Nghiên cứu hiệu quả xử lý nước thải ao nuôi thủy sản bằng công nghệ MBBR – moving bed biofilm reactor

Có nhiều công nghệ xử lý nước thải thủy sản 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 t

LỜI CẢM ƠN

Với hơn bốn năm trên giảng đường đại học, dưới sự chỉ dạy tận tình của quý thầy cô, em đã nhận được những kiến thức quý báu và luận văn này là kết quả sau chặng đường dài được học tập dưới ngôi trường này

Trước tiên, em xin chân thành cảm ơn Quý thầy cô khoa Môi trường – trường Đại Học Lạc Hồng đã tận tình giáo dưỡng giúp em có nền tảng kiến thức vững vàng, đồng thời trang bị những kinh nghiệm quý giá để em có thể vững bước trên con đường sự nghiệp tương lai

Để hoàn thành tốt luận văn này, em xin gởi lời biết ơn sâu sắc và chân thành đến Cô Th.S Phan Thị Phẩm đã tận tình truyền đạt những kiến thức, những kinh nghiệm, hướng dẫn và hỗ trợ về mọi mặt để chúng em có thể hoàn thành tốt bài nghiên cứu tốt nghiệp

Chúng em cũng xin chân thành cảm ơn sự quan tâm và giúp đỡ của các Thầy

Cô, anh chị và các bạn cùng làm nghiên cứu tại phòng thí nghiệm khoa Môi trường – Trường ĐH Bách Khoa, nơi chúng em đặt mô hình nghiên cứu

Mặc dù được sự giúp đỡ của nhiều người, nhưng với lượng kiến thức còn hạn chế nên chắc chắn báo cáo này không thể tránh khỏi những thiếu sót Chúng em mong nhận được những ý kiến đóng góp chân thành của các Thầy Cô, anh chị và các bạn để bài báo cáo tốt hơn cũng như để nâng cao kiến thức của mình

Một lần nữa, chúng em xin chân thành cảm ơn!

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU 1

1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1

1.2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU: 2

1.3 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU: 2

1.3.1 Đối tượng nghiên cứu : 3

1.3.2 Phạm vi nghiên cứu: 3

1.4 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 3

1.5 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3

1.5.1 Phương pháp tổng hợp thông tin 3

1.5.2 Phương pháp thực nghiệm trên mô hình 3

1.5.3 Phương pháp lấy mẫu và phân tích trong phòng thí nghiệm 4

1.5.4 Phương pháp phân tích và xử lý số liệu: 4

1.6 TÍNH MỚI CỦA ĐỀ TÀI 5

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN 6

2.1 Tổng quan về ngành nuôi trồng thủy sản: 6

2.1.1 Thành phần tích chất nước ao nuôi cá: 6

2.1.2 Khả năng gây ô nhiễm của nước thải 7

2.2 Các phương pháp xử lý nước thải ao nuôi thủy sản 10

2.2.1 Giới thiệu 10

2.2.2 Phương pháp cơ học 10

2.2.3 Phương pháp hóa học 10

2.2.4 Phương pháp hóa lý 11

2.2.5 Phương pháp sinh học 11

2.3 Tổng quan về công nghệ MBBR (Moving Bed Biofilm Reactor) 11

2.3.1 Giới thiệu về công nghệ MBBR 11

2.3.2 Giá thể động 13

2.3.3 Lớp màng biofilm 15

2.3.4 Tính chất của màng vi sinh vật 17

2.3.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình xử lí bằng công nghệ MBBR 20

2.4 Ưu điểm và nhược điểm của công nghệ MBBR: 24

2.5 Tình hình nghiên cứu công nghệ trong và ngoài nước 25

2.5.1 Nghiên cứu ngoài nước 25

2.5.2 Nghiên cứu trong nước 26

CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 27

3.1 Vật liệu 27

3.2 Mô hình nghiên cứu 27

3.3 Cấu tạo mô hình 29

3.4 Nguyên tắc hoạt động 30

3.5 Quy trình nghiên cứu 30

3.6 Phương pháp xác định các thông số thí nghiệm 32

3.7 Quá trình vận hành thí nghiệm 34

CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 36

4.1 Nghiên cứu khả năng xử lý hợp chất hữu cơ và hiệu quả xử lý COD: 36

4.2 Hiệu quả xử lý N-Amonia: 39

4.3 Hiệu quả xử lý nitrite (NO2- ): 41

4.4 Hiệu quả xử lý nitrate (NO3- ): 44

4.5 Hiệu quả xử lý Phospho: 47

CHƯƠNG 5 : KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 50

5.1 KẾT LUẬN 50

5.2 KIẾN NGHỊ 51

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1 Ô nhiễm nước thải ao nuôi cá của tỉnh An Giang 7

Bảng 2.2 Thông số các loại giá thể MBBR 13

Bảng 2.3 Công dụng của các thiết kế điển hình cho các bể phản ứng KMT ở 15 o C 20 Bảng 3.1 Tóm tắt các thông số thiết kế của mô hình MBBR 29

Bảng 3.2 Các thông số vận hành cho bể MBBR hiếu khí 31

Bảng 3.3 Thông số nước thải đầu vào 32

Bảng 3.4 Các thông số vận hành của mô hình MBBR hiếu khí 32

Bảng 3.5 Các chỉ tiêu và phương pháp phân tích 34

DANH MỤC HÌNH

Hình 2.1 Các tác động vào môi trường nước của chất thải ao nuôi 8

Hình 2.2.Các loại giá thể K1, K2, K3, Biofim Chip M, Natrix – O 14

Hình 2.3 Sự phát triển của lớp màng biofilm ở bên ngoài ít hơn bên trong giá thể 15 Hình 2.4 Mô tả sự khuếch tán của chất dinh dưỡng ở màng biofilm 16

Hình 2.5 Nồng độ của chất nền theo chiều sâu lớp màng 17

Hình 2.6 Lớp biofilm dính bám trên bề mặt giá thể 22

Hình 2.7 Các sơ đồ xử lý nước thải bằng phương pháp MBBR điển hình 24

Hình 3.2 Mô hình thực tế 28

Hình 3.3 Sơ đồ khối 28

Hình 4.1 Sự thay đổi COD ứng với tải trọng 0.6 kgCOD/m 3 ngày 36

Hình 4.2 Sự thay đổi COD ứng với tải trọng 0.9 kgCOD/m 3 ngày 37

Hình 4.3 Sự thay đổi COD ứng với tải trọng 1.2 kgCOD/m 3 ngày 37

Hình 4.4 Hiệu suất xử lý COD qua 3 tải 38

Hình 4.5 Sự thay đổi NH 3 ứng với tải trọng 0.6 kgCOD/m 3 ngày 39

Hình 4.6 Sự thay đổi NH 3 ứng với tải trọng 0.9 kgCOD/m 3 ngày 39

Hình 4.7 Sự thay đổi NH 3 ứng với tải trọng 1.2 kgCOD/m 3 ngày 40

Hình 4.8 Hiệu suất xử lý NH 3 qua 3 tải 40

Hình 4.9 Sự thay đổi NO 2 - ứng với tải trọng 0.6 kgCOD/m 3 ngày 41

Hình 4.10 Sự thay đổi NO 2 - ứng với tải trọng 0.9 kgCOD/m 3 ngày 42

Hình 4.11 Sự thay đổi NO 2 - ứng với tải trọng 1.2 kgCOD/m 3 ngày 42

Hình 4.12 Hiệu suất xử lý NO 2 - qua 3 tải 43

Hình 4.13 Sự thay đổi NO 3 - ứng với tải trọng 0.6 kgCOD/m 3 ngày 44

Hình 4.14 Sự thay đổi NO 3 - ứng với tải trọng 0.9 kgCOD/m 3 ngày 44

Hình 4.15 Sự thay đổi NO 3 - ứng với tải trọng 1.2 kgCOD/m 3 ngày 45

Hình 4.16 Hiệu suất xử lý NO 3 qua 3 tải 46

Hình 4.17 Sự thay đổi PO 4 2- ứng với tải trọng 0.6 kgCOD/m 3 ngày 47

Hình 4.18 Sự thay đổi PO 4 2- ứng với tải trọng 0.9 kgCOD/m 3 ngày 47

Hình 4.19 Sự thay đổi PO 4

ứng với tải trọng 1.2 kgCOD/m 3 ngày 48 Hình 4.20 Hiệu suất xử lý PO 4 2- ứng với 3 tải 48

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

ĐBSCL: Đồng bằng sông Cửu Long

NTTS: Nước thải thủy sản

VAC : Vườn – Ao – Chuồng

QCVN: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia

BTNMT: Bộ tài nguyên môi trường

MBBR : Moving Bed Biofilm Reactor

BOD 5 : Nhu cầu oxy hóa sinh học sau 5 ngày

BOD 7 : Nhu cầu oxy hóa sinh học sau 7 ngày

COD: Nhu cầu oxy hóa học

HRT: Thời gian lưu nước

DO: Nồng đọ oxy hòa tan

UASB: Upflow anaerobic sludge blanket

PCA: Polyvinyl Alchohol

LAS: Linear Alkylbenzene Sulfonate

IR: Hệ số tuần hoàn nội bộ

SMEWW:Standard Methods for the Examination of Water anh Wastewater

CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU

1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Trong những thập niên vừa qua, lĩnh vực nuôi trồng thủy sản của Việt Nam

đã có sự phát triển nhanh chóng, góp phần tích cực vào việc cung cấp nguồn thực phẩm, tăng cường sản lượng nuôi trồng, đóng góp vào tổng kim nghạch xuất khẩu thủy sản là rất lớn

Tuy nhiên, sự phát triển ồ ạt, thiếu qui hoạch của ngành thủy sản trong những năm gần đây đặc biệt là trong nuôi cá dẫn đến môi trường ao bị ô nhiễm một cách nghiêm trọng Ô nhiễm môi trường, bệnh và dịch bệnh đang là mối quan tâm hàng đầu của người nuôi cá và người quản lý trong nghề nuôi trồng thủy sản nói chung Các nhà nghiên cứu và nhận định rằng nguyên nhân chính gây ô nhiễm môi trường nước của các vùng nuôi thủy sản chính là các loại thức ăn Để tăng cường sản lượng thu hoạch và mang lại nhiều lợi nhuận thì người nuôi cá sẵn sàng nuôi với mật độ cao và sử dụng một lượng thức ăn rất lớn và đa dạng, cùng với lượng hóa chất, các chất kháng sinh đã gây ra tình trạng ô nhiễm ngày càng nghiêm trọng đáng báo động Từ đó đưa ra biện pháp xử lý vừa phù hợp với điều kiện kinh tế vùng, lại vừa đạt hiệu quả xử lý cao, chú trọng đến biện pháp sinh thái gắn liền với

tự nhiên đồng thời hướng đến phát triển bền vững để bảo đảm sản lượng và chất lượng sản phẩm tạo ra ổn định, ngày càng phát triển một cách tốt hơn

Có nhiều công nghệ xử lý nước thải thủy sản 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

Hiện nay có 4 nhóm công nghệ đang được áp dụng để xử lý nước thải ao nuôi thủy sản:

Phương pháp thiếu khí ít được quan tâm do thời gian xử lý kéo dài, thích hợp cho những nơi có diện tích rộng lớn 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 Nhưng cả hai phương pháp này cũng có 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, tạo ra lượng bùn thải lớn và tính ổn định của hệ thống thường không 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 hiệu quả xử lý nước thải ao nuôi cá bằng

công nghệ 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,là nghiên cứu bước đầu phù hợp với hướng đi trên

1.2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU:

Nghiên cứu hiệu quả xử lý nước thải ao nuôi cá bằng công nghệ MBBR

1.3 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU:

Nghiên cứu được thực hiện trong phòng thí nghiệm trên mô hình gồm 1 bể

MBBR và 1 bể lắng Nước thải được sử dụng trong nghiên cứu này được lấy từ xã

Tân Nhựt, Huyện Bình Chánh, TP Hồ Chí Minh

1.3.1 Đối tượng nghiên cứu :

Xử lý nước thải ao cá bằng công nghệ MBBR đạt tiêu chuẩn xả thải

1.3.2 Phạm vi nghiên cứu:

Nghiên cứu hiệu quả xử lý mô hình trên nước thải ao nuôi cá với quy mô phòng

thí nghiệm

Nghiên cứu hiệu quả giảm COD, NO2-, NO3- , NH3+ , TP

1.4 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

 Thiết kế, lắp rắp mô hình MBBR và đánh giá hiệu suất xử lý của mô hình MBBR

Thiết kế lắp rắp mô hình gồm: 01 bể MBBR, 01 bể lắng

 Chạy thích nghi

 Vận hành mô hình với các tải trọng COD đầu vào khác nhau lần lượt là: 0,6 kgCOD/m3, 0,9 kgCOD/m3, 1,2 kgCOD/m3

 Nghiên cứu khả năng xử lý COD trong nước thải

 Nghiên cứu khả năng xử lý hợp chất hữu cơ Nitơ trong nước thải

 Nghiên cứu khả năng xử lý hợp chất hữu cơ Photpho trong nước thải

 So sánh chất lượng nước thải sau khi xử lý với quy chuẩn xả thải

1.5 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

1.5.1 Phương pháp tổng hợp thông tin

Thu thập các tài liệu liên quan ( thành phần tính chất nước thải ao nuôi cá,…) được tham khảo từ một số các luận văn khác, các tài liệu hội thảo chuyên ngành có liên quan, tài liệu tìm hiểu trên mạng, từ đó tổng hợp nên số liệu đáng tin cậy

1.5.2 Phương pháp thực nghiệm trên mô hình

Tiến hành thiết kế, lắp đặt mô hình thí nghiệm tại phòng thí nghiệm khoa Môi Trường – Trường ĐH Bách khoa, Tp.Hồ Chí Minh

Thiết kế, lắp ráp mô hình gồm: 01 bể MBBR, 01 bể lắng

Mô hình hệ thống xử l‎ý nước ao và bùn thải với qui mô phòng thí nghiệm được xây dựng để đánh giá hiệu quả xử lý của công nghệ MBBR Từ đó xác định công nghệ

xử l‎ý khả thi và hiệu quả của mô hình

1.5.3 Phương pháp lấy mẫu và phân tích trong phòng thí nghiệm

Dùng các phương pháp phân tích theo tiêu chuẩn nước ngoài (Standards Methods for wastewater), các tiêu chuẩn Việt Nam quy định cùng với các tiêu chuẩn hiện hành để phân tích các thông số ô nhiễm trong nước ô nhiễm

1.5.4 Phương pháp phân tích và xử lý số liệu:

Phương pháp tính toán: Xác định tải trọng COD đầu vào và đầu ra theo công thức:

Trong đó: L : Tải trọng COD, kgCOD/m3.ngày

Q: Lưu lượng đầu vào (hoặc đầu ra), mg/l

C : Nồng độ COD đầu vào (hoặc đầu ra), mg/l

QC kg L

V m ngày



1.6 TÍNH MỚI CỦA ĐỀ TÀI

Công nghệ MBBR hiện nay chưa được áp dụng nhiều và vẫn còn là công nghệ khá mới ở Việt Nam Công nghệ MBBR có nhiều ưu điểm hơn so với công nghệ xử lý bằng bùn hoạt tính, đặc biệt là tải trọng hữu cơ và hiệu quả xử lý cao, thời gian lưu nước ngắn, do đó sẽ làm giảm diện tích mặt bằng xây dựng bể

Đề tài mở ra một hướng đi cụ thể cho việc xử lý nước thải ao nuôi thủy sản dựa trên tiêu chí công nghệ xử lý đơn giản, nhỏ gọn, dễ vận hành phù hợp với điều kiện

ở Việt Nam Kết quả của đề tài nghiên cứu có thể triển khai áp dụng rộng rãi đối với nước thải ao nuôi thủy sản và tạo điều kiện thuận lợi cho những đề tài nghiên cứu

xử lý các loại nước thải khác bằng công nghệ MBBR

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN

2.1 Tổng quan về ngành nuôi trồng thủy sản:

Thủy sản là ngành có vị trí quan trọng trong nền kinh tế thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng Đối với nước ta, thủy sản hiện đang cung cấp một nguồn thực phẩm quan trọng cho tiêu dùng trong nước và góp phần không nhỏ trong tổng kim ngạch xuất khẩu của nước nhà.Với tính chất khí hậu nhiệt đới gió mùa, ẩm ướt cũng như chịu sự chi phối của các yếu tố như gió, mưa, địa hình, thổ nhưỡng, thảm thực vật nên tạo điều kiện hình thành dòng chảy với hệ thống sông ngòi dày đặc, là môi trường sinh sống của các loại thủy hải sản

Trong những năm qua, NTTS đã trở thành thế mạnh kinh tế rất quan trọng ở ĐBSCL và trong cả nước các mô hình NTTS ở ĐBSCL tập trung ở một số tỉnh Cà Mau,Bạc Liêu, Sóc Trăng, Trà Vinh, Bến Tre và Tiền Giang v.v…với các mô hình nuôi trồng khác nhau như: nuôi tôm sinh thái, tự nhiên, quảng canh, thâm canh,bán thâm canh v.v…trong khi đó, các mô hình nuôi trồng thủy sản nước ngọt tập trung

ở một số tỉnh Đồng Tháp, An Giang, Vĩnh Long, Cần Thơ, Sóc Trăng …với các loại cá đồng truyền thống như cá lóc, cá rô, cá sặc v.v nuôi thâm canh cá tra, cá da trơn bằng bè trên sông và các ao nuôi ven sông rạch, bãi bồi, nuôi lươn mùa lũ…đặc biệt, các mô hình nuôi cá VAC ( vườn – ao - chuồng ) trong các hộ gia đình, các trang trại sản xuất ở nông thôn với các loại cá đồng và các loại ao hồ v.v rất phát triển ở ĐBSCL.Tuy nhiên, việc tiếp cận các phương thức nuôi trồng với mật độ cao, năng suất lớn đã làm gia tăng nhanh chóng việc sử dụng nhiều năng lượng, vật tư, chế phẩm hóa học, sinh học và chí phí,…cho NTTS và đặc biệt là gây nên những tiêu cực đến môi trường và tạo ra sự mất cân bàn của hệ thống sinh thái tự nhiên, gây tổn thất sinh thái ảnh hưởng không những đến môi trường mà còn đến cán cân giữa nuôi trồng, chế biến và thị trường tiêu dùng, xuất khẩu các ngành thủy sản

2.1.1 Thành phần tích chất nước ao nuôi cá:

Chất lượng nước ao nuôi thủy sản và tác động của chúng đến môi trường sản xuất nông nghiệp và sự bền vững của ngành nuôi trồng thủy sản được nghiên cứu tại các tỉnh An Giang, Cần Thơ, Đồng Tháp và Trà Vinh năm 2009 Kết quả cho

thấy nước thải chứa hàm lượng các chất dinh dưỡng cao (NH4-N, P) và có khả năng gây phú dưỡng hóa nguồn nước ở các vùng lân cận Nước ao xả ra sông có BOD5

cao và chứa nhiều vi sinh vật gây hại ( E.Coli và Coliform) Càng gần ao nuôi cá

(40m và 10 m), đất canh tác chứa hàm lượng đạm cao hơn và bị ô nhiễm bởi vi sinh vật gây hại nhưng khả năng trao đổi cation của đất tăng đáng kể

So với tiêu chuẩn nước mặt (QCVN 08:2008/BTNMT,cột B2), hầu hết các chỉ tiêu chất lượng nước thải ao nuôi cá đều vượt tiêu chuẩn nhiều lần, DO sụt giảm Các chỉ tiêu TN,TP cũng cao gây ra nguy cơ phú dưỡng hóa nguồn nước cho nguồn tiếp nhận Chất lượng nước trong các ao nuôi thủy sản, đặc biệt là các mô hình nuôi công nghiệp đã cho thấy dấu hiệu ô nhiễm hữu cơ (BOD, COD, Nitơ và Photpho cao hơn tiêu chuẩn cho phép)

Bảng 2.1 Ô nhiễm nước thải ao nuôi cá của tỉnh An Giang

(Nguồn:Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ Huỳnh Thị Ngọc Hân năm 2009)

2.1.2 Khả năng gây ô nhiễm của nước thải

Một điều hết sức quan trọng là các mô hình nuôi thâm canh càng cao, quy mô công nghiệp càng lớn thì lượng chất thải và mức độ nguy hại càng trở nên trầm trọng và biểu hiện là sự tổn thất do ô nhiễm môi trường và sự cố môi trường Chính

vì vậy, vấn đề xử lý nước từ các ao nuôi thủy sản là vấn đề rất bức xúc hiện nay ở

khu vực ĐBSCL Tác động của chúng tập trung từ nguồn thức ăn dư thừa thối rủa

bị phân hủy, các chất tồn dư sử dụng như: Hóa chất, thuốc kháng sinh,…

Hình 2.1 Các tác động vào môi trường nước của chất thải ao nuôi

 Các chất hữu cơ:

Các chất hữu cơ chứa trong nước thải ao nuôi thủy sản chủ yếu là để phân hủy Trong nước thải chủ yếu là chứa các chất như cacbonhyrat, thức ăn dư thừa, kháng sinh,…khi xả vào nguồn nước sẽ có làm giảm nồng độ oxy hòa tan trong nước do vi sinh vật sử dụng oxy hòa tan để phân hủy các chất hữu cơ Nồng độ oxy hòa tan dưới 50% nồng độ bão hòa có khả năng gây ảnh hưởng tới sự phát triển của tôm, cá Oxy hòa tan giảm không chỉ gây suy thoái tài nguyên thủy sản mà còn làm giảm khả năng tự làm sạch của nguồn nước, dẫn đến giảm chất lượng nước cấp cho sinh hoạt và công nghiệp

 Chất rắn lơ lửng:

Các chất rắn lơ lửng làm cho nước đục hoặc có màu, nó hạn chế độ sâu tầng nước được ánh sáng chiếu tới gây ảnh hưởng đến quá trình quang hợp của tảo, rong rêu,…

Chất rắn lơ lửng cũng là tác nhân gây ảnh hưởng tiêu cực đến tài nguyên thủy sinh đồng thời gây tác hại về mặt cảm quan (tăng độ đục nguồn nước) và gây bồi lắng lòng sông gây cản trở sự lưu thông nước của tàu bè…

 Các chất dinh dưỡng (N,P):

Nồng độ các chất Nitơ, photpho cao gây ra hiện tượng phát triển bùng nổ các loài tảo, đến mức độ giới hạn tảo sẽ bị chết và phân hủy gây nên hiện tượng thiếu oxy Nếu nồng độ oxy giảm tới 0 gây ra hiện tượng thủy vực chết ảnh hưởng tới chất lượng nước của thủy vực.Ngoài ra,các loại tảo nổi trên mặt nước tạo thành lớp màng khiến cho bên dưới không có ánh sáng Qúa trình quang hợp của các thực vật tầng dưới bị ngưng trệ Tất cả các hiện tượng trên gây tác động xấu tới chất lượng nước, ảnh hưởng tới hệ thủy sinh,nghề nuôi trồng thủy sản, du lịch và cấp nước Amonia rất độc cho tôm, cá dù ở nồng độ rất nhỏ Nồng độ làm chết tôm cá từ 1.2-3 mg/l Tiêu chuẩn chất lượng nước nuôi trồng thủy sản của nhiều quốc gia yêu cầu nồng độ Amonia không vượt quá 1mg/l

 Vi sinh vật :

Các vi sinh vật đặc biệt vi khuẩn gây bệnh và trứng giun sán trong nguồn nước

là nguồn ô nhiễm đặc biệt Con người trực tiếp sử dụng nguồn nước nhiễm bẩn hay qua các nhân tố lây bệnh sẽ truyền dẫn các bệnh dịch cho người như bệnh lỵ, thương hàn, bại liệt, nhiễm khuẩn đường tiết niệu, tiêu chảy cấp tính Do nước thải

ô nhiễm bởi các chất hữu cơ và vô cơ nên khi xả thải ra nguồn nước sẽ gây ảnh hưởng trực tiếp đến hệ sinh thái nước:

Hàm lượng chất rắn lơ lửng cao gây nên hiện tượng bùn lắng và nảy sinh điều kiện kị khí, làm cản trở ánh sáng mặt trời chiếu vào nước, gây hủy hoại thủy tinh, giảm lượng oxy hòa tan trong nước

Hàm lượng chất hữu cơ cao trong điều kiện thiếu oxy trong nước xảy ra quá trình phân hủy yếm khí sinh ra sản phẩm độc hại như: H2S, mercaptan gây mùi hôi thối làm cho nước có màu đen Hậu quả là hệ sinh thái trong nước bị hủy diệt, là nguồn gốc lây lan dịch bệnh theo đường nước, làm ô nhiễm tầng nước ngầm

Nếu hàm lượng P và N cao sẽ phát triển sự tăng trưởng của tảo và gây phú dưỡng hóa nguồn nước Hợp chất phosphos tự nhiên không độc hại, chỉ có một số loại tổng hợp este trung tính của axit Phosphoric dùng làm hóa chất bảo vệ thực vật

là có tính độc cao Phosphor cũng là nguyên chất gây ra sự tái nhiễm bẩn nguồn nước, gây mùi và màu khó chịu

Gây độ đục cho nước do nước thải có nhiều cặn và chất rắn lơ lửng Thời gian phân hủy các chất hữu cơ kéo dài, phát sinh nhiều chất độc hại, hôi thối dẫn tới nguồn nước không có khả năng tự làm sạch Đồng thời nguồn nước chịu tải lượng hữu cơ cao sẽ có thể bị chết do sự thiếu oxy hòa tan trong nước Ngoài ra nước thải của ngành chế biến còn khả năng lan truyền dịch bệnh từ các xác thủy sản bị chết, thối rửa….Chính vì vậy ảnh hưởng do nguồn nước thải từ các xí nghiệp ngành chế biến thủy sản gây ra là rất lớn nếu không được xử lý sẽ góp phần làm gia tăng mức

độ ô nhiễm môi trường trên sông rạch, ở các khu vực nhà máy sản xuất

2.2 Các phương pháp xử lý nước thải ao nuôi thủy sản

2.2.1 Giới thiệu

Với thành phần ô nhiễm là các tạp chất nhiễm bẩn có tính chất khác nhau, từ các loại chất không tan đến các loại chất ít tan và cả những hợp chất tan trong nước, việc xử lý nước thải ao nuôi là loại bỏ các loại tạp chất đó, làm sạch nước và đưa vào nguồn tiếp nhận hoặc đưa vào tái sử dụng Việc lựa chọn phương pháp xử lý thích hợp thường được căn cứ trên đặc điểm của các loại tạp chất có trong nước thải Các phương pháp chính thường được sử dụng trong các công trình xử lý nước thải sinh hoạt là: phương pháp cơ học, phương pháp hóa học, phương pháp hóa lý, phương pháp sinh học

2.2.2 Phương pháp cơ học

Các phương pháp cơ học thường đước sử dụng như: lắng, tuyển nổi,…

Phương pháp này hoạt động dựa vào các lực vật lý như trọng trường, lực li tâm, cánh gạt để tách những chất không tan,các hạt lơ lửng có kích thước lớn ra khỏi nước thải

2.2.3.Phương pháp hóa học

Phương pháp hóa học gồm các phương pháp sau: Oxy hóa khử, phản ứng phân hủy các chất độc hại hoặc tạo kết tủa,keo tụ tạo bông,…Cơ sở của các phương pháp này là dựa vào phản ứng hóa học của các chất ô nhiễm và hóa chất thêm vào

2.2.4 Phương pháp hóa lý

Phương pháp này dựa trên các quá trình vật lý và hóa học để đưa vào nước thải chất phản ứng để nó gây tác động đến các chất ô nhiễm, biến đổi hóa học tạo thành các chất dễ xử lý và không còn gây ô nhiễm môi trường Phương pháp này có thể kết hợp với các phương pháp như cơ học, hóa học, sinh học

Phương pháp hóa lý bao gồm: keo tụ, tuyển nổi, trao đổi ion, hấp phụ,…

Các quá trình xử lý sinh học chủ yếu gồm 5 nhóm chính:

2.3 Tổng quan về công nghệ MBBR (Moving Bed Biofilm Reactor)

2.3.1 Giới thiệu về công nghệ MBBR

MBBR là một dạng của quá trình xử lý nước thải bằng bùn hoạt tính bởi lớp màng sinh học (biofilm).Trong quá trình MBBR, lớp màng biofilm phát triển trên giá thể lơ lửng trong lớp chất lỏng của bể phản ứng Những giá thể này chuyển động được trong chất lỏng nhờ hệ thống sục khí cung cấp oxy cho nước thải hoặc thiết bị khuấy trộn

Công nghệ này được phát triển tại Norway (Thụy Điển) vào cuối những năm

1980 và được sử dụng rộng rãi trên nhiều nhà máy của các nước trên thế giới Trong những năm 1980, người ta sử dụng MBBR để loại bỏ Nitơ của nguồn thải thải ra

Biển Bắc Kỹ sư và quá trình nghiên cứu sinh ở Thụy Điển nhận ra rằng trong nhiều trường hợp cần có một quá trình sinh học với nồng độ sinh khối cao để tăng hiệu quả xử lý và giảm chi phí [Odgaard và cộng sự,1991] Với mục đích loại bỏ chất hữu cơ, ammonia và nitơ công nghệ này được nghiên cứu và được chứng tỏ ưu điểm rõ rêt qua nhiều nghiên cứu khác nhau

Công nghệ MBBR là công nghệ kết hợp giữa các điều kiện thuận lợi của quá trình xử lý bùn hoạt tính hiếu khí 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 lơ lửng mà giá thể

lơ lửng náy lại di chuyển tự do trong bể phản ứng và được giữ bên trong bể phản ứng Bể MBBR không cần quá trình tuần hoàn bùn như các phương pháp xử lý 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 Cũng giống như các quá trình lơ lửng, sinh khối trong bể MBBR có nồng độ cao hơn, dẫn đến thể tích nhỏ gọn hơn quá trình bùn hoạt tính thông thường Bể MBBR gồm 2 loại: bể hiếu khí và bể kị khí

Trong bể hiếu khí sự chuyển động của các giá thể được tạo thành do sự khuếch tán của những bọt khí có kích thước trung bình được tạo ra từ máy thổi Trong khi đó ở bể kị khí / thiếu khí thì quá trình này được tạo ra bởi sự xáo trộn của

các giá thể trong bể bằng cánh khuấy Hầu hết các bể MBBR được thiết kế lớp lưới chắn có dạng hình trụ đặt thẳng đứng hay nằm ngang

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 giá thể và tạo điều kiện tối ưu cho hoạt dộng của vi sinh vật khi những giá thể này lơ lửng trong nước Kaldnes Miljoteknologi AS đã phát triển những giá thể động có hình dạng và kích thước khác nhau Tùy thược 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 có 5 loại giá thể khác nhau: K1, K2, K3, Natrix và Biofilm Chip M Thông số các loại giá thể sẽ được trình bày ở bảng 2.2

Bảng 2.2 Thông số các loại giá thể MBBR

STT Loại giá thể Chất liệu Kích thước

(DxL)

Diện tích hữu ích(m 2 /m 3 )

5 Biofin Chip M polyetylen 45mm x 3mm 900

(Nguồn: Kaldnes Miljoteknologi)

Hình 2.2.Các loại giá thể K1, K2, K3, Biofim Chip M, Natrix – O

Tất cả các giá thể có tỷ trọng nhẹ hơn so với tỷ trọng của nước, 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 quan trọng ảnh hưởng đến hiệu quả 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 dày của lớp màng trên giá thể thông thường phải nhỏ hơn

10m, 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 dài 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 bể là 3 – 4kgSS/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

Hình 2.3 Sự phát triển của lớp màng biofilm ở bên ngoài ít hơn bên trong giá thể

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 bong tróc và giảm hiệu quả của quá trình xử lý

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 trong 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 trong nước thải không có sẵn thì những vi sinh vật này

sử dụng Nitric/Nitrat như chất nhận điện tử Tại bề mặt của màng biofilm và lớp chất lỏng ứ đọng để phân lập lớp màng bioflim với chất lỏng được xáo trộn trong bể phẩn ứng Chất dinh dưỡng và oxy khuếch tán 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 tới hổn 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

Khe khoảng trống cho phép dòng nước thải

di chuyển

triển ngày càng dày đặc Bề dày của sinh khối ảnh hưởng đến hiệu quả hòa tan oxy

và chất bề mặt trong bể phản ứng đến các quần thể vi sinh vật

Hình 2.4 Mô tả sự khuếch tán của chất dinh dưỡng ở màng biofilm

Các vi sinh vật ở lớp ngoài cùng của 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 bề mặt khuếch tán qua mỗi lớp nằm phía sau so với lớp nằm 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, thiếu 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 hoặc cơ chất trong lớp màng này Ở lớp màng phía trên của màng biofilm khi nồng độ oxy hóa 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 chhieems ưu thế hơn những vi sinh vật khác Trong những lớp này, quá trình Nitrat hóa xảy ra khi đó Nitrat sẽ 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 hưởn bởi sự

khuếch tán oxy và cơ chất giảm dần qua lớp màng Khi những vi sinh vật bám dính

trên lớp màng biofilm ban đầu yếu thì hoạt đông xáo trộn sẽ làm rửa trôi lớp màng

biofilm này ra khỏi giá thể

Hình 2.5 Nồng độ của chất nền theo chiều sâu lớp màng

2.3.4 Tính chất của màng vi sinh vật

 Đặc tính dính bám của màng sinh học:

Các vi khuẩn tạo thành bazơ từ chuỗi thức ăn thông qua hoạt động của chất

hữu cơ trong nước thải đã được xử lý Các chất hòa tan tăng lên một cách nhanh

chóng trong khi các phân tử chất keo bị sụt giảm tạo thành các lớp sệt Tại đó,

chúng trải qua quá trình gắn kết với enzym ngoại bào, giải phóng một lượng nhỏ

phân tử mà chúng chuyển hóa được Hệ vi sinh vật gồm có các thực vật hoại sinh sơ

cấp và thứ cấp, giống như trong hệ thống tác nhân sinh trưởng lơ lửng, bao gồm các

loài: Achromobacterium, Alcaligenes, Flavobacterium, Pseudomonas, Sphaerotilus

và Zooglea Tuy nhiên không hoàn toàn giống như trong hệ thống tác nhân sinh

trưởng lơ lửng, sự phân bố các loài này có thể thay đổi vị trí trong các phản ứng

Tác nhân sinh trưởng bám dính cũng bao gồm vi khuẩn Nitrat hóa, như các loài

Nitrosomonas và nitrobacter, thường được phát hiện ở những vùng có nộng độ các chất hữu cơ lơ lửng thấp Sinh khối trong các thiết bị xử lý ứng dụng quá trình màng vi sinh vật tương đối lớn Quá trình màng vi sinh vật sản sinh ra ít bùn hơn trong quá trình bùn hoạt tính vì chuỗi thức ăn dài hơn

 Đặc tính về sự loại bỏ cơ chất:

Những tính chất về sự loại bỏ cơ chất trong quá trình màng vi sinh vật khác xa với quá trình vi sinh vật lơ lửng như bùn hoạt tính Sự loại bỏ cơ chất liên quan đến quá trình loại bỏ các hạt rắn, các hạt lơ lửng Trong quá trình màng vi sinh vật, các chất rắn hầu như không thể xâm nhập vào trong màng vì hệ số khuếch tán phân tử của cơ chất tỷ lệ nghịch với khối lượng phân tử của chúng Các chất rắn này bị giữ lại trên bề mặt màng, và trước khi có thể xâm nhập vào màng, quá trình thủy phân phải được diễn ra trước để bẻ gãy các phân tử lớn thành các phân tử nhỏ hơn

cả khi một lượng lớn sinh khối bị suy giảm do một lý do nào đó Quá trình màng cũng chịu đựng được sự thay đổi bất thường về tải trọng hữu cơ

 Khả năng loại bỏ những cơ chất phân hủy chậm:

Có thể giải thích trên hai quan điểm về khả năng loại bỏ những cơ chất phân hủy chậm của quá trình màng vi sinh vật Những cơ chất có chứa các loại hợp chất hữu cơ như Polyvinyl Alchohol (PCA), Linear Alkylbenzene Sulfonate (LAS), Ligin, các hợp chất Clo hữu cơ hay các chất vô cơ như Nitrat, Cyanid Những hợp chất này đều là các chất khó phân hủy sinh học, và tốc độ tăng trưởng của các loại vi sinh vật sử dụng các loại hợp chất đó làm cơ chất chính rất thấp Ví dụ như tốc độ tăng trưởng của vi khuẩn Nitrosomonas chỉ bằng 1/10 tốc độ phát triển của

E.coli Các loại vi sinh vật có tốc độ tăng trưởng nhỏ có khả năng phát triển trong màng vi sinh vật Vì vậy, đây là một nguyên nhân mà quá trình màng có khả năng loại bỏ các loại chất hữu cơ phân hủy chậm Nguyên nhân thứ hai liên quan đến tỷ

lệ bề dày hiệu quả của màng đến bề dày tổng của màng Nói chung, tốc độ tiêu thụ một cơ chất chậm liên quan so sánh với sự vận chuyển bởi quá trình khuếch tán phân tử của nó, độ sâu mà phân tử có thể vào trong lớp màng vi sinh vật, tương ứng với độ sâu của lớp màng hiệu quả Nói cách khác, thậm chí nếu tốc độ tiêu thụ một

cơ chất nhỏ thì lượng vi sinh vật cần thiết sẽ rất lớn và ngược lại Vì vây, sự khác biệt về khả năng phân hủy sinh học sẽ không ảnh hưởng trực tiếp tới tốc độ tiêu thụ của màng vi sinh vật Điều này làm cho màng vi sinh vật có ưu điểm vượt trội hơn quá trình bùn hoạt tính thông thường là khả năng phân hủy chất hữu cơ phân hủy chậm

- Khả năng chịu biến động về nhiệt độ và tải trọng ô nhiễm:

Hiệu quả xử lý của màng vi sinh vật ổn định, ít phụ thuộc vào sự biến thiên nhiệt độ

- Hiệu quả cao đối với nước thải có nồng độ ô nhiễm thấp:

Đối với quá trình màng vi sinh vật, chỉ cần nồng độ cơ chất cao hơn giá trị cần thiết đều duy trì sự trao đôi chất ( giá trị rất thấp ), nước thải với nồng độ cơ chất thay đổi trong khoảng rộng được xử lý hiệu quả Hơn nữa nước thải với nồng độ càng thấp càng dễ xử lý

 Thiết bị xử lý đa dạng :

Không có khả năng kiểm soát được sinh khối do không thể kiểm soát đươc thời gian lưu bùn và do đó cũng không thể kiểm soát được các loài sinh vật có trong màng Đối quá trình màng vi sinh vật, sự đa dạng sinh học cao, dẫn tới chỗi thức ăn kéo dài và làm giảm hàm lượng bùn dư Do vậy, quá trình màng vi sinh vật có rất ít các yếu tố điều khiển, có nghĩa là dễ vận hành, nhưng cũng khó để vận hành trong một điều kiện tốt

 Tốc độ làm sạch nị hạn chế bởi quá trình khuếch tán:

Trong quá trình màng vi sinh vật, các yếu tố điều khiển quá trình làm sạch nước là sự vận chuyển cơ cơ chất và oxy vào màng vi sinh vật và tốc độ phản ứng sinh học của vi sinh Màng vi sinh vật càng dày, nồng độ oxy trong nước thải càng cao thì tốc độ phản ứng càng cao Thêm vào đó vận tốc nước chảy trên bề mặt màng

đủ lớn để duy trì bề dày lớp màng và đủ nhỏ để tăng cường khả năng khuếch tán của cơ chất và oxy vào trong mọi lớp màng, hơn nữa, cần phải thiết kế thiết bị xử lí sao cho vận tốc nước chảy đều mọi nơi trong khối vật liệu đệm

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

lý khác nhau, được trình bày trong bảng 2.3

Bảng 2.3 Công dụng của các thiết kế điển hình cho các bể phản ứng KMT ở 15 o

C

(%)

Tải trọng thiết kế, g/m 2 ngày

Tải trọng thiết kế,kg/m 3 ngày có

25 (BOD7)

15 (BOD7) 7,5 (BOD7)

8 (BOD7)

5 (BOD7) 2,5 (BOD7)

2,0 (BOD7) 0,35 (NH4-N) 0,15 (NH4-N)

0,30 (NO3-N) 0,70 (NO3-N)

Ghi chú: 1 O 2 > 3mg /1 2 g BOD 7 /g NO 3 -N

Nguồn:(Water Environmental Engineering and Reuse of Water, Hokkaido Press

1999, p 250-305)

Mật độ của giá thế trong bể MBBR nhỏ hơn70% so với thể tích nước trong

bể, với 67% là giá trị đặc trưng Tuy nhiên mật độ của giá thế được yêu cầu dựa trên đặc tính của nước thải và mục tiêu xử lý cụ thể Giá trị thấp hơn 67% thường được

sử dụng

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 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 Độ dày của biofilm nhỏ hơn 100 micromet đối với xử

lý cơ chất luôn được ưu tiên Độ xáo trộn thích hợp cũng duy trị tốc độ chảy cần thiết cho hiệu suất quá trình Độ xáo trộn cao sẽ tách sinh khối ra khỏi giá mang và chính vì vậy sẽ làm giảm hiệu suất của quá trình xử lý Thêm vào đó, sự va chạm và

sự ma sát của giá thể trong bể phản ứng làm cho biofilm tách rời khỏi bề mặt phía ngoài của giá thể Kaldnes (giá mang được sử dụng thực nghiệm) Vì điều này, giá mang MBBR được cung cấp với rìa bên ngoài để bảo vệ sự hao hụt của biofilm và

sự đẩy mạnh phát tiển của biofilm Diện tích bề mặt của các rìa bên ngoài không được tính vào diện tích thực tế của biofilm Diện tích trung bình hiệu quả của giá mang MBBR được báo cáo là khoảng 70% tổng diện tích bề mặt để màng biofilm dính bám vào giá thể ở phía bên ngoài ít hơn của giá mang Có thể nhận thấy điều này qua hình 2.6

Hình 2.6 Lớp biofilm dính bám trên bề mặt giá thể

Theo nghiên cứu của S Winogradsly (1980), sau khi quan sát dưới kính hiển

vi lớp màng lọc trong bể lọc sinh học nhỏ giọt, đã tìm thấy rất nhiều vi khuẩn Zoogleal, các vi khuẩn hình que, vi khuẩn hình sợi, nấm sợi, protozoa và một số động vật bậc cao

Một trong những nghiên cứu nhằm ước lượng các loại khuẩn trong hệ thống lọc sinh học nhỏ giọt được tiến hành bởi M Hotchkiss năm 1923 Kết quả là đã tìm thấy nhiều loại vi khuẩn khác nhau ở độ sâu khác nhau trong bể lọc Các nhóm vi khuẩn bao gồm: vi khuẩn khử nitrate, sulfate tạo thành từ protein, phân hủy anbumin, khử sulfate, oxy hóa sulfite được tạo thành từ các protein nhiều nhất ở độ sâu 0,3m và giảm dần qua lớp lọc, vi khuẩn khử sulfate hiện diện ở nhiều bề mặt và

vi khuẩn oxy hóa sukfua có nhiều nhất ở độ sâu 1,6m; các dạng vi khuẩn nitrite gia tăng theo độ sâu và có số lượng lớn hơn các dạng vi khuẩn nitrate

Năm 1925, S.L Neave và A.M, Buswell đã tiến hành những thí nghiệm tiếp theo và tìm thấy một số chủng vi khuẩn: phân hủy pepton, phân hủy gelatin, dạng nitrate, dạng nitrit và khử nitrate Có thể nhận thấy rằng, các vi khuẩn phân hủy hiện diện nhiều nhất o phần trên của bể lọc và các vi khuẩn oxy hóa có nhiều ở tầng dưới

bể lọc Protozoa là loài được tìm thấy nhiều nhất trong hệ thống này: Sarcodina, Mastigophera, Suctoria, Psychoda,…

R.H Hoclti (1943) đã đưa ra bảng tóm tắt các vi sinh vật hiện diện trong bế

lọc sinh học nhỏ giọt Loài vi khuẩn đầu tiên phát hiện được là dạng vi khuẩn

Zoogleal với các vi khuẩn nitate hóa xảy ra trong hệ thống lọc sinh học thấp tải Vi

khuẩn dạng sợi dễ dàng phát hiện hơn vi khuẩn Zoogleal, bao gồm Beggiatoa và

Sphaertilus Beggiatoa dễ phát hiện khi chúng là các vi khuẩn oxy hóa sulfua dạng

sợi Các loại mầm thông thường là Fusarium và Leptomitus Ngoài ra còn có tảo lục, Stigeoclonium, và tảo xanh lục, Cillatoria Các loại nấm thường suất hiện trên

bề mặt của bể lọc nơi có ánh sáng Protozoa Amip, Protozoa flagellated, Protozoa

có mao bơi tự do, Protozoa có mao dạng thân, được tìm thấy ở các phần khác trong

bể lọc

2.4.4.3 Tải trọng thể tích

Vì sự không thể xác định diện tích thực được bao bọc bởi biofilm trên bề mặt của giá mang, người ta đưa ra hiệu suất quá trình theo thể tích bể phản ứng hay 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 hệ thống khác mà sử dụng toàn bộ thể tích bể phản ứng để xử lý Nếu chỉ xử lý thứ cấp, hiệu quả tải tương đương 4-5kgBOD7/m3, ngày đến 12-15kgBOD7/m3 , ngay ở mức 67% giá mang được lấy đầy (cung cấp 335m3 diện tích

bề mặt giá thế trên m3

thể tích bể phản ứng) Những giá trị BOD7 không có trong tiêu chuẩn cua Hoa Kỳ Tuy nhiên, chúng phù hợp với Phương Pháp tiêu chuẩn của Nauy và những ứng dụng của chúng đối với việc thiết kế bể phản ứng ở Mỹ phải thực hiện một cách thận trọng Rusten đã báo cáo rằng 60g BOD5/ngày tương đương với 70gBOD5/ngày, mặc dù nó không được cụ thể hóa xem thử giá trị BOD nào là giá trị tổng nào là giá trị hòa tan được Mặc dù vậy, sự quy đổi này sẽ được

sử dụng dể đổi các giá trị tải thành giá tri BOD5 cơ bản

2.3.4.5 Các ứng dụng khác nhau của hệ thống xử lý phương pháp MBBR

Hình 2.7 Các sơ đồ xử lý nước thải bằng phương pháp MBBR điển hình

2.4 Ưu điểm và nhược điểm của công nghệ MBBR:

 Ưu điểm

 Hệ thống MBBR không cần quá trình bùn tuần hoàn vì vi sinh vật dính bám trên giá thể lơ lửng và được giữ lại trong bể, những phần chết được loại bỏ theo dòng nước đầu ra Do đó chí phí vận hành cho quá trình tuần hoàn bùn được

giảm đáng kể

 Không như quá trình bùn hoạt tính lơ lửng, sự phát triển của vi sinh vật rong bể MBBR không phụ thuộc vào các bước 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 lí đặc trưng: Lớp màng biofilm phát triển tùy thuộc

vào loại chất hữu cơ trong bể xử lý

 Thiết bị xử lý dễ vận hành, đa dạng với nhiều loại giá thế 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, Nitơ 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

2.5 Tình hình nghiên cứu công nghệ trong và ngoài nước

2.5.1 Nghiên cứu ngoài nước

Công nghệ sử dụng giá thể di động MBBR (Moving Bed Biofilm Reaction) trên thế giới áp dụng khá phổ biến Một số công trình điển hình tiêu biểu trên thế giới mà chúng tôi đã tham khảo phục vụ cho đề tài nghiên cứu như sau:

- Đề tài “ Ứng dụng loại hình mới của màng giá thể di động trong phản ứng sinh học hiếu khí ( Bể hiếu khí – SBR)”, Suntud Sirianuntapiboon, Suriyakit Yomee, Khoa Kỹ thuật môi trường, Trường năng lượng vật liệu, Đại học Kỹ thuật Thoburi, Bangkok, Thái Lan, tháng 11 năm 2004 Đề tài chủ yếu nghiên cứu về giá thể di động trong bể SBR với mật độ vật liệu di động là 1.925±0.21 g/cm3, hiệu quả loại bỏ BOD5 ,TKN cao hơn 10 – 12 % so với SBR Ngoài ra, hiệu quả loại bỏ BOD5 và

COD của MB – SBR – aerobic cao hơn 95% ngay cả khi hệ thống được vận hành với nước thải tổng hợp có chứa 800 mg/l BOD5 với HRT rất thấp 1,5 ngày

- Đề tài “ Quá trình động học loại trừ Nitogen và cacbon hữu cơ ra khỏi nước thải bằng công nghệ MBBR” Yen – Hui Lin, Khoa kỹ thuật Môi trường, An toàn sức khỏe, Trường Đại học Khoa học và công nghệ Đài Loan, tháng 01 năm 2005 Đề tài

đã nghiên cứu trong điều kiện hệ thống hoạt động bình thường, ổn định, quá trình loại bỏ NH4+- N, NO 3 -N và COD tương ứng 75%,92% và 70%

- Đề tài “ Đánh giá hiện tượng ô nhiễm sinh học trong những hệ thống màng sinh

học lơ lửng và bám dính”, K Sombatsompopa, C Visvannathan*a, R Ben Aimb, chương trình Quản lý vafcoong nghệ Môi trường, Viện Kỹ thuật Châu Á, tháng 12

năm 2005

2.5.2 Nghiên cứu trong nước

Hiện tại công nghệ sử dụng giá thể di động MBBR( Moving Bed Biofilm Reaction) vẫn còn khá mới mẻ ở nước ta Hiện tại, Công ty Giày Ngọc Hà, Gia Lâm – Hà Nội ứng dụng công nghệ MBBR để xử lý nước thải thuộc da 80m3 / ngày đêm

do Công ty MelViet là nhà thiết kế xây dựng vào năm 2009

CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

3.1 Vật liệu

Vật liệu được chọn là giá thể MBBR, chọn loại giá thể động tham gia vào quá trình xử lý là giá thể loại K3 được làm từ polyethylene với đường kính 25mm, 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

Hình 3.1 Giá thể MBBR K3

3.2 Mô hình nghiên cứu

Mô hình được đặt tại phòng thí nghiệm khoa Môi Trường – Trường Đại Học Bách Khoa – 268 Lý Thường Kiệt, Quận 10, Thành phố Hồ Chí Minh Kích thước

mô hình: 35cm x 25cm x 17cm với kích thước làm việc là 27cm x 25cm x 17cm, thể tích bể 11lít Lượng nước trong mô hình được duy trì theo lưu lượng nước thải đầu vào và đầu ra Đồng thời phải luôn đảm bảo dòng tuần hoàn sao cho tỉ lệ lưu lượng đầu vào, lưu lượng tuần hoàn bùn, lưu lượng tuần hoàn nước từ bể hiếu khí đạt cân bằng