Đánh giá khả năng xử lý chất hữu cơ và giảm thiểu bùn thải bằng bể sinh học giá thể cố định FBBR

Trong nghiên cứu này, bể sinh học có lớp đệm cố định (Fixed Bed Bio-Reactor - FBBR) được đề xuất để loại bỏ chất hữu cơ khỏi nước thải. Bể FBBR đã xuất hiện trong một số nghiên cứu cho thấy hiệu quả xử lý nước thải sữa cao trên 98% ở tải trọng 1,2 kgCOD/m3 ngày, đạt 98,41% ở tải trọng 1,5 kgCOD/m3 ngày.

Hóa học - Sinh học - Mơi trường ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG XỬ LÝ CHẤT HỮU CƠ VÀ GIẢM THIỂU BÙN THẢI BẰNG BỂ SINH HỌC GIÁ THỂ CỐ ĐỊNH FBBR Vũ Phượng Thư1*, Lê Hoàng Nghiêm1, Phạm Hồng Nhật2 Tóm tắt: Bể sinh học hiếu khí sử dụng giá thể cố định dạng sợi (dạng bể FBBR) vận hành mức tải trọng từ 0,4 đến 1,5 kgCOD/m3.ngày để xác định khả xử lý chất chất hữu mơ hình theo mức tải trọng Bên cạnh đó, lượng bùn phát sinh đo tải trọng so sánh với mơ hình đối chứng bể bùn hoạt tính (BHT) xáo trộn hồn toàn để đánh giá khả giảm thiểu bùn thải mơ hình nghiên cứu Kết cho thấy hiệu xử lý COD bể sinh học hiếu khí FBBR nghiên cứu đạt 96%, đạt cao tải trọng 1,2 kgCOD/m3.ngày Khối lượng bùn phát sinh mơ hình FBBR dao động từ 8,0 – 125,42 gTS/m3 nước thải xử lý, khối lượng bùn sinh từ mơ hình BHT dao động từ 65,97 – 477,03 kg/m3 nước thải xử lý Có thể thấy khối lượng bùn sinh mơ hình FBBR thấp so với mơ hình BHT, sử dụng mơ hình FBBR giảm thiểu lượng bùn thải phát sinh từ trình sinh học xử lý nước thải Từ khóa: Xử lý nước thải; Sinh học hiếu khi; Bể FBBR; Giá thể dạng sợi ĐẶT VẤN ĐỀ Trong nhà máy xử lý nước thải đô thị công nghiệp (WWTPs), việc loại bỏ hợp chất phân hủy sinh học chất hữu vô phương pháp lắng lọc, tạo lượng lớn bùn thải cần xử lý Khi nhà máy xử lý nước thải trở nên phổ biến hơn, thể tích khối lượng bùn thải tạo dự kiến tăng liên tục thời gian tới gia tăng lượng nước thải kết nối với mạng lưới thu gom xử lý nước thải việc xây dựng nhà máy xử lý nước thải mới, nâng cấp nhà máy có u cầu nghiêm ngặt quy định xử lý nước thải địa phương [1, 2] Mặc dù quy trình khơng tạo bùn thải phương pháp khó thực quản lý bùn, thực tiễn khả thi thực tế tăng cường giảm thể tích khối lượng bùn thải Cách tiếp cận để giảm lượng bùn giải hai khía cạnh sau: (1) giảm khối lượng bùn ướt; (2) giảm khối lượng bùn khơ Trong đó, giảm khối lượng bùn ướt gia tăng hàm lượng chất rắn bùn cách khử nước làm giảm đáng kể khối lượng bùn ướt cần xử lý cịn giảm khối lượng khơ bùn giảm hàm lượng thể tích rắn chiến lược nên nghiên cứu nhiều hơn, cho phép giảm khối lượng khô bùn trình tạo bùn giai đoạn xử lý sinh học Để giảm khối lượng bùn khơ có nhiều phương pháp, phương pháp đưa dựa nguyên tắc xử lý vật lý, học, hóa học, nhiệt học sinh học Trong phạm vi bải báo này, nhóm tác giả đề cập đến phương pháp sinh học liên quan đến đặc điểm dễ nhận thấy bùn dư (khối lượng khô) tạo q trình tăng trưởng bám dính có khác biệt so với trình tăng trưởng lơ lửng Trong hệ thống sinh trưởng lơ lửng, chẳng hạn bùn hoạt tính (sinh học hiếu khí), chất thải vi sinh vật kết hợp với oxy khuếch tán thâm nhập vào tế bào Các vi sinh vật tự do, tập hợp thành sinh học, lắng xuống bể lắng Các cặn lắng giữ lại bể lắng phần bùn tuần hồn bể sục khí Khác với hệ thống sinh trưởng lơ lửng, trình tăng trưởng bám dính có thêm vật liệu đệm dạng cố định di động Các vi sinh vật màng sinh học trì phát triển vật liệu đệm chúng tiếp xúc với nước thải Hệ số sản lượng bùn (yield coefficient values) hệ thống tăng trưởng bám dính tương tự với hệ thống bùn hoạt tính Tuy nhiên, giá trị hệ số phân hủy (decay coefficient values) cao hệ thống sinh trưởng bám dính thời gian chất rắn bám vào giá thể lâu (SRT dài hơn) Do đó, hệ số sản lượng bùn thực tế hay lượng bùn tổng phát sinh thường thấp q trình tăng trưởng bám dính Các chất rắn tăng trưởng 158 V P Thư, L H Nghiêm, P H Nhật, “Đánh giá khả xử lý … giá thể cố định FBBR.” Nghiên cứu khoa học công nghệ bám dính có đặc tính lắng đặc tốt so với bùn hoạt tính Do đó, bùn tăng trưởng bám dính có xu hướng có nồng độ cao hơn, thường đến 4% Trong nghiên cứu này, bể sinh học có lớp đệm cố định (Fixed Bed Bio-Reactor - FBBR) đề xuất để loại bỏ chất hữu khỏi nước thải Bể FBBR xuất số nghiên cứu cho thấy hiệu xử lý nước thải sữa cao 98% tải trọng 1,2 kgCOD/m3.ngày [3], đạt 98,41% tải trọng 1,5 kgCOD/m3.ngày [4] Bên cạnh đó, nghiên cứu đánh giá khả giảm lượng bùn dư thừa mặt khối lượng khơ bùn q trình tăng trưởng bám dính so với q trình tăng trưởng lơ lửng Cho đến nay, chưa có nhiều nghiên cứu đề cập đến vấn đề tài liệu ngồi nước VẬT LIỆU VÀ MƠ HÌNH NGHIÊN CỨU 2.1 Mơ hình nghiên cứu Bài báo xem xét mơ hình Bể phản ứng sinh học (FBBR) với giá thể Biocurlz (BC) quy mơ phịng thí nghiệm để tiến hành thực nghiệm xử lý nước thải chế biến sữa Nghiên cứu vận hành song song mô hình bể hiếu khí FBBR mơ hình Aerotank bùn hoạt tính thường (khơng giá thể) với kích thước, xử lý nước thải chế biến sữa với tải trọng chất hữu (Organic loading rate - OLR) 0,4; 0,6; 0,9; 1,2, 1,5 kgCOD/m3.ngày đêm thu thập số liệu kết thí nghiệm thơng qua tiêu: BOD5, COD lượng bùn sinh Mơ hình bể FBBR hiếu khí quy mơ phịng thí nghiệm bố trí hình Bố trí thí nghiệm mơ hình bể bùn hoạt tính tương đồng với mơ hình bể FBBR khác bể khơng có giá thể Mơ hình quy mơ phịng thí nghiệm bể sinh học (bể FBBR bể bùn hoạt tính) làm nhựa acrylic Kích thước bề mặt cao (H) x dài (L) x rộng (W) = 0,423 m x 0,438 m x 0,14 m Thể tích làm việc ngăn phản ứng 15 lít ngăn lắng lít Hình Sơ đồ bố trí thí nghiệm mơ hình bể FBBR với giá thể Biocurlz quy mơ phịng thí nghiệm Bùn hoạt tính ban đầu bổ sung vào bể bùn hoạt tính để tạo bùn màng sinh học giá thể Biocurlz bể FBBR Bùn nuôi ban đầu lấy từ bể sinh học hiếu khí bùn hoạt tính Nhà máy Sữa Sài Gòn, KCN Tân Thới Hiệp, Quận 12, TP.HCM.vào bể FBBR có nồng độ MLSS khoảng 3500 mg/L Nước thải sử dụng đưa vào mơ hình thí nghiệm FBBR với giá thể Biocurlz nước thải thật lấy từ bể điều hòa nhà máy sữa Sài Gòn vận chuyển nơi đặt mơ hình phịng thí nghiệm Cấp thoát nước Trường Đại học Tài nguyên Môi trường TP.HCM 2.2 Giá thể sử dụng cho mô hình FBBR Sợi mang sinh khối Biocurl (BC) tập hợp nhiều sợi tua có đường kính mm, chiều dài sợi tua 100 mm Công ty Jäger Umwelt-Technik GmbH (Đức) sản xuất giữ cố định nhờ bó sợi Các sợi tua BC nằm đối xứng, bên mở rộng khoảng cách Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san HNKH dành cho NCS CBNC trẻ, 11 - 2021 159 Hóa học - Sinh học - Mơi trường so với sợi cố định xoắn lại để tạo thành phân phối ba chiều Nguyên liệu tạo nên sợi tua hỗn hợp polypropylene (PP) 31% polyvinylidenchlorid (PVdC) 69% Bề mặt hoạt động sinh khối từ 600 – 1000 m2/m3, thể tích khơng gian chiếm chỗ thấp