Đồ án tốt nghiệp thử nghiệm công nghệ swim bed xử lý nước thải chế biến thủy sản mô hình phòng thí nghiệm

Đồ án tốt nghiệp Đại Học Thử nghiệm công nghệ swim-bed xử lý NTCBTS-mơ hình phịng thí nghiệm MỤC LỤC MỤC LỤC i DANH MỤC BẢNG iv DANH MỤC HÌNH v DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT .v CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1.2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU 1.3 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU 1.4 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 1.5 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 1.6 PHẠM VI VÀ ĐỐI TƯỢNG .4 1.6.1 Phạm vi nghiên cứu .4 1.6.2 Đối tượng nghiên cứu 1.7 Ý NGHĨA KHOA HỌC .4 1.8 Ý NGHĨA THỰC TIỄN .4 1.9 TÍNH MỚI CỦA ĐỀ TÀI CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN .6 2.1 TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI CHẾ BIẾN THỦY SẢN 2.1.1 Thành phần tính chất nước thải chế biến thủy sản 2.1.2 Nguồn gốc phát sinh tác động nước thải chế biến thủy sản tới môi trường 2.1.3 Tác động nước thải chế biến thủy sản tới môi trường: 2.2 CÔNG NGHỆ SINH HỌC TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI 11 2.2.1 Sinh học tự nhiên 13 2.2.2 Sinh học nhân tạo .15 2.2.3 Vi sinh vật tham gia vào trình xử lý nước thải 19 SVTH: Lâm Ngọc Hoài Thu -i- MSSV: 107111173 Đồ án tốt nghiệp Đại Học Thử nghiệm cơng nghệ swim-bed xử lý NTCBTS-mơ hình phịng thí nghiệm 2.2.4 Các q trình sinh hóa xảy xử lý nước thải .29 2.3 GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI ĐƯỢC XỬ DỤNG PHỔ BIẾN ĐỂ XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHẾ BIẾN THỦY SẢN HIỆN NAY 36 2.4 CÔNG NGHỆ SWIM-BED .39 2.4.1 Giới thiệu .39 2.4.2 Cấu tạo nguyên tắc hoạt động 40 2.4.3 Một số nghiên cứu nước 40 CHƯƠNG 3: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 42 3.1 VẬT LIỆU 43 3.1.1 Nước thải 43 3.1.2 Mơ hình 43 3.1.3 Giá thể 45 3.1.4 Bùn .46 3.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 47 3.2.1 Xác định thông số bùn nước thải đầu vào 47 3.2.1.1 Xác định thông số bùn 47 3.2.1.2 Xác định thông số đầu vào nước thải .47 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 49 4.1 GIAI ĐOẠN THÍCH NGHI .50 4.1.1 Hiệu xử lý COD 50 4.1.2 Hiệu xử lý chất dinh dưỡng 52 4.2 ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ XỬ LÝ CHẤT HỮU CƠ 53 4.2.1 Hiệu xử lý COD 53 4.2.2 Hiệu xử lý dinh dưỡng 54 4.2.2.1 Hiệu xử lý Nitơ: 54 4.2.2.2 Hiệu xử lý phospho: .57 4.3 ĐÁNH GIÁ SINH KHỐI TẠO THÀNH: 58 SVTH: Lâm Ngọc Hoài Thu - ii - MSSV: 107111173 Đồ án tốt nghiệp Đại Học Thử nghiệm công nghệ swim-bed xử lý NTCBTS-mơ hình phịng thí nghiệm CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN – ĐỀ XUẤT 59 5.1 KẾT LUẬN 60 5.2 ĐỀ XUẤT 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO 62 SVTH: Lâm Ngọc Hoài Thu - iii - MSSV: 107111173 Đồ án tốt nghiệp Đại Học Thử nghiệm công nghệ swim-bed xử lý NTCBTS-mơ hình phịng thí nghiệm DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1: Các thông số ô nhiễm đặc trưng nước thải thuỷ sản Bảng 2.2: Các trình xử lý sinh học chủ yếu ứng dụng để xử lý nước thải 12 Bảng 2.3: Một số vi khuẩn tham gia vào trình sinh học xử lý nước thải 23 Bảng 3.1: Các phương pháp phân tích nước thải 47 Bảng 4.1: Sự biến thiên COD .50 Bảng 4.2 Sự biến thiên thơng số cuối giai đoạn thích nghi 52 SVTH: Lâm Ngọc Hoài Thu - iv - MSSV: 107111173 Đồ án tốt nghiệp Đại Học Thử nghiệm cơng nghệ swim-bed xử lý NTCBTS-mơ hình phịng thí nghiệm DANH MỤC HÌNH Hình 2.1: Đồ thị biểu diễn tăng trưởng vi sinh vật nước thải .20 Hình 2.2: Đồ thị tăng trưởng tương đối vi sinh vật bể xử lý nước thải 22 Hình 2.3: Desulfovibrio .25 Hình 2.4: Vi khuẩn Pseudomonas .26 Hình 2.5:Bacillus .27 Hình 2.6: Cytophaga 27 Hình 2.7: Zooglea 28 Hình 2.8: Microthrix parvicella 28 Hình 2.9: Chuyển hóa nitơ trình xử lý sinh học 32 Hình 2.10: Q trình bùn hoạt tính 34 Hình 2.11: Sơ đồ dây chuyền xử lý phospho 35 Hình 2.12: Sơ đồ dây chuyền khử nitơ phospho kết hợp .35 Hình 2.13: Quy trình xử lý nước thải nhà máy chế biến thủy sản Gia Hịa 37 Hình 3.1: Mơ hình thí nghiệm 44 Hình 3.2: Giá thể biofringe 45 Hình 3.3 Cấu trúc giá thể bio-fringe 46 Hình 4.1: Đồ thị biến thiên COD hiệu xử lý theo thời gian 51 Hình 4.2: Đồ thị biến thiên COD đầu vào, đầu hiệu suất theo thời gian 53 Hình 4.4: Đồ thị biến thiên T-N đầu vào, đầu hiệu suất xử lý nitơ theo thời gian 54 Hình 4.5: Đồ thị biến thiên N- NO2- theo thời gian 55 Hình 4.6: Đồ thị biến thiên N-NO3- theo thời gian 56 Hình 4.7: Sự biến thiên pH đầu vào theo thời gian 57 Hình 4.8: Đồ thị biến thiên phopho đầu vào, đầu hiệu suất xử lý phospho theo thời gian .57 Hình 4.9: Sinh khối dính bám giá thể 58 SVTH: Lâm Ngọc Hoài Thu -v- MSSV: 107111173 Đồ án tốt nghiệp Đại Học Thử nghiệm cơng nghệ swim-bed xử lý NTCBTS-mơ hình phịng thí nghiệm DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT DO: oxy hòa tan (Biological Oxygen Demand) BOD: Nhu cần oxy sinh hóa (Chemical Oxygen demand) COD: Nhu cầu oxy hóa học (Suspended Solid) SS: Tổng chất rắn lơ lững (total slid) T-N: Tổng Nitơ (total nitrogen) TKN: Tổng nitơ kjeldal (total kjeldal nitrogen) T-P: tổng phsphor (total phosphorus) MLSS: Hàm lượng chất rắn lơ lững hỗn hợp bùn (mixed liquor supended solids) SVTH: Lâm Ngọc Hoài Thu - vi - MSSV: 107111173 Đồ án tốt nghiệp Đại Học Thử nghiệm cơng nghệ swim-bed xử lý NTCBTS-mơ hình phịng thí nghiệm CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU SVTH: Lâm Ngọc Hoài Thu -1- MSSV: 107111173 Đồ án tốt nghiệp Đại Học Thử nghiệm cơng nghệ swim-bed xử lý NTCBTS-mơ hình phịng thí nghiệm 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ Nước Việt Nam với đường bờ biển kéo dài nằm khu vực nhiệt đới gió mùa khí hậu ơn hịa nên có nguồn thủy sinh phong phú Với điều kiện thuận lợi Việt Nam nhanh chóng phát triển ngành ni trồng chế biến thủy sản Đặc biệt năm gần với việc gia nhập tổ chức thương mại giới WTO mặt hàng thủy sản nước ta có mặt thị trường nhiều nước khu vực giới Ngành chế biến thủy sản đem lại nguồn lợi lớn cho kinh tế nước ta Tuy nhiên việc phát triển ngành chế biến thủy sản lại đặt vấn đề khó khăn cấp bách nước thải từ nhà máy chế biến thủy sản có mức độ nhiễm cao khơng cịn có mùi khó chịu Hiện nay, nước thải xử lý nhiều biện pháp khác nhiên nhìn chung hiệu xử lý chưa cao Vấn đề đặt nghiên cứu tìm giải pháp nâng cao hiệu xử lý nhằm đem lại hiệu kinh tế, kỹ thuật đồng thời giải vấn đề môi trường Kenji Furukawa cộng thuộc trường Đại học Tổng hợp Kumamoto nghiên cứu công nghệ xử lý nước thải phương pháp sinh học kết hợp bể phản ứng giá thể cố định bể phản ứng tầng sôi gọi công nghệ Swim-bed Theo nghiên cứu Kenji Furukawa cộng cơng nghệ swim-bed có hiệu xử lý đạt 80%COD tải trọng thể tích cao đến 12 kg/m3ngày với thời gian lưu nước ngắn, có tính khả thi áp dụng để xử lý nước thải chế biến thủy sản Trên sở đề tài nghiên cứu thử nghiệm việc xử lý nước thải chế biến thủy sản theo cơng nghệ swim-bed với mơ hình thử nghiệm đặt phịng thí nghiệm bể hiếu khí với giá thể nhúng chìm theo kiểu swim-bed SVTH: Lâm Ngọc Hoài Thu -2- MSSV: 107111173 Đồ án tốt nghiệp Đại Học Thử nghiệm cơng nghệ swim-bed xử lý NTCBTS-mơ hình phịng thí nghiệm 1.2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU Đánh giá hiệu xử lý chất hữu dinh dưỡng nước thải chế biến thủy sản theo công nghệ swim-bed với thiết kế bể hiếu khí giá thể nhúng chìm 1.3 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU Áp dụng công nghệ swim-bed xử lý nước thải chế biến thủy sản thay cho công nghệ hành để nâng cao hiệu xử lý 1.4 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU - Lấy nước thải nhà máy chế biến thủy sản phân tích thơng số đặc trưng - Thiết kế mơ hình xử lý sinh học hiếu khí với giá thể nhúng chìm theo kiểu swim-bed phịng thí nghiệm - Vận hành mơ hình - Đánh giá hiệu xử lý thông qua tiêu: + pH + Amonia + Độ kiềm + Hàm chất rắn lơ lững (SS) + Nhu cầu oxy hóa học (COD) + Nitrat N-NO3- + Nito tổng + Nitrit N-NO2- + Phospho tổng + Đánh giá sinh khối tạo thành 1.5 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU - Tham khảo tổng hợp tài liệu nước - Thiết kế vận hành nghiên cứu mơ hình với quy mơ phịng thí nghiệm - Phương pháp lấy mẫu phân tích tiêu - Phương pháp phân tích, xử lý số liệu, vẽ đồ thị viết báo cáo SVTH: Lâm Ngọc Hoài Thu -3- MSSV: 107111173 Đồ án tốt nghiệp Đại Học Thử nghiệm công nghệ swim-bed xử lý NTCBTS-mơ hình phịng thí nghiệm 1.6 PHẠM VI VÀ ĐỐI TƯỢNG Phạm vi nghiên cứu - Nghiên cứu thực với quy mơ phịng thí nghiệm - Các thơng số theo dõi: + pH + Amonia + Độ kiềm + Hàm chất rắn lơ lững (SS) + Nhu cầu oxy hóa học (COD) + Nitrat N-NO3- + Nito tổng + Nitrit N-NO2- + Phospho tổng + Đánh giá sinh khối tạo thành SVTH: Lâm Ngọc Hoài Thu -4- MSSV: 107111173 Đồ án tốt nghiệp Đại Học Thử nghiệm công nghệ swim-bed xử lý NTCBTS-mơ hình phịng thí nghiệm CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN SVTH: Lâm Ngọc Hoài Thu - 50 - MSSV: 107111173 Đồ án tốt nghiệp Đại Học Thử nghiệm công nghệ swim-bed xử lý NTCBTS-mô hình phịng thí nghiệm 4.1 GIAI ĐOẠN THÍCH NGHI Trong giai đoạn này, mơ hình vận hành với nước đầu vào có nồng độ COD tương đối thấp, vào khoảng 200-300 mg/l nước thải pha loãng 5-6 lần Ứng với nồng độ COD tải trọng hữu vào khoảng 0.5kg/m3ngày Bùn ni cấy bùn lấy từ bể sinh học hệ thống xử lý nước thải thuộc trung tâm thương mại Bình Điền Hàm lượng MLSS định mức 3000 mg/l Máy thổi khí điều chỉnh mức lưu lượng khí thổi lít/phút nhằm cung cấp oxy cho q trình hiếu khí đồng thời tạo dịng chảy hướng lên xáo trộn bùn 4.1.1 Hiệu xử lý COD Bảng 4.1 Sự biến thiên COD COD tải trọng 0,5kg/ m3 ngày Thời gian Đầu vào Đầu Hiệu suất (ngày) (mg/l) (mg/l) (%) 205 72 64,88 236 68 71,19 245 66 73,06 240 57 76,25 263 71 73,00 256 85 66,80 220 56 74,55 260 65 75,00 243 58 76,13 10 264 42 84,09 11 254 45 82,28 12 260 40 84,62 SVTH: Lâm Ngọc Hoài Thu - 51 - MSSV: 107111173 Đồ án tốt nghiệp Đại Học Thử nghiệm cơng nghệ swim-bed xử lý NTCBTS-mơ hình phịng thí nghiệm 13 270 36 86,67 14 246 32 86,99 15 258 29 88,76 300 100 90 250 80 COD (mg/l) 60 150 50 40 100 Hiệu suất (%) 70 200 30 20 50 10 0 10 11 12 13 14 15 ngày Đầu vào (mg/l) Đầu (mg/l) Hiệu suất (%) Hình 4.1 Đồ thị biến thiên COD hiệu xử lý theo thời gian Hình 4.1 cho thấy giai đoạn thích nghi sau 10 ngày khởi động mơ hình cho hiệu xử lý cao, đạt 80% Trong giai đoạn đầu vi sinh vật chưa thích nghi với nước thải điều kiện môi trường nên hiệu xử lý chưa cao Mặt khác, lượng vi sinh vật dính bám giá thể cịn nên việc xử lý chủ yếu dựa vào vi sinh vật hiếu khí lơ lững Sau ngày vi sinh vật thích nghi với điều kiện sống, bắt đầu tăng sinh khối bám dính giá thể, hiệu xử lý kết hợp vi sinh vật dính bám vi sinh lơ lững hiệu xử lý tăng dần Cuối giai đoạn thích nghi hiệu xử lý tăng cao 80% dao động ổn định khoảng 80-90% SVTH: Lâm Ngọc Hoài Thu - 52 - MSSV: 107111173 Đồ án tốt nghiệp Đại Học Thử nghiệm cơng nghệ swim-bed xử lý NTCBTS-mơ hình phịng thí nghiệm 4.1.2 Hiệu xử lý chất dinh dưỡng Bảng 4.2 Sự biến thiên thơng số cuối giai đoạn thích nghi Thông số Đơn vị Đầu vào Đầu pH - 6,75 6,1 COD mg/l 258 29 T-P mg/l 3,8 2,3 T-N mg/l 59 25 N-NH4+ mg/l 50 26 N-NO3- mg/l 0,06 11,22 N-NO2- mg/l 0,05 1,025 Độ kiềm mg/l 112  Chỉ tiêu nitơ Cuối giai đoạn thích nghi giá trị nitơ tổng dịng cịn cao cho thấy hiệu xử lý nitơ chưa cao, đạt khoảng 37% Tuy việc xử lý nitơ không cao thông số nitơ tổng giảm thông qua tiêu N-NO3-, N-NO2- , NH4+ cho ta thấy q trình nitrat hóa khử nitrat xảy Ở giai đoạn thích nghi T-N giảm phần vi sinh vật sử dụng để chuyển hóa thành lượng phục vụ cho trình sống tổng hợp tế bào Một phần bị bay trình sục khí, q trình khử nitrat giải phóng nitơ  Chỉ tiêu phospho Cuối giai đoạn thích nghi trình xử lý phospho diễn làm cho nồng độ T-P giảm, nhiên giảm nhẹ Hàm lượng phospho giảm vi sinh vật sử dụng để tổng hợp tế bào  Chỉ tiêu pH pH giảm nước đầu chứng tỏ q trình nitrat hóa xảy bể sinh học làm tăng nồng độ ion H + Vi khuẩn sử dụng nitơ, oxy, CO2 tạo nên SVTH: Lâm Ngọc Hoài Thu - 53 - MSSV: 107111173 Đồ án tốt nghiệp Đại Học Thử nghiệm cơng nghệ swim-bed xử lý NTCBTS-mơ hình phịng thí nghiệm tế bào độ kiềm bể phản ứng giảm [ Nguyễn Văn Phước, 2007] 4.2 ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ XỬ LÝ CHẤT HỮU CƠ 4.2.1 Hiệu xử lý COD Sau giai đoạn thích nghi, tiến hành khảo sát hiệu xử lý chất hữu tải trọng khác tăng dần từ 0.5 kgCOD/m ngày lên kgCOD/m3 ngày, 1.5 kgCOD/m3 ngày, kgCOD/m3 ngày, 2.5 kgCOD/m3 ngày Hiệu xử lý chất hữu đánh giá qua tiêu COD đầu vào đầu bể Swim-bed kiểm tra ngày Mơ hình vận hành với tải trọng hữu tăng từ từ để tránh làm ức chế vi sinh vật 1400 100 90 1200 80 70 60 800 50 600 40 Hiệu suất (%) COD (mg/l) 1000 30 400 20 200 10 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 0,5 kg COD/m3 ngày kg COD/m3 ngày đầu vào 1,5 kg COD/m3 ngày đầu kg COD/m3 ngày 2,5 kg COD/m3 tải trọng hiệu suất Hình 4.2: Đồ thị biến thiên COD đầu vào, đầu hiệu suất theo thời gian  Nhận xét: Bắt đầu vào giai đoạn tăng tải hiệu xử lý khơng cao, vi sinh vật chưa thích nghi với tải trọng mới, sau hiệu xử lý tăng hiệu suất xử lý tương đối ổn định SVTH: Lâm Ngọc Hoài Thu - 54 - MSSV: 107111173 Đồ án tốt nghiệp Đại Học Thử nghiệm cơng nghệ swim-bed xử lý NTCBTS-mơ hình phịng thí nghiệm Qua ta thấy tính khả thi việc áp dụng công nghệ swim-bed vào xử lý nước thải có hàm lượng hữu cao Hiệu xử lý đạt đến 94% tải trọng 2,5 kgCOD/m3 ngày 4.2.2 Hiệu xử lý dinh dưỡng 4.2.2.1 Hiệu xử lý Nitơ: Hiệu xử lý dinh dưỡng đánh giá thông qua khả loại bỏ nitơ phospho theo dõi thông qua tiêu T-N, NO3-, NO2-, T-P 200 180 160 Giá 140 Trị 120 T-N 100 80 60 40 20 kgCOD/m3ngay 1.5 kg COD/m3 2kg COD/m3 2.5kgCOD/m3ngay Hình 4.4: Đồ thị biến thiên T-N đầu vào, đầu hiệu suất xử lý nitơ theo thời gian  Nhận xét: Giá trị T-N bị tác động mạnh giá trị NO 3-, NO2- q trình nitrate hóa khử nitrate hóa Kết cho thấy hiệu xử lý nitơ không cao (dao động khoảng 20-50%) Hai trình nitrate hóa khử nitrate hóa hai q trình xảy điều kiện ngược nhau: hiếu khí - kỵ khí, tự dưỡng - dị dưỡng Do hai trình phải phản ứng hai bể riêng biệt để tạo điều kiện phản ứng phù hợp với trình, nâng cao hiệu xử lý [Nguyễn Văn Phước, 2007] SVTH: Lâm Ngọc Hoài Thu - 55 - MSSV: 107111173 Đồ án tốt nghiệp Đại Học Thử nghiệm cơng nghệ swim-bed xử lý NTCBTS-mơ hình phịng thí nghiệm Cơng nghệ swim-bed chủ yếu q trình hiếu khí, q trình kỵ khí diễn phần bên lớp vi sinh bám giá thể hiệu xử lý nitơ hạn chế Nguyên nhân việc giảm T-N nước đầu là: + Do vi sinh vật sử dụng để chuyển hóa thành lượng tổng hợp tế bào sống + Q trình nitrate hóa khử nitrate hóa thành nitơ tự + Bị bay trình sục khí Q trình nitrate hóa khử nitrate hóa theo dõi thông qua thông số N-NO3-, N-NO2-, pH 4,5 3,5 Gía Trị 2,5 N-NO22 1,5 0,5 ngày kgCOD/m3ngay 1.5 kg COD/m3 2kg COD/m3 2.5kgCOD/m3ngay Tải trọng Hình 4.5: Đồ thị biến thiên N- NO2- theo thời gian SVTH: Lâm Ngọc Hoài Thu - 56 - MSSV: 107111173 Đồ án tốt nghiệp Đại Học Thử nghiệm công nghệ swim-bed xử lý NTCBTS-mô hình phịng thí nghiệm 100 90 80 giá 70 Trị 60 N-NO350 40 30 20 10 kgCOD/m3ngay 1.5 kg COD/m3 2kg COD/m3 Đầu vào Đầu 2.5kgCOD/m3ngay ngày Tải trọng Hình 4.6: Đồ thị biến thiên N-NO3- theo thời gian  Nhận xét: Nồng độ N-NO2-, N-NO3- nước thải đầu vào thấp (hầu khơng có N-NO2-