Luận văn phân tích hàm lượng photphat và một số hợp chất của nitơ trong hệ xử lý nước thải sử dụng giá thể vi sinh chuyển động (MBBR)

1 MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Trong năm gần đây, tình trạng nhiễm mơi trường nước thải sinh hoạt (NTSH) diễn nghiêm trọng khắp nơi nước, đặc biệt thành phố lớn, trung tâm thương mại, khu vui chơi giải trí Trong nước thải chứa hàm lượng lớn chất nitơ (N), photpho (P) nguyên nhân gây tượng phú dưỡng độc tính thải mơi trường Do cần phải loại bỏ chất nước thải để làm giảm tác hại chúng đến môi trường Hiện nay, hệ thống xử lý nước thải sở nhà máy xử lý nước thải đối mặt với vấn đề phải mở rộng quy mô tăng lên đáng kể lưu lượng nước thải tải trọng chất ô nhiễm Tuy nhiên việc mở rộng quy mơ khó khăn ảnh hưởng đến quy hoạch địa bàn dân cư, đó, tính khả thi khơng cao Các bước cải tiến kỹ thuật xử lý nước thải, ứng dụng loại vật liệu xử lý môi trường giúp giải nhược điểm phương pháp xử lý cũ, nâng cao chất lượng đầu giảm chi phí q trình vận hành hệ thống xử lý Để tăng hiệu xử lý nguồn thải việc ứng dụng thiết bị xử lý sinh học sử dụng giá thể vi sinh coi giải pháp hướng phù hợp chúng làm tăng nồng độ vi sinh bể xử lý Từ làm tăng hiệu xử lý thể tích tiết kiệm mặt xây dựng hệ thống Một công nghệ nghiên cứu áp dụng công nghệ xử lý nước thải giá thể lơ lửng tầng lưu động MBBR (Moving Bed BioReactor - MBBR) Đây dạng trình xử lý nước thải bùn hoạt tính, kết hợp điều kiện thuận lợi q trình xử lý bùn hoạt tính bể lọc sinh học Trong trình MBBR, vi sinh vật (VSV) phát triển bám dính giá thể chuyển động chất lỏng bể xử lý Ưu điểm giải pháp hiệu suất xử lý cao ổn định, thời gian lưu bùn lâu, lượng bùn cần xử lý ít, chi phí vận hành khơng cao tốn lượng Việc sử dụng giá thể vi sinh có trọng lượng, hình dạng phù hợp, có khả chuyển động bể xử lý nghiên cứu ứng dụng nhiều quốc gia có ngành công nghiệp môi trường phát triển Ở nước ta nay, việc sản xuất ứng dụng loại vật liệu đệm vi sinh hệ thống xử lý nước thải NTSH, nước thải bệnh viện, v.v dần trở nên phổ biến Nhiều nghiên cứu ứng dụng đệm vi sinh Viện nghiên cứu trường Đại học triển khai Tuy nhiên, hầu hết loại giá thể vi sinh sử dụng Việt Nam đa dạng chủng loại, chủ yếu nhập từ Trung Quốc, Đài Loan số sở sản xuất nhựa nước Thực tế, khả dính bám VSV loại giá thể cịn hạn chế Năm 2014, Trung tâm Cơng nghệ Vật liệu nghiên cứu chế tạo sản phẩm giá thể đệm vi sinh từ nhựa PE phương pháp ép phun đưa vào hệ xử lý MBBR Hiện nay, Trung tâm Công nghệ Vật liệu tiếp tục triển khai hồn thiện quy trình cơng nghệ, nghiên cứu cải thiện tính chất bề mặt giá thể vi sinh nhằm tăng hiệu hình thành lớp vi sinh bám dính; qua tăng hiệu xử lý nước thải Bên cạnh việc đánh giá tiêu - lý giá thể vi sinh độ bền uốn, độ bền kéo, độ bền va đập, độ cứng thiết bị đo chuyên dụng, việc đánh giá hiệu xử lý nước thải theo tiêu chí, tiêu nhiễm quan trọng để chứng minh mức độ cải thiện trình chế tạo Trong q trình phân tích hàm lượng chất chứa P N nảy sinh vấn đề hàm lượng chất nước thải đầu vào có hàm lượng lớn nhờ hiệu xử lí cao nên nước thải đầu hàm lượng hợp chất chứa N P có hàm lượng thấp nhiều Từ đặt vấn đề với phương pháp phân tích có đảm bảo kết phân tích cho độ xác cao khơng? Do vậy, đề xuất đề tài luận văn: “Phân tích hàm lượng photphat số hợp chất nitơ hệ xử lý nước thải sử dụng giá thể vi sinh chuyển động (MBBR)” Nội dung thử nghiệm đánh giá hiệu sử dụng giá thể vi sinh chế tạo hệ xử lý nước thải quy mơ phịng thí nghiệm nghiên cứu có tính tiệm cận thực tế, tạo sở chắn cung cấp liệu tin cậy cho việc ứng dụng giá thể vi sinh quy mơ lớn Do vậy, việc hồn thiện quy trình phân tích đánh giá xác thay đổi nồng độ thành phần cần xử lý nước thải cần thiết Mục tiêu nghiên cứu đề tài Phân tích hàm lượng photphat số hợp chất amoni, nitrat, nitrit mẫu nước thải giả lập, mẫu nước thải đầu vào đầu hệ thống xử lý nước thải giá thể vi sinh chuyển động Đánh giá hiệu xử lý photphat số hợp chất nitơ hệ xử lý nước thải sử dụng giá thể vi sinh chuyển động Đối tượng nghiên cứu Hàm lượng photphat số hợp chất nitơ mẫu nước thải hệ xử lý nước thải sử dụng giá thể vi sinh chuyển động (MBBR) Phạm vi nghiên cứu Đánh giá hiệu xử lý photphat số hợp chất nitơ hệ xử lý nước thải sử dụng giá thể vi sinh chuyển động Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Thử nghiệm đánh giá hiệu sử dụng giá thể vi sinh chế tạo hệ xử lý nước thải quy mơ phịng thí nghiệm Cung cấp liệu tin cậy cho việc ứng dụng giá thể vi sinh quy mơ lớn Hồn thiện quy trình phân tích đánh giá xác thay đổi nồng độ thành phần cần xử lý nước thải CHƯƠNG I TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU 1.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÔNG NGHỆ MBBR TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI 1.1.1 Sơ đồ mơ hình xử lý công nghệ MBBR Hệ màng sinh học (biofilm) xử lý nước thải xu hướng gia tăng nhanh chóng khả loại bỏ chất ô nhiễm nước thải với hiệu cao giảm thiểu chi phí nhân công, giá thành Công nghệ xử lý sinh học với giá thể lơ lửng MBBR dạng trình xử lý nước thải bùn hoạt tính lớp màng sinh học (biofilm) Trong trình sử dụng MBBR, lớp màng biofilm phát triển giá thể lơ lửng lớp chất lỏng bể phản ứng [1-2] Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý hệ thống xử lý nước cơng nghệ MBBR MBBR thiết kế cho sở để loại bỏ nhu cầu oxy sinh hóa/nhu cầu oxy hóa học (BOD/COD) loại bỏ nitơ, photpho từ dòng nước thải Hiện nhà máy áp dụng công nghệ bùn hoạt tính nâng cấp để khử nitơ photpho BOD/COD lưu lượng lớn Các vi khuẩn nuôi cấy tăng trưởng nhờ phân hủy chất hữu hòa tan, bước trưởng thành mơi trường Cơng nghệ MBBR cơng nghệ kết hợp điều kiện thuận lợi trình xử lý bùn hoạt tính hiếu khí bể lọc sinh học Bể MBBR hoạt động giống trình xử lý bùn hoạt tính hiếu khí tồn thể tích bể Đây q trình xử lý lớp màng biofilm với sinh khối phát triển giá mang mà giá mang lại di chuyển tự bể phản ứng giữ bên bể phản ứng đặt cửa bể Bể MBBR khơng cần q trình tuần hồn bùn giống phương pháp xử lý màng biofilm khác, tạo điều kiện thuận lợi cho q trình xử lý phương pháp bùn hoạt tính bể, sinh khối ngày tạo trình xử lý Bể MBBR gồm loại: bể hiếu khí bể thiếu khí [2-5] Bể hiếu khí Bể thiếu khí Hình 1.2 Mơ hình cơng nghệ MBBR dạng hiếu khí thiếu khí Trong bể hiếu khí chuyển động giá thể tạo thành khuếch tán bọt khí có kích thước trung bình từ máy thổi Trong khí bể thiếu khí q trình tạo xáo trộn giá thể bể cánh khuấy Hầu hết bể MBBR thiết kế dạng hiếu khí có lớp lưới chắn cửa ra, ngày người ta thường thiết kế lớp lưới chắn có dạng hình trụ đặt thẳng đứng hay nằm ngang 1.1.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến q trình xử lý cơng nghệ MBBR 1.1.2.1 Giá thể Trong công nghệ MBBR giá thể chuyển động với lớp màng biofilm phát triển bám bề mặt nhằm làm tăng tiếp xúc VSV nước thải, từ gia tăng sinh khối làm trình phân hủy sinh học diễn nhanh chóng với hiệu suất xử lý cao [1- 5] Giá thể thiết kế cho diện tích bề mặt hiệu dụng lớn để lớp màng biofim dính bám bề mặt giá thể tạo điều kiện tối ưu cho hoạt động VSV giá thể lơ lửng nước Tất vật liệu giá thể có tỷ trọng nhẹ so với tỷ trọng nước, nhiên loại giá thể có tỷ trọng khác Giá thể có nhiều hình dạng khác nhau, thơng thường giá thể có hình trụ đứng, bên bề mặt ngồi có nhiều khe để tăng diện tích bề mặt Diện tích bề mặt tiếp xúc giá thể phổ biến nằm khoảng 120 – 950 m2/m3 Đối với công nghệ MBBR, việc giữ cố định sinh khối vật liệu đệm có ảnh hưởng lớn đến khả xử lý nước hệ Thêm vào đó, việc trì tỷ lệ sinh khối cao hoạt động hệ yếu tố quan trọng để đánh giá hệ màng lọc sinh học nói chung hệ MBBR nói riêng Do đó, vật liệu chế tạo đệm vi sinh đóng vai trị chất mang yếu tố vơ quan trọng q trình xử lý nước thải công nghệ MBBR 1.1.2.2 Độ xáo trộn Yếu tố khác có ảnh hưởng đến hiệu suất dòng chảy điều kiện xáo trộn bể xử lý Độ xáo trộn thích hợp điều kiện lý tưởng hiệu suất hệ thống Lớp màng biofilm hình thành giá thể mỏng, phân tán vận chuyển chất oxy đến bề mặt biofilm Vì vậy, lớp màng biofilm dày mịn khơng mong đợi hệ thống Độ xáo trộn thích hợp có tác dụng loại bỏ sinh khối dư trì độ dày thích hợp cho biofilm Độ dày biofilm nhỏ 100 m việc xử lý chất ưu tiên Độ xáo trộn thích hợp giúp trì vận tốc dịng chảy cần thiết cho hiệu suất trình Độ xáo trộn cao tách sinh khối khỏi giá mang làm giảm hiệu suất q trình xử lý Thêm vào đó, va chạm ma sát giá thể bể phản ứng làm cho biofilm tách rời khỏi bề mặt phía giá thể Kaldnes (giá mang sử dụng thực nghiệm) Vì điều này, giá mang MBBR cung cấp với rìa bên ngồi để bảo vệ hao hụt biofilm đẩy mạnh phát triển biofilm Diện tích bề mặt rìa bên ngồi khơng tính vào diện tích thực tế biofilm Diện tích trung bình hiệu giá mang MBBR báo cáo khoảng 70% tổng diện tích bề mặt để màng biofilm dính bám vào giá thể phía bên ngồi giá mang [1-8] Theo nghiên cứu S Winogradsly (1980), sau quan sát kính hiển vi lớp màng lọc bể lọc sinh học nhỏ giọt, tìm thấy nhiều vi khuẩn Zoogleal, vi khuẩn hình que, vi khuẩn hình sợi, nấm sợi, protozoa số động vật bậc cao Một nghiên cứu nhằm ước lượng loại khuẩn hệ thống lọc sinh học nhỏ giọt tiến hành M Hotchkiss năm 1923 Kết tìm thấy nhiều loại vi khuẩn khác độ sâu khác bể lọc Các nhóm vi khuẩn bao gồm: vi khuẩn khử nitrat, sunfat tạo thành từ protein, phân hủy ambumin, khử sunfat, oxi hóa sunfit tạo thành từ protein nhiều độ sâu 0,3m giảm dần qua lớp lọc; vi khuẩn khử sunfat diện nhiều bề mặt vi khuẩn oxi hóa sunfua có nhiều độ sâu 1,6m; dạng vi khuẩn nitrit gia tăng theo độ sâu có số lượng lớn dạng vi khuẩn nitrat [7-17] Hình 1.3 Lớp biofilm dính bám bề mặt giá thể 1.1.2.3 Tải trọng thể tích Vì khơng thể xác định xác diện tích thực bao bọc biofilm bề mặt giá mang, người ta đưa hiệu suất q trình theo thể tích bể phản ứng thay diện tích bề mặt giá thể Nếu xử lý thứ cấp, hiệu tải tương đương 4-5 kg BOD7 /m3.ngày đến 12-15 kg BOD7/m3.ngày mức 67% giá mang lấp đầy (cung cấp 335m2 diện tích bề mặt giá thể m3 thể tích bể phản ứng) [4, 10, 12] 1.1.3 Ưu, nhược điểm công nghệ MBBR 1.1.3.1 Ưu điểm Công nghệ MBBR với ưu điểm bật như: tăng cường chuyển động để thúc đẩy tốc độ chuyển khối, tích lũy vi sinh cao nhờ sử dụng vật liệu mang xốp diện tích bề mặt lớn cơng nghệ ứng dụng nhiều cho xử lý nước thải So với phương pháp xử lý sinh học truyền thống bùn vi sinh hoạt tính, VSV phân bố đồng thể tích khối phản ứng, cơng nghệ MBBR cho phép tăng đáng kể mật độ sinh khối đơn vị thể tích khối phản ứng So với kỹ thuật lọc tầng t nh ngồi đặc điểm tích lũy mật độ vi sinh cao, công nghệ MBBR thúc đẩy trình chuyển khối nhờ chuyển động vật liệu mang môi trường phản ứng So với kỹ thuật tầng lưu thể, cơng nghệ MBBR tích lũy mật độ vi sinh cao sử dụng vật liệu mang có diện tích bề mặt lớn (10.000 m2/m3), mặt chuyển động (chuyển khối ngoài), bù lại vận hành đơn giản, khơng địi hỏi trình độ tự động hóa cao sử dụng kỹ thuật tầng lưu thể Chính ưu điểm trội công nghệ MBBR, hẳn so với kỹ thuật lọc sinh học khác nên lựa chọn công nghệ để giải vấn đề xử lý nước thải [1-5] Có thể tổng qt ưu điểm cơng nghệ MBBR sau: - Tiết kiệm không gian (thể tích, diện tích) trạm xử lý so với cơng nghệ truyền thống khác, giảm chi phí hoạt động, tự động, dễ vận hành bảo trì - Đạt hiệu kể nước thải có tỉ lệ BOD, COD cao Hiệu suất xử lý BOD > 90% - Xử lí nitơ, photphat nước thải: NH3 - N: 98 - 99%, TN: 80 85%, TP: 70 - 75% - Đáp ứng nhiều mức độ công suất - Có thể hoạt động nhiệt độ mơi trường hạ thấp (gần 50C) - Vật liệu làm giá thể: bền, nhỏ gọn, dễ sử dụng - Cách vận hành đơn giản, gần giống trình bùn hoạt tính thơng thường - Dễ dàng nâng cấp, thích hợp cho việc cải tạo hệ thống cũ - Ổn định theo biến tải - Phát sinh bùn 1.1.3.2 Nhược điểm Có thể xảy q trình bùn phía sau hệ MBBR theo chu kỳ thay màng sinh học dẫn đến hiệu lắng giảm 1.2 TỔNG QUAN NƯỚC THẢI SINH HOẠT 1.2.1 Nguồn gốc nước thải sinh hoạt NTSH lượng nước thải bỏ sau sử dụng cho mục đích sinh hoạt người: tắm, giặt giũ, tẩy rửa, vệ sinh cá nhân, Chúng thường thải từ hộ, quan, trường học, bệnh viện, chợ cơng trình công cộng khác NTSH chiếm khoảng 50% nước thải đô thị NTSH khu dân cư phụ thuộc vào dân số, vào tiêu chuẩn cấp nước đặc điểm hệ thống thoát nước Tiêu chuẩn cấp nước sinh hoạt cho khu dân cư phụ thuộc vào khả cung cấp nước nhà máy nước hay trạm cấp nước có Các trung tâm thị thường có tiêu chuẩn cấp nước cao so với vùng ngoại thành nơng thơn, lượng NTSH tính đầu người có khác biệt thành thị nông thôn NTSH trung tâm thị thường hệ thống nước dẫn sơng rạch, cịn vùng ngoại thành nơng thơn khơng có hệ thống nước nên nước thải thường tiêu thoát tự nhiên vào ao hồ thoát biện pháp tự thấm Tiêu chuẩn NTSH khu dân cư đô thị thường 100 - 200 L/người.ngày đêm (đối với nước phát triển) từ 150 - 500 L/người.ngày đêm (đối với nước phát triển) Ở nước ta nay, tiêu chuẩn cấp nước dao động từ 120 – 180 L/người.ngày đêm Ngoài ra, lượng 10 nước thải khu dân cư phụ thuộc vào điều kiện trang thiết bị vệ sinh nhà ở, đặc điểm khí hậu thời tiết tập quán sinh hoạt người dân Lượng NTSH sở dịch vụ, cơng trình cơng cộng phụ thuộc vào loại cơng trình, chức số người tham gia phục vụ Tiêu chuẩn thải nước số loại sở dịch vụ cơng trình cơng cộng liệt kê Bảng 1.1 Bảng 1.1 Tiêu chuẩn nước thải số loại sở dịch vụ cơng trình cơng cộng Cơng trình Nhà ga, sân bay Đơn vị tính Lưu lượng (lít/ngày) Hành khách 7,5 - 15 Khách 152 - 212 Nhân viên phục vụ 30 - 45 Nhà ăn Người ăn 7,5 - 15 Siêu thị Người làm việc 26 - 50 Giường bệnh 473 - 980 Nhân viên phục vụ 19 - 56 Trường đại học Sinh viên 56 - 113 Bể bơi Người tắm 19 - 45 Khu triển lãm, giải trí Người tham quan 15 - 30 Khách sạn Bệnh viện 1.2.2 Đặc tính nước thải sinh hoạt NTSH chưa bị phân hủy có màu nâu, chứa nhiều cặn lơ lửng chưa bốc mùi khó chịu Trong NTSH có chứa chất rắn lơ lửng phân người động vật, xác số động vật chết, mảnh vụn thức ăn, dầu, mỡ, băng gạc vệ sinh, gỗ, nhựa vụn, vỏ trái cây, phế thải khác sau phục vụ cho ăn uống, sinh hoạt người thải môi trường nước Dưới 63 3.3 ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ ĐIỀU KIỆN VẬN HÀNH 3.3.1 Quá trình phát triển bùn hoạt tính Q trình ni cấy bùn hoạt tính giá thể vi sinh thực thời gian 100 ngày Hình ảnh bùn hoạt tính bám giá thể vi sinh thể Hình 3.8 Hình 3.8 Hình ảnh bùn hoạt tính bám giá thể vi sinh Chú thích: - (1) Hình ảnh giá thể vi sinh ban đầu - (2); (3); (4); (5); (6); (7): Hình ảnh giá thể vi sinh sau ngày, 25 ngày, 50 ngày, 65 ngày, 80 ngày, 100 ngày ni cấy Nhận thấy, sau ngày có tượng VSV bám giá thể, chủ yếu bề mặt phía rãnh giá thể đệm vi sinh Tới ngày 25 trình thử nghiệm, VSV bám giá thể vi sinh với mật độ dày đặc (hình 3.1), nhiên, khoảng thời gian tập trung rãnh giá thể Tới ngày thứ 50, VSV hình thành lớp màng vi sinh giá thể, VSV bám đồng bề mặt giá thể đệm vi sinh Từ ngày thứ 50 tới ngày thứ 65, VSV phát triển dày đặc giá thể, hình thành lớp xốp, có chiều dày nhìn thấy Đây giai đoạn VSV phát triển 64 mạnh Từ ngày 80 tới ngày thứ 100, VSV tiếp tục sinh trưởng phát triển giá thể, nhiên VSV phát triển chậm hơn, hàm lượng bùn hoạt tính quan sát giá thể khơng có khác biệt nhiều Hàm lượng bùn hoạt tính bám giá thể đệm vi sinh thể Hình 3.9 Giá thể vi sinh sử dụng q trình ni cấy loại giá thể biến tính bề mặt nhằm tăng hiệu trình VSV bám dính 2500 MLSS (mg/L) 2000 1500 1000 500 0 20 40 60 Thời gian (ngày) 80 100 Hình 3.9 Sự phát triển bùn hoạt tính Sau 100 ngày ni cấy bùn hoạt tính giá thể vi sinh, kết cho thấy, hàm lượng VSV bám giá thể vi sinh 0,1228 gMLSS/g vật liệu (tương đương với hàm lượng MLSS 2200 mg/L) Trong khoảng thời gian từ ngày thứ tới ngày thứ 50, tốc độ tăng trưởng VSV chậm, hàm lượng bùn hoạt tính bể đạt 560 mg/L Từ ngày 50 tới ngày thứ 100, hàm lượng bùn hoạt tính tăng từ 560 lên 2200 mg/L, tốc độ VSV bám dính giá thể vi sinh cao khoảng thời gian từ ngày 60 tới ngày thứ 85 trình thử nghiệm 3.3.2 Ảnh hưởng thời gian sục khí tới hiệu suất xử lý Bể phản ứng MBBR với hàm lượng bùn hoạt tính bể 2200 mg/L Thí nghiệm sử dụng nước thải nhân tạo (giả lập) pha giả lập phịng thí nghiệm, có tính chất tương tự nước thải thực tế Ưu điểm nước thải nhân tạo cố định hàm lượng chất ô 65 nhiễm đầu vào, không bị biến động mạnh giống nước thải thực tế, đánh giá hiệu xử lý dễ dàng (hình 3.2) Thí nghiệm thực với thời gian sục khí kéo dài 24 sau ngừng sục khí, để nước lắng Các khoảng thời gian sau sục khí giờ, giờ, giờ, 24 giờ, tiến hành lấy mẫu để phân tích tiêu photphat, amoni, nitrat, nitrit Từ xác định thời gian bể xử lý chất ô nhiễm đạt yêu cầu đặt Đặc trưng nguồn NTSH sử dụng trình nghiên cứu thể Bảng 3.22: Bảng 3.22 Thông số chất ô nhiễm nước thải giả lập STT Các tiêu Đơn vị Thông số đầu vào QCVN 14:2008/BTNMT- B 5-9 pH COD mg/L 420 - N(NH4 ) mg N/L 50 10 P(PO34 ) mg P/L 20 10 NO3 mg/L 0,1 50 NO2 mg/L 0,1 - 3.2.2.1 Ảnh hưởng thời gian sục khí tới hiệu xử lý photphat Hiệu xử lý photphat theo thời gian thể hình 3.10 66 25 90 80 20 PO43- (mg/L) 60 15 50 40 10 30 Hiệu suất (%) 70 20 10 0 Thời gian (giờ) 24 Sau lắng Hình 3.10 Hiệu xử lý photphat Dựa vào đồ thị hình 3.10 nhận thấy, hàm lượng photphat bể phản ứng giảm dần theo thời gian Hàm lượng photphat ban đầu 20,31 mg/L, sau hai phản ứng giảm xuống 17,62 mg/L Sau khoảng thời gian sục khí, hàm lượng photphat 9,5 mg/L, hiệu suất xử lý đạt 53,02% giá trị photphat nhỏ 10 mg/L, đạt yêu cầu đầu theo TCVN 14:2008/BTNMT- cột B Sau 24 giờ, sau lắng hàm lượng photphat tiếp tục giảm xuống 4,2; 4,1 mg/L, hiệu suất xử lý tăng lên 79,31; 79,8% Như vậy, thấy rằng, tăng thời gian phản ứng, lượng photho tích lũy VSV ngày tăng, hàm lượng photpho nước thải giảm đi, làm tăng hiệu xử lý photpho Với thời gian phản ứng giờ, hàm lượng photpho nước thải đầu đạt tiêu chuẩn đầu 3.3.2.2 Ảnh hưởng thời gian sục khí tới hiệu xử lý số hợp chất nitơ a Đánh giá hiệu xử lý amoni 67 120 50 100 40 80 Hiệu suất (%) NH4+ (mg/L) 60 30 60 20 40 10 20 0 24 Thời gian (giờ) Sau lắng Hình 3.11 Hiệu xử lý amoni Hàm lượng amoni ban đầu nước thải có giá trị 50,1 mg/L Sau sục khí, hàm lượng amoni bể 10 mg/L, đạt tiêu chuẩn đầu Hàm lượng amoni tiếp tục giảm sau tới 24 sục khí Hiệu suất xử lý amoni cao, có giá trị 80,02% sau giờ; sau 24 tăng lên 94,49% Sau lắng giờ, hàm lượng amoni không khác nhiều, gần không giảm so với 24 sục khí b Đánh giá hiệu xử lý nitrat, nitrit Nitrat Nồng độ (mg/L) 50 Nitrit 40 30 20 10 0 Thời gian (giờ) 24 Sau lắng Hình 3.12 Hiệu xử lý nitrat nitrit Q trình oxi hóa amoni thành nitrat làm giảm hàm lượng amoni nước thải đồng thời làm tăng hàm lượng nitrat, nitrit nước thải Hàm lượng nitrat, nitrit ban đầu khơng có nước thải khoảng 0,1 mg/L Dựa vào đồ thị hình 3.5 thấy, lượng amoni bị oxi hóa chủ yếu tạo thành nitrat oxi hóa thành nitrit Sau 24 sục khí, hàm 68 lượng nitrat, nitrit nước thải 45,2; 3,35 mg/L Sau q trình lắng, diễn q trình thiếu khí khử nitrat nitrit tạo thành N2, trình xử lý nitơ nước thải hoàn thành Sau lắng, hàm lượng nitrat giảm từ 45,2 xuống 8,5 mg/L, nitrit từ 3,35 xuống 0,54 mg/L Như vậy, với thời gian lắng giờ, hàm lượng nitrat, nitrit khử hiệu Nhận xét chung: Như thấy, hệ MBBR xử lý NTSH nhân tạo mang lại hiệu xử lý cao Sau phản ứng hàm lượng photpho nhỏ 10 mg/L đạt tiêu chuẩn đầu ra, sau hàm lượng amoni đạt tiêu chuẩn Như vậy, thấy, thời gian lưu thích hợp để xử lý hiệu photpho nitơ 3.3.3 Đánh giá hiệu xử lý hệ MBBR Tiến hành thí nghiệm với thời gian sục khí nước thải thực tế Đặc trưng nước thải thực tế tương tự nước thải nhân tạo Tuy nhiên, nước thải thực tế dao động khoảng rộng Cụ thể hàm lượng amoni dao động từ 28 - 40 mg/L, hàm lượng photphat 12 - 18 mg/L Thí nghiệm tiến hành khoảng thời gian 30 ngày 3.3.3.1 Hiệu xử lý photpho HPO4 HPO4 HPO4 100 80 15 60 10 40 Hiệu suất (%) Nồng độ (mg/L) 20 20 0 10 15 20 Thời gian (ngày) 25 30 Hình 3.13 Hiệu xử lý photpho nước thải thực tế Dựa vào đồ thị hình 3.13 kết phân tích, nhận thấy khoảng thời gian đầu trình vận hành, VSV giai đoạn thích nghi với môi trường mới, hiệu xử lý 15 ngày đầu chưa cao, hàm lượng photphat đầu đạt tiêu chuẩn cho phép, hiệu suất xử lý 69 thấp từ 34,92 - 46,81% Tới ngày thứ 20, hiệu xử lý photpho tăng, hàm lượng photpho đầu đạt giá trị 3,48 mg/L Tới ngày thứ 25 30, hiệu xử lý photpho ổn định giá trị photpho đầu 2,32; 2,61; hiệu suất xử lý photphat đạt 82,81 - 84,18% 3.3.3.2 Hiệu xử lý số hợp chất nitơ HNH4 HNH4 45 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 40 Nồng độ (mg/L) 35 30 25 20 15 10 5 10 15 20 Thời gian (ngày) 25 Hiệu suất (%) HNH4 30 Hình 3.14 Hiệu xử lý amoni nước thải thực tế Tương tự với trình xử lý photphat, giai đoạn đầu q trình xử lý, VSV thích nghi với môi trường nên hiệu xử lý chưa cao, hàm lượng amoni đầu chưa đạt tiêu chuẩn Tới ngày thứ 15, hàm lượng amoni đầu có giá trị 11,2 mg/L Khi VSV thích nghi với môi trường, hiệu xử lý cao ổn định Ngày thứ 20, hàm lượng amoni đầu 5,4 mg/L Hiệu xử lý amoni lớn 85% Như sau 20 ngày, hiệu suất xử lý amoni cao, hàm lượng amoni đầu đạt QCVN 14:2008/BTNMT, cột B Một đặc điểm phương pháp sinh học hiếu khí bám dính chịu tải lượng ô nhiễm biến động mạnh, hàm lượng amoni bể biến động mạnh từ 28 - 40 mg/L, nhiên hệ xử lý amoni hiệu quả, đảm bảo chất lượng nước đầu 3.3.3.3 Hiệu xử lý nitrat, nitrit Giá trị đầu vào đầu hàm lượng nitrat, nitrit thể Bảng 3.23 70 Bảng 3.23 Hàm lượng nitrat, nitrit đầu vào đầu Nitrat vào Nitrat Nitrit vào Nitrit (mg/L) (mg/L) (mg/L) (mg/L) 0,1 12,5 0,02 2,1 10 0,05 10,3 0,04 2,15 15 0,07 8,5 0,03 2,01 20 0,12 5,4 0,1 1,15 25 0,11 5,2 0,11 1,1 30 0,1 5,1 0,08 1,08 STT Ngày Hàm lượng nitrat, nitrit đầu vào nước thải tương đối thấp, hàm lượng nitrat khoảng 0,05 - 0,12 mg/L, hàm lượng nitrit dao động từ 0,02 - 0,11 mg/L Như vậy, hàm lượng nitrat nước đầu chủ yếu q trình oxi hóa amoni thành nitrat, hàm lượng nitrat lại nitrat chưa bị khử khí N2 giai đoạn thiếu khí Hàm lượng nitrat đầu 15 ngày đầu tương đối cao, q trình khử từ nitrat khí nitơ chưa đạt hiệu quả, từ ngày thứ 20 trở đi, hàm lượng nitrat đầu ổn định khoảng từ 5,1 - 5,4 mg/L Hàm lượng nitrit nước thải đầu thấp khoảng từ 1,08 - 2,15 mg/L, đạt tiêu chuẩn đầu Nhận xét chung: Qua trình thực nghiệm cho thấy, xử lý photpho số hợp chất nitơ NTSH công nghệ MBBR đạt hiệu xử lý cao Trong trình xử lý, VSV cần khoảng thời gian thích nghi với nguồn NTSH, sau giai đoạn thích nghi, VSV phát triển hoạt động tốt, xử lý hiệu chất ô nhiễm Mặc dù hàm lượng nitơ photpho NTSH thực tế dao động mạnh trình lấy mẫu, hệ thống xử lý hiệu quả, chất lượng nước đầu đảm bảo chất lượng theo tiêu chuẩn hành 71 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 4.1 KẾT LUẬN Qua trình xác nhận giá trị sử dụng phương pháp phân tích theo quy trình phân tích tiêu chuẩn ngồi nước cho thấy thơng số phân tích theo tiêu chuẩn có độ xác Nhưng hệ thống MBBR với khả xử lí nước thải có hiệu suất cao nên hàm lượng chất nước thải đầu vào đầu hệ thống có nhiều khác biệt Vì vậy, q trình phân tích mẫu nước ln cần lựa chọn phương pháp phân tích cho phù hợp với hàm lượng chất có mẫu Qua q trình khảo sát nhóm đề tài đề xuất lựa chọn phương pháp sau: - Phương pháp so màu thuốc thử thylmo để xác định hàm lượng amoni nước thải đầu vào - Phương pháp lên màu trực tiếp với thuốc thử Nessler để xác định hàm lượng amoni nước thải đầu - Phương pháp tiêu chuẩn TCVN 6178 :1996 để phân tích hàm lượng nitrit - Phương pháp đo quang phổ tia UV dẫn xuất thứ hai - Tiêu chuẩn SMEWW 4500 NO3- B để xác định hàm lượng nitrat nước thải đầu vào - Phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử dùng axit sunfosalixylic TCVN 6180:1996 để xác định hàm lượng nitrat mẫu nước thải đầu - Phương pháp đo phổ dùng amoni molipdat – TCVN 6202:2008 phù hợp với việc xác định hàm lượng phot phat nước thải đầu - Phương pháp đo phổ hấp thụ phân tử với axit Vanadomolybdo phosphoric - Tiêu chuẩn SMEWW 4500 –P C thích hợp để xác định hàm lượng phot phat nước thải đầu vào Qua kết phân tích thực nghiệm cho thấy, hiệu xử lý photphat số hợp chất nitơ amoni, nitrat, nitrit công nghệ MBBR đạt hiệu xử lý cao, đáp ứng yêu cầu đầu theo cột B, Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia nước thải sinh hoạt QCVN 14:2008/BTNMT Cụ 72 thể, sau 30 ngày trình xử lý, hiệu xử lý photphat ổn định hàm lượng photphat đầu 2,61mg/L; hiệu suất xử lý photphat đạt 84,18% Đối với hợp chất nitơ, hàm lượng amoni (NH4+), nitrat (NO3-), nitrit (NO2-) đầu 5,4; 5,1; 1,08 mg/L đạt yêu cầu đầu Công nghệ MBBR đánh giá công nghệ xử lý nước thải tiên tiến Với nước thải sinh hoạt, sau xử lý đạt tiêu chuẩn cột B, theo QCVN14: 2008/BTNMT Công nghệ MBBR hệ thống nhỏ gọn, việc ghép module nhỏ thành khối lớn nhằm tăng hay giảm công suất, tăng hiệu xử lý thực dễ dàng, điều tương đương với khả thích nghi điều kiện có mức độ dao động lưu lượng lớn Xét khía cạnh kinh tế, đầu tư vào cơng nghệ MBBR kế hoạch hợp lý, bước triển khai theo đợt xây dựng, theo quy mô giai đoạn Do nhỏ gọn nên cụm xử lý dùng MBBR đặt đâu tầng hầm tòa nhà, góc nhỏ khu thị, nhiều nghiên cứu khác cho thấy MBBR khơng có mùi, loại bỏ vi khuẩn đảm bảo yêu cầu trước xả bên ngồi mơi trường Cịn nhìn nhận góc độ mơi trường, MBBR cơng nghệ thân thiện với môi trường, đem lại hiệu xã hội to lớn Không trả lại môi trường nguồn nước chất lượng cao, khơng cịn độc hại hay mầm bệnh từ vi khuẩn, virus, giảm tượng mùi phát tán mơi trường khơng khí MBBR phù hợp với cụm xử lý phân tán nhỏ gọn khơng chiếm nhiều diện tích, quản lý vận hành dễ dàng, quản lý thành cụm Chính ưu điểm này, MBBR ứng dụng nhiều nước giới 4.2 KIẾN NGHỊ Công nghệ MBBR ứng dụng xử lý nước thải với giá thể vi sinh từ nhựa nhiệt dẻo có khả mở rộng ứng dụng từ quy mơ phịng thí nghiệm tới sở từ quy mơ nhỏ tới lớn Chính vậy, tiếp tục có đầu tư kinh phí tiến tới hồn thiện cơng nghệ cách đồng đưa vào ứng dụng thực tế mức độ cao 73 Nước thải sau xử lý cơng nghệ MBBR có chất lượng tốt, khơng cịn cặn lắng, vi khuẩn gây bệnh khuyến khích tái sử dụng thải cho mục đích cơng cộng để tăng lợi ích hiệu đầu tư Công nghệ MBBR dù áp dụng nhiều nước giới cần có nhiều nghiên cứu điều kiện Việt Nam để công nghệ MBBR phát huy tối đa hiệu xử lý 74 TÀI LIỆU THAM KHẢO Borkar R.P, Gulhane M.L , and Kotangale A.J (2013) Moving Bed Biofilm Reactor – A New Perspective in Wastewater Treatment IOSR Journal Of Environmental Science, Toxicology And Food Technology (IOSR-JESTFT) (6): 15-21 Ankit B Pinjarkar, Rushikesh D Jagtap, Chaitanya K Solanke, Hitesh H Mehta (2017), The Moving Bed Biofilm Reactor (MBBR) International Advanced Research Journal in Science, Engineering and Technology 4(3): 63 – 66 Ødegaard H (2006) Innovations in wastewater treatment: the moving bed biofilm process Water Sci Technol 53: 17-33 Pal Shailesh R , Dr Dipak S Vyas , Arti N Pamnani (2016) Study the efficiency of moving bed bio-film reactor (mbbr) for dairy wastewater treatment IJARIIE-ISSN(O)-2395-4396: 899 – 905 Jamal Ali Kawan, Hassimi Abu Hasan, Fatihah Suja`, (2016) Othman Jaafar, Rakmi Abd-Rahman, A review on sewage treatment and polishing using moving bed bioreactor, Journal of Engineering Science and Technology, 11(8), 1098-1120 Pal Shailesh R , Dr Dipak S Vyas , Arti N Pamnani (2016) Study the efficiency of moving bed bio-film reactor (mbbr) for dairy wastewater treatment IJARIIE-ISSN(O)-2395-4396: 899 – 905 J J Marques, R R Souza, C S Souza1 and I C C Rocha (2008), Attached biomass growth and substrate utilization rate in a moving bed biofilm reactor, Brazilian Journal of Chemical Engineering, 665 – 670 Nguyễn Hồng Như (2012), Nghiên cứu ứng dụng cơng nghệ MBBR để xử lý nước thải sản xuất bia, Luận văn Thạc s , trường Đại học Bách Khoa, Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh Majid Kermani, Bijan Bina, Hossein Movahedian, Mohammad Mehdi Amin, Mahnaz Nikaeen (2009) Biological phosphorus and nitrogen 75 removal from wastewater using moving bed biofilm process Iranian Journal of biotechnology (1): 19 – 27 10 Wang XJ, Xia SQ, Chen L, Zhao JF, Renault NJ, Chovelon JM (2006) Nutrients removal from municipal wastewater by chemical precipitation in a moving bed biofilm reactor Process Biochem 41: 824-828 11 Hooshyari B, Azimi A, Mehrdadi N (2009) Kinetic analysis of enhanced biological phosphorus removal in a hybrid integrated fixed film activated sludge process Int J Environ Sci Tech 6: 149-158 12 Chen S, Sun D, Chung JS (2008), Simultaneous removal of COD and ammonium from landfill leachate using an anaerobic–aerobic moving bed biofilm reactor system Waste Manage 28:339-346 13 Aygun, A., Nas, B., Berktay, A., (2008), Influence of high organic loading rates on COD removal and sludge production in moving bed biofilm reactor Environ Eng Sci 25, 1311–1316 14 Shore, J.L., M’Coy, W.S., Gunsch, C.K., Deshusses, M.A., (2012), Application of a moving bed biofilm reactor for tertiary ammonia treatment in high temperature industrial wastewater Bioresour Technol 112, 51–60 15 Zhang, S., Wang, Y., He, W., Wu, M., Xing, M., Yang, J., Gao, N., Yin, D., (2013), Responses of biofilm characteristics to variations in temperature and NH+-N loading in a moving-bed biofilm reactor treating micro-polluted raw water Bioresour Technol 131, 365–373 16 Zhuang, H., Han, H., Jia, S., Zhao, Q., Hou, B., (2014), Advanced treatment of biologically pretreated coal gasification wastewater using a novel anoxic moving bed biofilm reactor (ANMBBR)–biological aerated filter (BAF) system Bioresour Technol 157, 223–230 17 Rafiei, B., Naeimpoor, F., Mohammadi, T., (2014), Bio-film and bioentrapped hybrid membrane bioreactors in wastewater treatment: comparison of membrane fouling and removal efficiency Desalination 337, 16–22 76 18 Đồng Kim Loan, Trần Hồng Côn, Phạm Ngọc Hồ (2007), Quan trắc phân tích mơi trường, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà nội 19 Nguyễn Văn Ri, Tạ Thị Thảo (2013), Thực Tập Hóa phân tích- Phần 1: Các phương pháp phân tích hóa học, Khoa Hóa học, Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội 20 Tiêu chuẩn quốc gia (2008) Vi-TCVN6202-2008, Chất lượng nước -xác định photpho - phương pháp đo phổ dùng Amoni molipdat 21 SMEWW 4500-P.C:2017, Vanadomolybdophosphoric Acid Colorimetric Method 22 Trần Thị Lý (2010), Xác định nitrat, nitrit số mẫu nước mặt nước ngầm xung quanh khu vực nhà máy đạm Bắc Giang phương pháp trắc quan phương pháp phân tích dịng chảy, luận văn thạc sỹ Hóa học - Đại học Sư phạm Thái Nguyên 23 Tiêu chuẩn quốc gia (1996) Vi-TCVN6179-1:1996, Xác định amoni phương pháp trắc phổ thao tác tay 24 Trần Tứ Hiếu (2003), Phân tích trắc quang, Nhà xuất Đại học Quốc gia Hà Nội 25 Trần Tứ Hiếu (2000), Hóa học phân tích, Nhà xuất Đại học Quốc gia Hà Nội 26 Zanardi E, Dazzi G, Madarena G, Chizzolini R (2002), Comparative study on nitrite and nitrate ions determination, Ann.Fac.Medic.Vet.di Parma, vol XXII, p.79-86 27 Timmer-TenHoor(1974), Sulfide interaction on colorimetric nitrite determination, Marine Chemistry vol (2), p 149-151 28 S.Marten, J Harms, Wissenschaftliche Geratebau Dr Ing.H Knauer GmbH (2000), Determination of nitrite and nitrate in fruit juies by UV detection, KNAUER - ASI - Advanced Scientific Instruments 77 29 Norwitz, P N Keliher (1984), Spectrophotometric determination of nitrite with composite reagents containing sulphanilamide, sulphanilic acid or 4-nitroaniline as the diozotisable aromatic amine and N-(1naphthyl) ethylene diamine as coupling agent, Analyst, Vol 109, pp 1281-1286 30 Adnan Aydın, Ozgen Ercan, Sulin Tascioglu (2005), A novel method for the spectrophotometric determination of nitrite in water, Talanta 66 1181-1186 31 Fostr Dee Snell and Leslie S Ettre (1972), Encyclopedia of industrial chemiscal analysic, Vol 16, Interscience Publishers 32 Rafiei, B., Naeimpoor, F., Mohammadi, T., (2014), Bio-film and bioentrapped hybrid membrane bioreactors in wastewater treatment: comparison of membrane fouling and removal efficiency, Desalination 337, 16-22 33 SMEWW 4500-NO2-.B:2017, Colorimetric Method 34 SMEWW 4500-NO3-.B:2017, Ultraviolet Spectrophotometric Screening Method ... hợp chất nitơ hệ xử lý nước thải sử dụng giá thể vi sinh chuyển động Đối tượng nghiên cứu Hàm lượng photphat số hợp chất nitơ mẫu nước thải hệ xử lý nước thải sử dụng giá thể vi sinh chuyển động. .. tích hàm lượng photphat số hợp chất amoni, nitrat, nitrit mẫu nước thải giả lập, mẫu nước thải đầu vào đầu hệ thống xử lý nước thải giá thể vi sinh chuyển động Đánh giá hiệu xử lý photphat số hợp. .. phân tích có đảm bảo kết phân tích cho độ xác cao khơng? Do vậy, chúng tơi đề xuất đề tài luận văn: ? ?Phân tích hàm lượng photphat số hợp chất nitơ hệ xử lý nước thải sử dụng giá thể vi sinh chuyển