạn mổ, làm lòng, vệ sinh bệ mổ, nước thải từ chảo trụng,… chứa nhiều các thành phần hữu cơ như axit béo, protein, máu, lông, da, nitơ hữu cơ, phospho,…

Do đó, nước thải từ các lò giết mổ thường bị ô nhiễm bởi chất rắn lơ lững (SS), các chất hữu cơ (BOD/COD), các chất dinh dưỡng (N, P) và các vi sinh vật gây bệnh (E.coli, Salmonella, S aureus, Clostridium perfringens,…)

Nồng độ cao các chất ô nhiễm trong nước thải có nguồn gốc từ khâu vệ sinh chuồng trại, khâu thu huyết, khâu mổ xẻ và khâu làm lòng Ngoài ra, trong máu chứa nhiều chất hữu cơ và có hàm lượng nitơ rất cao nên phương pháp thu hồi và loại bỏ máu có ý nghĩa quan trọng đối với các công trình xử lý phía sau

2.1.3 Thành phần, tính chất nước thải:

Nhìn chung, nước thải giết mổ có chứa nhiều chất hữu cơ đễ phân hủy sinh học, nồng độ các chất dinh dưỡng cao Thành phần, tính chất nước thải như sau: Bảng 2.1 Thành phần, tính chất nước thải giết mổ

(Nguồn: Tổng hợp từ nhiều nguồn)

2.1.4 Các công nghệ ứng dụng xử lý nước thải giết mổ:

Nước thải giết mổ nhìn chung có nhiều dầu mỡ, cặn lơ lửng, chất dinh dưỡng

và nồng độ chất hữu cơ cao Công nghệ xử lý nước thải giết mổ thường kết hợp nhiều phương pháp để xử lý đạt yêu cầu như: phương pháp cơ học, hóa lý và sinh học

phần này sẽ làm ảnh hưởng đến các thiết bị trong hệ thống xử lý như bơm, đường ống Thiết bị tách cặn, rác thường dùng là các song chắn rác thủ công hay máy tách rác

Ngoài ra, trong nước thải còn có các thành phần dầu mỡ không tan trong nước, lâu ngày sẽ phân hủy tạo mùi hôi thối, đóng váng trong đường ống, chiếm mặt thoáng của các bể xử lý làm ảnh hưởng đến các quá trình xử lý sinh học phía sau Công trình tách dầu mỡ phổ biến là các bể tách dầu mỡ bằng trọng lực

2.1.4.2 Phương pháp hóa lý

Bản chất của quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp hóa lý là áp dụng các quá trình vật lý và hóa học để loại bớt các chất ô nhiễm ra khỏi nước thải Các quá trình thường được áp dụng để xử lý nước thải giết mổ là : keo tụ, tạo bông, tuyển nổi, …

 Keo tụ, tạo bông cặn

Phương pháp áp dụng một số chất như phèn nhôm, phèn sắt, polymer có tác dụng kết dính các chất khuếch tán trong dung dịch thành các hạt có kích cỡ và tỷ trọng lớn hơn rồi lắng để loại bớt các chất ô nhiễm ra khỏi nước thải

Việc lựa chọn chất tạo bông hay keo tụ phụ thuộc vào thành phần và tính chất của nước thải cũng như của chất khuếch tán cần loại Trong một số trường hợp các chất phụ trợ nhằm chỉnh cho giá trị pH của nước thải tối ưu cho quá trình tạo bông

và keo tụ

Trong một số trường hợp phương pháp này cho phép loại bớt màu của nước thải nếu kết hợp áp dụng một số chất phụ trợ khác

Đây là phương pháp được áp dụng tương đối rộng rãi nhằm loại các chất rắn

lơ lửng mịn , dầu mỡ ra khỏi nước thải Phương pháp tuyển nổi thường được áp

dụng trong xử lý nước thải chứa dầu, nước thải công nghiệp thuộc da, dược phẩm v.v

Bản chất của quá trình tuyển nổi ngược lại với quá trình lắng và được áp dụng trong trường hợp quá trình lắng xảy ra rất chậm hoặc rất khó thực hiện Các chất lơ lửng, dầu, mỡ sẽ được nổi lên trên bề mặt của nước thải dưới tác dụng nâng của các bọt khí

Các phương pháp tuyển nổi thường được áp dụng là :

- Tuyển nổi chân không

- Tuyển nổi áp lực (tuyển nổi khí hòa tan )

- Tuyển nổi cơ giới

- Tuyển nổi với cung cấp không khí qua các vật liệu xốp

- Tuyển nổi điện

- Tuyển nổi sinh học

- Tuyển nổi hóa học

Trong đó phương pháp tuyển nổi khí tan thường được áp dụng nhiều hơn

2.1.4.3 Phương pháp sinh học

Bản chất của quá trình xử lý các chất ô nhiễm trong nước thải bằng phương pháp sinh học là sử dụng khả năng sống – hoạt động của các vi sinh vật để phân hủy các hợp chất hưũ cơ có trong nước thải Chúng sử dụng các chất hữu cơ và một số chất khoáng làm nguồn dinh dưỡng và tạo năng lượng Căn cứ vào tính chất hoạt động của vi sinh vật có thể chia phương pháp sinh học ra thành 3 nhóm chính như sau :

- Các phương pháp hiếu khí (aerobic)

- Các phương pháp kị khí (anaerobic)

- Các phương pháp thiếu khí (anoxic)

 Các quá trình hiếu khí (aerobic)

Các phương pháp hiếu khí dựa trên nguyên tắc là các vi sinh vật hiếu khí phân hủy các chất hữu cơ trong điều kiện cĩ oxy hịa tan

Các phương pháp xử lý thường hay sử dụng :

- Phương pháp bùn hoạt tính (activated sludge)

- Phương pháp phân hủy sinh học đệm cố định (fixed bed bioreactor)

- Phương pháp phân hủy sinh học lớp đệm lơ lửng (moving bed bioreactor)

- Phương pháp lọc sinh học (trickling filter)

- Phương pháp ao ổn định (ao hiếu khí, ao tùy nghi)

 Các quá trình kị khí (anaerobic)

Thường được sử dụng để xử lý nước thải cĩ nồng độ các chất hữu cơ đậm đặc (BOD từ 10.000 – 20.000 mg/l) hoặc loại bỏ các chất hữu cơ cĩ trong phần cặn của nước thải bằng vi sinh vật tùy nghi và vi sinh kỵ khí trong đĩ ưu thế là các vi sinh vật kỵ khí

Quá trình phân hủy kị khí các hợp chất hữu cơ thường xảy ra theo hai quá trình chính :

Quá trình lên men acid :

Thủy phân và chuyển hĩa các sản phẩm thủy phân (như acid béo, đường ) thành các acid và rượu mạch ngắn hơn và cuối cùng thành khí cacbonic (CO2)

Quá trình lên men methan :

Phân hủy các chất hữu cơ thành khí methan (CH4) và cacbonic (CO2)

(trong quá trình phân hủy kỵ khí thường kéo theo các sản phẩm như: N2, H2,

H2S, NH3, indol, mecaptan) Các phương pháp kị khí thường hay sử dụng :

Chất hữu cơ + Vi sinh vật + O2 H2O + CO2 + Sinh khối + Chất vơ cơ ổn định

Kị khí Chất hữu cơ + Vi sinh vật CH4 + H2O + CO2 + Sinh khối

- Kỵ khí kiểu tiếp xúc (Anaerobic Contact)

- Bể phản ứng kị khí có đệm dãn (Fluidized Bed)

- Kỵ khí kiểu đệm bùn dòng chảy ngược (Upflow Anaerobic Sludge Blanket)

 Các quá trình thiếu khí (anoxic)

Các phương pháp xử lý thiếu khí thường được áp dụng để loại các chất dinh dưỡng như Nitơ và Photpho, các yếu tố gây hiện tượng bùng nổ tảo trong nước bề mặt, ra khỏi nước thải

Nguyên tắc là trong điều kiện thiếu oxy hòa tan (hàm lượng ô xy hòa tan trong

hệ thống xử lý được giữ ở mức xấp xỉ 1 mg/L), việc khử nitrat hóa sẽ xảy ra :

NO3- → NO2

-NO2- + chất hữu cơ → N2 + CO2 + H2O

Trong thực tế, tùy thuộc vào đặc trưng nước thải, điều kiện mặt bằng, kinh phí, tiêu chuẩn thải, có thể chọn một hoặc nhiều phương pháp kết hợp để xây dựng một công trình xử lý nước thải thích hợp và có hiệu quả cao

2.1.5 Các quá trình loại bỏ chất dinh dưỡng trong nước thải:

Xử lý chất dinh dưỡng là mô ̣t chủ đề mà nó minh chứng cho tầm quan tro ̣ng trong thiết kế của hê ̣ thống bùn hoa ̣t tính Chất dinh dưỡng được nói đến ở đây là nitơ và phốtpho trong nước thải Ở nhiều vùng, xử lý chất dinh dưỡng được chú ý trong giải pháp xử lý trong những dự án mới và những hê ̣ thống xử lý cũ thì được cải ta ̣o nhằm để xử lý chất dinh dưỡng

Thông thườ ng thì viê ̣c xử lý nitơ và photpho tùy thuô ̣c vào khoảng rô ̣ng của

mu ̣c đích xử lý, đầu ra sau cùng và chất lượng nước của nguồn tiếp nhâ ̣n Ở mô ̣t số nơi nha ̣y cảm như hồ tự nhiên, hồ nhân ta ̣o và cửa sông đến vấn đề phú dưỡng hóa

thì viê ̣c loa ̣i bỏ chất dinh dưỡng thì hết sức cần thiết quan tâm (Marcos von

Sperling, 2005)

2.1.5.1 Quá trình nitrat hóa

Vi sinh vật

Vi khuẩn hiếu khí tự dưỡng chi ̣u trách nhiê ̣m nitrat hóa trong bùn hoa ̣t tính và quá trình màng sinh ho ̣c Nitrat hóa là quá trình 2 bâ ̣c gồm có 2 nhóm vi khuẩn Trong bâ ̣c thứ nhất, ammonia sẽ oxi hóa thành nitrit bởi mô ̣t nhóm vi khuẩn tự dưỡng Trong bâ ̣c thứ hai, nitrit sẽ oxi hóa thành nitrat bởi nhóm vi sinh vâ ̣t tự dưỡng Hai nhóm vi khuẩn thường quan tâm đối với vi khuẩn nitrat hóa trong nước

thải là vi khuẩn tự dưỡng Nitrosomonas và Nitrobacter, 2 nhóm vi khuẩn này oxi hóa ammonia thành nitrit và sau đó thành nitrat tương ứng

Đẳng lượng của nitrat hóa sinh học

Quá trình oxi hóa ammonia thành nitrit xảy ra theo hai bâ ̣c như sau:

Bỏ qua màng tế bào, lượng kiềm cần để thực hiê ̣n phản ứng có thể được ước lượng như sau:

NH4+ + 2HCO3- + 2O2 → NO3- + 2CO2 + 3H2O

Trong phương trình trên mỗi gam nitơ ammonia được chuyển hóa thì cần 7.14g kiềm (CaCO3) [2x (50g CaCO3/eq)/14]

Cùng với năng lượng thu được, mô ̣t phần ion amoni được đồng hóa vào trong màng tế bào Phản ứng tổng hợp sinh khối có thể trình bày như sau:

4CO2 + HCO3- + NH4+ + H2O → C5H7O2N + 5O2

Công thức hóa ho ̣c C5H7O2N được sử du ̣ng để mô tả sự tổng hợp tế bào vi khuẩn

NH4+ +1.863O2 + 0.098CO2 → 0.0196C5H7O2N + 0.98NO3- + 0.0941H2O + 1.98H+

Từ phương trình trên thấy rằng đối với mỗi gam nitơ ammonia được chuyển hóa thì sử du ̣ng 4.52 gO2, 0.16 g tế bào mới được hình thành, 7.07 g kiềm CaCO3 bi ̣ loa ̣i bỏ và 0.08 g cacbon vô cơ được sử du ̣ng trong quá trình hình thành tế bào mới

Động học tăng trưởng

n = (nmN

Kn - N ) – kdn

Trong đó:

n: Tốc đô ̣ tăng trưởng riêng của vi khuẩn nitrat hóa, g tế bào mới/ g tế bào.ngày

nm: Tốc đô ̣ tăng trưởng riêng tối đa của vi khuẩn nitrat hóa, g tế bào mới/g tế bào.ngày

N: Nồng đô ̣ nitơ, g/m3

Kn: Hằng số bán vâ ̣n tốc, nồng đô ̣ chất nền ta ̣i vi ̣ trí ½ tốc đô ̣ sử du ̣ng cơ chất riêng, g/m3

kdn: Hê ̣ số phân hủy nô ̣i bào cho vi khuẩn nitrat hóa, gVSS/ gVSS

Khoảng dao đô ̣ng của tốc đô ̣ tăng trưởng riêng tối đa cũng như nhiê ̣t đô ̣ hoa ̣t

đô ̣ng, ở nhiê ̣t đô ̣ 200C, nm khác nhau từ 0.25 đến 0.77 gVSS/ gVSS (Randall et al,

1992) Khoảng dao đô ̣ng của tốc đô ̣ tăng trưởng nitrat hóa có thể do sự hiê ̣n diê ̣n cơ chất gây ức chế trong nước thải Trong tất cả mo ̣i trường hợp, giá tri ̣ nm đối với vi khuẩn nitrat hóa nhiều hơn so với giá tri ̣ của những vi khuẩn di ̣ dưỡng Giá tri ̣ SRT

đă ̣c trưng có thể từ 10 đến 20 ngày ở 100C, 4 đến 7 ngày ở 200C Ở nhiê ̣t đô ̣ lớn hơn

280C sẽ xem xét cả đô ̣ng ho ̣c oxi hóa ammonia và nitrit Ở nhiê ̣t đô ̣ cao, tùy theo sự

thay đổi đô ̣ng ho ̣c oxi hóa N-NH4+ và N-NO2- và N-NO2- sẽ tích lũy ở giá tri ̣ SRT lâu

Đối với hê ̣ thống nitrat hóa bùn hoa ̣t tính khuấy trô ̣n hoàn toàn được thích nghi hoàn toàn, ở 250C với sự hiê ̣n diê ̣n đủ DO, nồng đô ̣ N-NO2- có thể thấp hơn 0.1 mg/l so với nồng đô ̣ N-NH4+ trong khoảng 0.5 – 1 mg/l Tuy nhiên trong thời gian đầu của quá trình nitrat hóa, nồng đô ̣ N-NO2- sẽ lớn hơn nồng đô ̣ N-NH4+, do sự phát triển của vi khuẩn oxi hóa nitrit không thể xảy ra cho đến khi vi khuẩn oxi hóa ammonia thành nitrit

Nồng đô ̣ DO ảnh hưởng đến tốc đô ̣ nitrat hóa trong hê ̣ thống bùn hoa ̣t tính Trái ngược với những vi khuẩn hiếu khí di ̣ dưỡng phân hủy hợp chất hữu cơ, tốc đô ̣ nitrat hóa làm tăng nồng đô ̣ DO lên khoảng 3 – 4 mg/l Để giải thích ảnh hưởng của

DO, biểu thức tốc đô ̣ tăng trưởng riêng có thể được viết la ̣i như sau:

n = (nmN

Kn - N ) (

DO

K0 + DO ) – kdnTrong đó: DO: Nồng đô ̣ oxi hòa tan

K0: Hê ̣ số bán bão hòa đối với DO, mg/l

2.1.5.2 Quá trình khử nitrat

Khử nitrat xảy ra trong quá trình sinh ho ̣c theo 2 cách là quá trình đồng hóa và

di ̣ hóa Quá trình đồng hóa bao gồm sự khử nitrat thành ammonia sử du ̣ng cho tổng hợp tế bào Chúng xảy ra khi N-NH4+ không có sẵn và không phu ̣ thuô ̣c vào nồng

đô ̣ DO Di ̣ hóa khử nitrat hoă ̣c khử nitrat sinh ho ̣c kết hợp là mô ̣t chuỗi chuyển hóa điê ̣n tử và nitrat hoă ̣c nitrit được sử du ̣ng như là chất nhâ ̣n điê ̣n tử cho viê ̣c oxi hóa hợp chất hữu cơ khác hoă ̣c chất cho điê ̣n tử vô cơ Phần lớn quá trình này được sử

du ̣ng cho khử nitơ trong xử lý nước thải đô thi ̣ Quá trình có bể thiếu khí, nitrat được đưa vào bể thiếu khí sau quá trình nitrat hóa ta ̣i bể hiếu khí Ta ̣i ngăn thiếu khí

này chất hữu cơ trong nước thải là chất cho điê ̣n tử để phản ứng oxi hóa sử du ̣ng nitrat

Đẳng lượng của quá trình khử nitrat

Phản ứng khử nitrat bao gồm những bước sau: từ nitrat thành nitrit, oxit nitrit, oxit nitrous và thành khí nitơ

NO3- → NO2- → NO → N2O → N2

Trong quá trình khử nitơ, chất cho điê ̣n tử là 1 trong 3 nguồn: (1) bsCOD trong nước thải đầu vào, (2) bsCOD sinh ra trong quá trình phân hủy nô ̣i bào, và (3) nguồn từ bên ngoài như methanol hay acetate Phản ứng khử nitrat mô tả như phương trình sau, với C10H19O3N được sử du ̣ng để mô tả như là hợp chất hữu cơ phân hủy sinh ho ̣c

Với nước thải:

C10H19O3N + 10NO3- → 5N2 + 10CO2 + 3H2O + NH3 + 10OH

-Với methanol:

5CH3OH + 6NO3- → 3N2 + 5CO2 + 7H2O + 6OH

-Với acetate:

5CH3COOH + 8NO3- → 4N2 + 10CO2 + 6H2O + 8OH

-Trong tất cả các phản ứng khử nitrat di ̣ dưỡng ở trên, 1 đương lượng của đô ̣ kiềm sinh ra trên đương lượng của N-NO3- bi ̣ khử, tương đương là 3.57g của đô ̣ kiềm CaCO3 sinh ra trên g N-NO3- bi ̣ khử Trong quá trình nitrat hóa thì 7.14g kiềm CaCO3 bi ̣ tiêu thu ̣ trên g N-NH4+ bi ̣ oxi hóa

Trong quá trình khử nitrat, mu ̣c tiêu quan tro ̣ng là khử nitrat bằng sinh ho ̣c Do đó, những thông số thiết kế quan tro ̣ng cho quá trình khử ntrat là số lượng bsCOD hoă ̣c BOD cần để cung cấp đủ lượng chất cho điê ̣n tử đối với viê ̣c khử nitrat Theo quy luâ ̣t chung ước lượng rằng 4g BOD thì cần cho mỗi g NO3- bi ̣ khử Tuy nhiên,

giá tri ̣ thực tế sẽ phu ̣ thuô ̣c vào điều kiê ̣n hoa ̣t đô ̣ng của hê ̣ thống và da ̣ng của chất cho điê ̣n tử được sử du ̣ng cho khử nitrat Số lượng oxi được sử du ̣ng trên mỗi đơn

vi ̣ bsCOD có mối quan hê ̣ đến tăng trưởng sinh khối, tỉ số bsCOD/N-NO3- cũng có mối quan hê ̣ đến sự tăng trưởng sinh khối

Động học tăng trưởng quá trình khử nitrat

Tốc đô ̣ sử du ̣ng cơ chất rsu được biểu diễn như sau:

rsu = kXS

Ks + S

: Tỷ lê ̣ vi khuẩn khử nitrat trong sinh khối, gVSS/ gVSS;  = 0.2 – 0.8

Ảnh hưởng của nitrat và nồng đô ̣ oxy đến quá trình khử nitrat

K0 ’: Hê ̣ số ức chế DO để quá trình khử nitrat hóa, mg/l; K0 ’ = 0.1 – 0.2 mg/l

Ks,NO3: Hằng số bán vâ ̣n tốc đối với phản ứng ha ̣n chế nitrat, mg/l; K0 ’ = 0.1 mg/l

2.1.5.3 Quá trình loại bỏ photpho

Bản chất của quá trình loa ̣i bỏ photpho đó là mô ̣t quá trình trải qua hai quá trình ky ̣ khí và hiếu khí

Kết hợp giữa hai điều kiê ̣n ky ̣ khí và hiếu khí Trong điều kiê ̣n kết hợp, vi sinh

vâ ̣t tích lũy photpho (PAOs) phu ̣ thuô ̣c vào sự kết hợp giữa hai điều kiê ̣n ky ̣ khí và hiếu khí để tổng hợp sinh khối từ năng lượng bên trong, chất hữu cơ lên men và polyphosphate cấu thành tế bào

Điều kiê ̣n ky ̣ khí

Axit béo bay hơi (VFA) là sản phẩm phân hủy của vi khuẩn tùy nghi Mô ̣t phần của chất hữu cơ dễ phân hủy sinh ho ̣c bi ̣ chuyển hóa, thông qua quá trình lên men của nước thải trong ngăn ky ̣ khí chuyển hóa các chất hữu cơ đơn giản ví dụ

như các axít béo bay hơi Sự chuyển hóa này thường được thực hiê ̣n bởi các vi khuẩn tùy nghi xảy ra trong ngăn ky ̣ khí Ở đây thì không đủ thời gian cho quá trình thủy phân và chuyển hóa của các chất hữu cơ thành phần của nước thải đầu vào

Tích lũy các axít béo bay hơi bởi các vi sinh vâ ̣t tích lũy phốtpho (PAOs) Vi sinh vâ ̣t tích lũy phốtpho hấp thu các axít béo bay hơi nhanh và tích lũy bên trong tế bào PAOs đồng hóa các sản phẩm lên men nhanh hơn các vi sinh vâ ̣t khác trong quá trình bùn hoa ̣t tính Nói cách khác đây chính là đă ̣c tính đă ̣c trưng của PAOs trong vùng ky ̣ khí

Giải phóng phosphate Phosphate giải phóng được tích lũy trước bởi nhóm vi khuẩn cung cấp năng lượng cho chuyển hóa cơ chất cho lên men và dự trữ trong sản phẩm chuyển hóa, như là polyhydroxybutyrate (PHB)

Điều kiê ̣n hiếu khí

Sự tiêu thu ̣ cơ chất dự trữ và đồng hóa phốtpho PHB bi ̣ oxi hóa chuyển thành dioxit và nước Photpho hòa tan bi ̣ loa ̣i bỏ khỏi nước thải bởi PAOs và tích lũy bên trong tế bào cho viê ̣c sinh ra năng lượng trong pha ky ̣ khí

Tế bào mới Sử du ̣ng cơ chất và tăng mâ ̣t số của PAO

Loa ̣i bỏ photpho

Loại bỏ photpho bằng cách thải bỏ bùn Phốtpho thì bi ̣ hấp thu lớn trong bùn bên trong tế bào của PAOs và bi ̣ loa ̣i bỏ thông qua thải bỏ bùn thừa của hê ̣ thống, bùn thừa thải bỏ bao gồm nhiều vi sinh vâ ̣t trong bùn hoa ̣t tính trong đó có phần

PAOs (Marcos von Sperling, 2005)

Bùn thải (chứa P) Bùn tuần hoàn

Bể lắng 2

Thiếu khí

Tuần hòan

2.1.6 Các quá trình xử lý chất hữu cơ kết hợp loại bỏ chất dinh dưỡng:

2.1.6.1 Quá trình Phoredox (A/O)

Hình 2.2 Quá trình A/O Đặc trưng cơ bản của quá trình này là khử photpho bằng phương pháp sinh học gồm cĩ vùng kị khí theo sau là vùng hiếu khí Nước sau khi qua ngăn hiếu khí vào ngăn lắng được tách bùn và tuần hoàn về ngăn ky ̣ khí ở phía trước Đầu tiên là cho tiếp xúc kị khí giữa bùn họat tính và nước thải đầu vào trước khi phân hủy hiếu khí để thực hiện việc khử photpho Trong những quá trình này khơng cĩ nitrat hĩa,

và thời gian lưu của quá trình kị khí là 30 phút đến 1 giờ SRT của vùng hiếu khí là

2 đến 4 ngày (Metcaft, 2003)

2.1.6.2 Quá trình kỵ khí, thiếu khí, hiếu khí kết hợp (A2O)

Hình 2.3 Quá trình A2O

Bùn thải Bùn tuần hoàn

Bể lắng 2 Hiếu khí

Kị khí

Quá trình A2O là quá trình cải tiến của quá trình A/O, quá trình này được bở sung thêm ngăn thiếu khí giữa ngăn ky ̣ khí và hiếu khí đờng thời có dòng tuần hoàn nitrat từ sau ngăn hiếu khí về ngăn thiếu khí nhằm mu ̣c đích khử nitrat với chất cho điê ̣n tử là bsCOD từ dòng vào sau khi qua ngăn ky ̣ khí Dòng tuần hoàn nitrat thường có lưu lượng từ 200 – 400% lưu lượng đầu vào hê ̣ thớng Thời gian lưu trong vùng thiếu khí tương ứng khỏang 1 giờ Vùng thiếu khí là khơng có sự hiê ̣n diê ̣n của oxy hòa tan, nhưng oxy về phương diện hĩa học oxy ở dạng nitrat hoặc nitrit được đưa vào bằng đường tuần hồn bùn từ khu vực hiếu khí Sử dụng vùng thiếu khí để giảm đến mức tối thiểu lượng nitrat cung cấp đến vùng kị khí trong bùn

hoạt tính tuần hồn (Metcaft, 2003)

2.1.6.3 Quá trình Bardenpho cải tiến 5 ngăn

Hình 2.4 Quá trình Bardenpho cải tiến 5 ngăn Quá trình Bardenpho được mơ tả như hình 2.3, đây là quá trình cho sự kết hợp khử nitơ và photpho Hệ thống 5 ngăn gờm kị khí, 2 ngăn thiếu khí và 2 ngăn hiếu khí cho việc khử photpho,nitơ và cacbon Ngăn thiếu khí thứ 2 được cung cấp thêm quá trình khử nitrat sử dụng nitrat sinh ra trong ngăn hiếu khí như là chất nhận điện tử, và cacbon hữu cơ nội bào như là chất cho điện tử Ngăn hiếu khí sau cùng được dùng để giải phĩng khí nitơ từ dung dịch và giảm đến mức tối thiểu sự giải phĩng photpho trong bể lắng sau cùng Bùn từ ngăn hiếu khí đầu tiên được tuần hồn đến ngăn thiếu khí Quá trình 5 ngăn này sử dụng thời gian lưu bùn SRT (10

Tuần hoàn

Bùn thải (Chứa P) Bùn tuần hoàn

đến 20 ngày) lâu hơn quá trình A2O, và do đĩ làm tăng khả năng oxy hĩa cacbon

(Metcaft, 2003)

2.1.6.4 Quá trình UCT cải tiến

Hình 2.5 Quá trình UCT cải tiến

Trong quá trình UCT cải tiến được mơ tả trên sơ đồ hình 2.4, bùn hoạt tính tuần hồn trực tiếp đến bể phản ứng thiếu khí thứ nhất mà khơng cĩ lưu lượng tuần hồn nitrat bên trong Nitrat được giảm trong bể này, và bùn từ bể phản ứng này được tuần hồn đến bể kị khí Bể thiếu khí thứ 2 theo sau bể thiếu khí thứ nhất và tiếp nhận lưu lượng tuần hồn nitrat bên trong từ bể hiếu khí để cung cấp cho việc

khử nitrat của quá trình (Metcaft, 2003)

2.1.6.5 Quá trình VIP

Hình 2.6 Quá trình VIP

Bể lắng 2

Kị khí Thiếu khí Thiếu khí Hiếu khí

Tuần hoàn 2 Tuần hoàn 1

Bùn thải (chứa P) Bùn tuần hoàn

Bể lắng 2

Hiếu khí Thiếu khí

Kị khí

Tuần hoàn 2 Tuần hoàn 1

Bùn thải (chứa P) Bùn tuần hoàn

Đầu vào

Đầu ra

Quá trình VIP được mơ tả như hình 2.5 Quá trình này giống như quá trình A2O và quá trình UCT trừ ra đối với những phương pháp được ứng dụng cho hệ thống tuần hoàn Trong quá trình VIP, tất cả vùng trong phạm vi hoa ̣t động gồm cĩ tối thiểu 2 ngăn khuấy trộn hồn tồn trong dãy Bùn hoạt tính tuần hồn chảy vào dọc theo vùng thiếu khí với sự tuần hoàn bùn sau nitrat hóa từ vùng hiếu khí Bùn

từ vùng thiếu khí được tuần hồn đến đầu vùng kị khí Quá trình VIP cũng được thiết kế giống như hệ thống tốc độ cao, quá trình họat động với thời gian lưu bùn (SRT) ngắn, mà hiệu quả khử photpho thì tối đa Kết hợp SRT của vùng kị khí và thiếu khí thơng thường từ 1,5 đến 3 ngày, trong khi thời gian lưu nước ở ngăn thiếu khí và kị khí đặc trưng khoảng 60 đến 90 phút Vùng hiếu khí được thiết kế cho quá

trình nitrat hĩa (Metcaft, 2003)

2.1.6.6 Quá trình Johannesburg

Hình 2.7 Quá trình Johannesburg

Quá trình Johannesburg được mơ tả như hình 2.6 Quá trình này được phát minh ở Johannesburg, Nam Phi Nó là 1 dạng khác của UCT hoặc quá trình UCT cải tiến để cung cấp nitrat tối thiểu đến vùng kị khí cho việc khử photpho tối đa Bùn hoạt tính tuần hồn được dẫn trực tiếp đến vùng thiếu khí mà cĩ thời gian tiếp xúc đủ để khử nitrat trong dung di ̣ch bùn trước khi chúng được cung cấp đến vùng

kị khí Sự khử nitrat được phát triển bởi tốc độ hơ hấp nội bào của dung dịch bùn,

và thời gian lưu nước vùng thiếu khí dựa trên nồng độ dung dịch, nhiệt độ, và nồng

Bể lắng 2 Hiếu khí

Thiếu khí Thiếu khí Kị khí

Tuần hoàn (nitrat) hiếu khí

Bùn thải (chứa P) Bùn tuần hoàn

Đầu vào

Đầu ra

độ nitrat trong dòng tuần hoàn bùn So với quá trình UCT, nồng độ MLSS cao có

thể được duy trì trong vùng kị khí, có thời gian lưu khỏang 1 giờ (Metcaft, 2003)

2.1.7 Một số công nghệ xử lý nước thải giết mổ:

 Quy trình công nghệ hệ thống xử lý nước thải giết mổ tại Công ty TNHH Một thành viên Việt Nam Kỹ nghệ Súc sản VISSAN – Công suất: 1.000m 3 /ngày

Hình 2.8 Quy trình xử lý nước thải giết mổ công ty VISSAN

Bể tuyển nổi

Bể nén bùn

Bể kị khí UASB Máy thổi khí

Nguồn tiếp nhận

Nước thải vào

Bể trung gian 2

Bùn tuần hoàn

Bơm bùn

Bể cân bằng

Bể trung hòa

Bể aerotank Hóa chất

Bơm nước thải

2.2 Tổng quan về quá trình Swim – Bed và Stick – Bed

2.2.1 Tổng quan quá trình Swim – Bed:

Công nghệ Swim – Bed là sự kết hợp những ưu điểm của quá trình sinh trưởng dính bám giá thể cố định và giá thể tầng sôi Nó loại bỏ sự giảm áp hiện tượng đóng cặn và hiện tượng chảy rãnh như trong quá trình sinh trưởng bám dính giá thể cố định Quá trình này có thể hoạt động mà không phụ thuộc vào điều kiện thủy lực nhằm tránh hiện tượng lắng và hiện tượng nổi của vật liệu dính bám hoặc yêu cầu song chắn hoặc thiết bị giữ lại vật liệu không cho chúng ra ngoài như trong các quá trình sinh trưởng bám dính giá thể tầng sôi

Sinh khối dính bám trên giá thể tạo thành 2 vùng: vùng kị khí và cùng hiếu khí trong lớp màng sinh khối, hai vùng này tạo điều kiện cho quá trình nitrat hóa và khử nitrat xảy ra Một số lượng lớn bùn bám dính sẽ làm tăng thời gian lưu bùn và khuyến khích sự xuất hiện của động vật nguyên sinh và động vật đa bào Ngoài hiệu quả cao trong loại bỏ các chất ô nhiễm thì việc giảm lượng bùn dư cũng đạt được bởi ứng dụng của quá trình này Đặc tính của vật liệu BioFringe là nhẹ bền, bể phản ứng được thiết kế với không gian nhỏ và hoạt động không phức tạp với giá thành thấp

Bể phản ứng chứa sợi Biofringe được chia thành 2 vùng: vùng nước đi lên và vùng nước đi xuống Cả 2 vùng này thông với nhau, tương ứng với 2 vị trí trên đỉnh

và ở đáy Dòng vào được đưa xuống sâu trong vùng khí đi lên bằng việc sử dụng một bơm định lượng Dòng khí cũng được đưa vào sâu trong vùng khí đi lên, nhằm mục đích khuấy trộn và hòa tan oxy vào trong nước thải Lưu lượng khí cho vào được giữ trong khoảng từ 5 – 10 l/phút và được kiểm soát bằng van đo lưu lượng khí

Swim – Bed BioFringe là một loại vật liệu tiếp xúc đa năng hiệu quả cao, nó giữ một lượng lớn vi sinh bên trong và bên ngoài và không bao giờ bung tất cả các

vi sinh ra cùng một lúc Hơn nữa, vật liệu này được làm từ một loại sợi đặc biệt và

có thể duy trì sự sống của hệ vi sinh, vì vậy sản lượng bùn giảm đi đáng kể

Hình 2.9 Giá thể BioFringe

BioFringe được làm từ các nguyên liệu dệt, các sợi dây treo có nguồn gốc từ polyester, có thể căng mạnh ra và kết nối dễ dàng và không thấm nước Các sợi ngang cấu tạo từ sợi acryl đặt biệt mà tính thấm nước tốt nhất trong các loại sợi nhân tạo để nó có thể giữ một lượng lớn bùn và nhô ra theo nhiều hướng khác nhau

Hình 2.10 Cấu tạo chi tiết vật liệu tiếp xúc BioFringe

Các sợi giá thể nằm ngang có thể giữ bùn không chỉ trên bề mặt mà còn bên trong thân của nó trong khi các vật liệu tiếp xúc khác chỉ có thể bám dính bùn trên

bề mặt Điều này làm thời gian lưu bùn lâu hơn, hệ vi sinh trong vật liệu lâu hơn và sản lượng bùn thấp hơn

Hình 2.11 Mặt cắt ngang sợi vật liệu tiếp xúc

Ưu điểm của vật liệu tiếp xúc BioFringe:

- Tăng khả năng bám dính 2 – 5 lần Giảm thể tích Không cần tăng thêm thể tích

- Giảm sản lượng bùn từ 1/5 – 1/10 Không cần khử nước cho bùn

- Không cần các quá trình tiền xử lý phía trước như keo tụ, tạo bông vì thời gian lưu bùn dài hơn

- Một hệ thống BioFringe vận hành ở nồng độ MLSS ≥ 20.000mg/l và công suất

hệ thống có thể tăng hơn thậm chí khi vật liệu tiếp xúc BioFringe chỉ được lắp đặt một phần Từ đó, kích thước của bùn bóc ra khỏi vật liệu BF lớn hơn so với hệ thống bình thường

- Hệ thống BF có thể vận hành lâu hơn (trên 15 năm) với mức độ bảo dưỡng thấp

- Ngoài ra, các sợi giá thể acrylic ưa nước có bề mặt xù xì, rỗ, điều này cho phép một lượng lớn bùn bám dính trên nó Và nhờ sự chuyển động của dòng nước tạo ra chuyển động “Swimming” làm tăng khả năng tiếp xúc của màng sinh học với cơ chất, giúp quá trình xử lý đạt hiệu quả cao hơn

2.2.2 Các quy trình xử lý ứng dụng quá trình Swim – Bed BioFringe:

2.2.2.1 Sơ đồ BF – SQ:

Hình 2.12 Quy trình BF – SQ xử lý nước thải bằng quá trình Swim – Bed BioFringe

Ưu điểm:

- Hiệu quả xử lý cao

- Không sinh ra bùn, không cần bảo trì

Hệ thống này có hiệu quả khi không yêu cầu một tỷ lệ xử lý BOD cao và cũng đạt hiệu quả khi xử lý BOD nồng độ thấp như nước sông hồ, trong một thời gian ngắn và hiệu quả của nó thì không liên quan đến thời gian lưu

Nước thải vào

Bể điều hòa

Bể sục khí BF

Đầu ra

2.2.2.2 Sơ đồ BF – O:

Hình 2.13 Quy trình BF – O xử lý nước thải bằng quá trình Swim – Bed BioFringe

Ưu điểm:

- Công suất hệ thống tăng lên đáng kể

- Không cần quá trình tiền xử lý như tuyển nổi phía trước

- Lượng bùn dư giảm một cách đáng kể

Hiệu quả hệ thống được cải tiến bằng kết hợp tác dụng của bùn bám dính trên giá thể và lơ lửng trong bể Vì vậy chi phí vận hành giảm một cách đáng kể do đã

bỏ qua công đoạn tiền xử lý phía trước, thể tích bùn giảm và sự bảo dưỡng lãng phí

Bùn tuần hoàn

Nước thải vào

Bể điều hòa

Bể sục khí BF

Bể lắng

Nước thải ra

- Giảm tối đa chi phí bảo dưỡng và vận hành

Swim – Bed BioFring giữ đủ vi khuẩn Nitrite, mà chúng phát triển chậm, để nitrate hóa nhanh Quá trình khử photpho cũng có thể xảy ra Công suất tăng, thể tích xử lý giảm và chi phí vận hành giảm là có thể đạt được

2.2.3 Tổng quan quá trình Stick – Bed BioFix:

Stick – Bed BioFix là một giá thể tiếp xúc đặc biệt, được làm từ một loại sợi polyester tổng hợp như một khung và các sợi acrylic thấm nước như một thùng chứa bùn Từ kết quả của sáng kiến đó, BioFix được đưa vào như một ứng dụng mới trong các hệ thống xử lý nước thải

Hình 2.15 Cấu tạo giá thể BioFix

Ưu điểm của vật liệu tiếp xúc Stick – Bed BioFix:

- Diện tích bề mặt gấp 6 lần so với BioFringe

- Thể tích bùn lưu giữ lớn nhất, gấp 10 lần so với BioFringe

- Chất lượng nước đầu ra tốt bởi vì sự tiếp xúc có thể cao hơn so với cấu trúc ba chiều của nó

- Dòng nước xung quanh ít xuất hiện hơn vì những kẽ hở rộng và bùn không rơi xuống tất cả một lần

- Bùn giữ chặt và ổn định

- Thích hợp cho quá trình xử lý kị khí

Ứng dụng của vật liệu tiếp xúc Stick – Bed BioFix:

Vật liệu tiếp xúc Stick – Bed BioFix được phát triển cho nhiều ứng dụng mới, như dề cập ở dưới đây vì nhưng đặc tính duy nhất của nó như sau:

- Khả năng tiếp xúc cao hơn: thích hợp cho các bể Biofilters, tiền xử lý cho các

hệ thống nước cấp

- Thể tích chứa bùn lớn: hiệu quả xử lý BOD cao

- Tạo điều kiện kị khí bên ngoài giá thể: phù hợp cho quá trình Anamox, nitrate

và khử nitrate trong các bể tương tự

Các kết quả có ích của Stick – Bed BioFix:

- Những đặc tính vượt trội của vật liệu tiếp xúc BioFix mang về những kết quả đáng kể cho các hệ thống xử lý nước thải

- Hệ thống kết hợp BioFringe với BioFix đủ điều kiện cho các ứng dụng mới của xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học

2.2.4 Các quy trình xử lý ứng dụng quá trình Stick – Bed BioFix

2.2.4.1 Tiền xử lý kị khí: Ít tiêu hao năng lượng, trọng lượng nhẹ và dễ dàng lắp

đặt

Hình 2.16 Quá trình xử lý kị khí ứng dụng quá trình Stick – Bed BioFix

Nước thải vào

2.2.4.2 Quá trình Nitrate hóa và khử Nitrate:

MLSS cao, tăng tải trọng và thời gian lưu ngắn, làm giảm không gian xử lý nước thải Hệ thống kết hợp BioFringe với BioFix cho phép phát triển một phương diện xử lý nước thải mới bằng phương pháp sinh học

Hình 2.17 Quá trình Nitrat hóa và khử Nitrat ứng dụng Stick – Bed BioFix

2.2.5 Các quá trình xử lý trong mô hình kết hợp Swim – Bed và Stick – Bed

2.3.1 Quá trình loại bỏ chất hữu cơ:

 Loa ̣i bỏ chất hữu cơ diễn ra ta ̣i ngăn ky ̣ khí:

Quá trình phân hủy sinh học yếm khí nước thải là quá trình phân hủy sinh ho ̣c các chất hữu cơ trong nước thải trong điều kiê ̣n không có oxy Phân hủy yếm khí có thể chia ra thành 6 quá trình:

 Thủy phân polymer:

- Thủy phân các protein;

- Thủy phân polysaccharide;

- Thủy phân chất béo;

 Lên men các amino acid và đường;

 Phân hủy yếm khí các acid béo ma ̣ch dài và rượu (alcohols);

 Phân hủy yếm khí các acid béo dễ bay hơi (ngoa ̣i trừ acid acetic);

 Hình thành khí methane từ acid acetic;

 Hình thành khí methane từ hydrogen và CO2

Các quá trình này có thể hợp thành 4 giai đoa ̣n, xảy ra đồng thời trong quá trình phân hủy yếm khí chất hữu cơ:

Giai đoạn I: Thủy phân

Trong giai đoa ̣n này, dưới tác du ̣ng của enzyme do vi khuẩn tiết ra, các chất hữu cơ phức tạp và các chất không tan (như polysaccharides, proteins, lipids) trong nước thải chuyển hóa thành các chất đơn giản hơn hoă ̣c thành các chất hòa tan (như đường đơn, các amino acid, acid béo)

Quá trình này xảy ra châ ̣m Tốc đô ̣ thủy phân phu ̣ thuô ̣c vào pH, kích thước

ha ̣t và đă ̣c tính dễ phân hủy của chất hữu cơ Chất béo thủy phân rất châ ̣m

Giai đoạn II: Acid hóa

Trong giai đoa ̣n này, vi khuẩn lên men sẽ chuyển hóa các chất hòa tan thành chất đơn giản như acid béo dễ bay hơi, alcohols, acid lactic, methanol, CO2, H2,

NH3, H2S và tạo ra sinh khối mới Sự hình thành các acid có thể làm pH giảm xuống 4,0

Giai đoạn III: Acetic hóa

Trong giai đoạn này, vi khuẩn acetic sẽ tiếp tục chuyển hóa các sản phẩm trung gian của giai đoa ̣n acid hóa thành acetate, H2, CO2 và tạo ra sinh khối mới

Giai đoạn IV: Mêtan hóa

Đây là giai đoa ̣n cuối của quá trình phân hủy kỵ khí Vi khuẩn sinh mêtan tiếp tục phân hủy các sản phẩm của giai đoạn acetic hóa thành acid acetic, H2, CO2, acid formic; đồng thời methanol chuyển hóa thành methane, CO2 và tạo ra sinh khối mới