TRƯỜNGĐẠIHỌCLẠCHỒNG KHOACÔNGNGHỆSINHHỌC–MÔITRƯỜNG BÁOCÁONGHIÊ NCỨUKHOAHỌC ĐỀTÀI NGHIÊNCỨUHIỆUQUẢXỬLÝNƯỚCTHẢIAONU ÔITHỦYSẢNBẰNGCÔNGNGHỆMBBR (MOVINGBEDBIOFILMREACTION) SINHVIÊNTHỰCHIỆN BÙITHỊTHANHTÙNG N[.]
ĐẶTVẤNĐỀ
Trongnhữngthậpniênvừaqua,lĩnhvựcnuôitrồngthủysảncủaViệtNamđ ã cósựp háttriểnnhanhchóng,gópphầntíchcựcvàoviệccungcấpnguồnthựcphẩm,tăngcườngsả nlƣợngnuôitrồng,đónggópvàotổngkimnghạchxuấtkhẩuthủysảnlàrấtlớn.
Tuynhiên,sựp h á t triểnồ ạt,thiếuquihoạchcủangànhthủysảntrongnhữngnămgầ nđâyđặcbiệtlàtrongnuôicádẫnđếnmôitrường aobịônhiễmmộtc á c h nghiêmtrọng.Ônhiễmmôitrường,bệnhvàdịchbệnhđanglàmốiq uantâmhàngđầucủangườinuôicávàngườiquảnlýtrongnghềnuôitrồngthủysảnnóich ung.Cácnhànghiêncứuvànhậnđịnhrằngnguyênnhânchínhgâyônhiễmmôitrườngnước củacácvùngnuôithủysảnchínhlàcácloạithứcăn.Đểtăngcườngsảnlượngthuhoạchvàm anglạinhiềulợinhuậnthìngườinuôicásẵnsàngnuôivớimậtđộcaovàsửdụngmộtlượngt hứcănrấtlớnvàđadạng,cùngvớilƣợngh ó a chất,cácchấtkhángsinhđãgâyratìnhtrạngô nhiễmngàycàngnghiêmtrọngđángbáođộng.Từđóđƣarabiệnphápxửlývừaphùhợpvớ iđiềukiệnkinht ếvùng,lạivừađạthiệuquảxửlýcao,chútrọngđếnbiệnphápsinhtháigắnliề nvớit ựnhiênđồngthờihướngđếnpháttriểnbềnvữngđểbảođảmsảnlượngvàchấtlượng sảnphẩmtạoraổnđịnh,ngàycàngpháttriểnmộtcáchtốthơn.
Phươngphápthiếukhíítđượcquantâmdothờigianxửlýkéodài,thíchhợpchon hữngnơicódiệntíchrộnglớn.Phươngphápxửlýhiếukhívàkỵk híđượcápdụngnhiềuhơ n,chủyếulàhiếukhítăngcường(Aerotank)vàkỵkhíc ảitiếnUASBcóưuđiểmlàhiệusuất cao,thờigianxửlýngắn.Nhưngcảhaiphươngphápnày cũngcónhượcđiểmlà: kinhphívậnhànhcaodosửdụngđiệnc h o cácthiếtbịnhƣbơmvàmáythổikhí,khôngcókh ảnăngxửlýnướcthảibịônhiễmcao,tạoralượngbùnthảilớnvàtínhổnđịnhcủahệthốngth ườngkhôngc a o Kếthợpvớinhucầuthựctếvàkhắcphụcyếuđiểmcủacácphươngpháptr ƣớcđây,luậnvănnàytiếnhành“Nghiêncứuhiệuquảxửlýnướcthảiaonuôicábằngcông nghệMBBR–MovingBedBiofilmReactor”.
Sovớiquátrìnhbùnhoạttínht h ì quátrìnhdiễnratrongbểMBBRcókhảnăngloạibỏ chấtônhiễmcaohơndochuỗithứcăndàitronglớpmànghìnhthànhtrêngiáthểlơlửngtrongb ểcósốlƣợngnhiềuvàphongphúcácloàinhƣ:p r o t o z o a , metozoa,v i khuẩnvànấm.K hảnăngxửlýtrênmộtđơnvịthểtíchbểcao hơnquátrìnhbùnhoạttínhthôngthườngdosốl ƣợngsinhkhốitrênmỗiđơnvịthểtíchcủamàngvisinhcaohơn.Nhờquátrìnht ạomàngliê ntụcvàloạibỏphầnvisinhgiàchếtởphíangoài,điềunàylàmchotrẻhóanănglƣợng,visin hmớinhanhchóngpháttriển.Lƣợngbùndƣsinhraíthơnquátrìnhbùnhoạttính.Bêncạnh đó,côngnghệnàycókhảnăngchịusựbiếnđổivềthủylựcvàtảitrọngc a o hữucơcao.Dođóvi ệcđềxuấtsửdụngbểMBBRcóthểứngdụngtrongđiềuk i ệndiệntíchxửlýhạnhẹpvớichiphí xửlýíttốn,lànghiêncứubướcđầuphùhợpvớihướngđitrên.
MỤCTIÊUNGHIÊNCỨU
ĐỐITƢỢNGVÀPHẠMVINGHIÊNCỨU
Đốitƣợngnghiêncứu
Phạmvinghiêncứu
NỘIDUNGNGHIÊNCỨU
Thiếtkế,lắprắpmôhìnhMBBRvàđánhgiáhiệusuấtxửlýcủamôhìnhMBBR. Thiếtkếlắprắpmôhìnhgồm:01bểMBBR,01bểlắng
Vậnhànhmôhìnhvới cáctảitrọngCODđầuvàokhácnhaulầnlƣợtlà:0,6kgCOD/ m 3 ,0,9kgCOD/m 3 ,1,2kgCOD/m 3
PHƯƠNGPHÁPNGHIÊNCỨU
Phươngpháptổnghợpthôngtin
Thut h ậpc á c t à i l i ệuliênquan( thànhphầntínhc h ấtnướcthảiaonuôic á ,
… ) đƣợcthamkhảotừmộtsốcácluậnvănkhác,cáctàiliệuhộithảochuyênngànhcóli ênquan,tàiliệutìmhiểutrênmạng,từđótổnghợpnênsốliệuđángtincậy.
Phươngphápthựcnghiệmtrênmôhình
Tiếnhànhthiếtkế,lắpđặtmôhìnhthínghiệmtạiphòngthínghiệmkhoaMôiTrường– TrườngĐHBáchkhoa,Tp.HồChíMinh.
Phươngpháplấymẫuvàphântíchtrongphòngthínghiệm
Dùngc á c p h ư ơ n g p h á p phânt í c h t h e o tiêuchuẩnnướcngoài( S t a n d a r d s Methodsforwastewater),cáctiêuchuẩnV i ệtNamquyđ ị nhcùngv ớicáctiêuchuẩnhiện hànhđểphântíchcácthôngsốônhiễmtrongnướcônhiễm.
Phươngphápphântíchvàxửlýsốliệu
Q:Lưulượngđầuvào(hoặcđầura),mg/l C:NồngđộCODđầuvào(hoặcđầura),mg/ l.V:Thểtíchnướcthải,m 3 Xửlýsốliệu:Kếtquảphântíchđượcxửlýtheophươngphápthốngkêtoánh ọ c S ử dụngphầnmềmMicrosoftofficeExcelđểthốngkêsốliệuvàxâydựngbiểuđ ồ t h ể hiện:đầuvào,đầura,hiệusuấtxửlý,đườngquychuẩnxảthảichotừngchỉtiêumôitrườn g.
TÍNHMỚICỦAĐỀTÀI
CôngnghệMBBRhiệnnaychƣađƣợcápdụngnhiềuvàvẫncònlàcôngnghệkhám ớiởViệtNam.CôngnghệMBBRcónhiềuưuđiểmhơnsovớicôngnghệxửlýbằngbùnhoạtt ính,đặcbiệtlàtảitrọnghữucơvàhiệuquảxửlýcao,thờigianlưunướcngắn,d o đ ó s ẽ làmgi ảmdiệnt í c h mặtbằngx â y d ựngb ể.Đ ề tàimởramộthướngđicụthểchoviệcxửlýnướ cthảiaonuôithủysảndựatrêntiêuchícôngnghệxửlýđơngiản,nhỏgọn,dễvậnhànhphùhợp vớiđiềukiệnở ViệtNam.Kếtquảcủađềtàinghiêncứucóthểtriểnkhaiápdụngrộngrãiđốivớ inướcthảiaonuôithủysảnvàt ạ o điềukiệnthuậnlợichonhữngđềtàinghiêncứux ử lýcáclo ạinướcthảikhácbằngcôngnghệMBBR.
Tổngquanvềngànhnuôitrồngthủysản
Thànhphầntíchchấtnướcaonuôicá
Chấtlượngnướcaonuôithủysảnvàtácđộngcủachúngđếnmôitrườngsảnxuấtnông nghiệpvàsựbềnvữngcủangànhnuôitrồngthủysảnđƣợcnghiêncứut ạ i cáctỉnhA n Gian g,CầnThơ,ĐồngThápvàTràVinhnăm2009.Kếtquảcho thấynướcthảichứahàmlượngcácchấtdinhdưỡngcao(NH4-
N,P)vàcókhảnănggâyphúdưỡnghóanguồnnướcởcácvùnglâncận.Nướcaoxảrasôngc óBOD5c a ovàchứanhiềuvisinhvậtgâyhại(E.ColivàColiform).Cànggầnaonuôicá(
BTNMT,cộtB2),hầuhếtcácchỉtiêuchấtlượngnướcthảiaonuôicáđềuvượttiêuchuẩnnhi ềulần,DOsụtgiảm.C á c chỉtiêuTN,TPcũngcaogâyranguycơphúdưỡnghóanguồnnước chonguồntiếpnhận.Chấtlượngnướctrongcácaonuôithủysản,đặcbiệtlàcácmôhìnhnuôic ôngnghiệpđãchothấydấuhiệuônhiễmhữucơ(BOD,COD,NitơvàPhotphocaohơn tiêuchuẩnchophép).
Khảnănggâyônhiễmcủanướcthải
Mộtđiềuhếtsứcquantrọnglàcácmôhìnhnuôithâmcanhcàngcao,quymôcôngnghiệ pcànglớnthìlƣợngch ất thảivàmứcđ ộnguyhạicàngt r ở nêntrầmtrọngvàbiểuhiệnlàsựtổ nthấtdoônhiễmmôitrườngvàsựcốmôitrường.Chínhvìvậy,vấnđềxửlýnướctừcácaonuô ithủysảnlàvấnđềrấtbứcxúchiệnnayở
Tác động môi trường nước của nước thải NTTS
Môi trường thiếu oxy Dinh dưỡng thừa lắng Lây nhiễm
Vi khuẩn gây bệnh Làm tảo độc phát Cá bệnh khuvựcĐBSCL.Tácđộngcủachúngtậptrungtừnguồnthứcăndƣthừathốirủab ị phânh ủy,cácchấttồndƣsửdụngnhƣ:Hóachất,thuốckhángsinh,…
Cácchấthữucơchứatrongnướcthảiaonuôithủysảnchủyếulàđểphânhủy.Trongnướ cthảichủyếulàchứacácchấtnhƣcacbonhyrat,thứcăndƣthừa,khángsinh,… khixảvàonguồnnướcsẽcólàmgiảmnồngđộoxyhòatantrongnướcdovisinhvậtsửdụngox yhòatanđểphânhủycácchấthữucơ.Nồngđộoxyhòatand ƣớ i 50%nồngđộbãohòacók hảnănggâyảnhhưởngtớisựpháttriểncủatôm,cá.O x y hòatangiảmkhôngchỉgâysuytho áitàinguyênthủysảnmàcònlàmgiảmk h ả năngtựlàmsạchcủanguồnnước,dẫnđếngiảmc hấtlượngnướccấpchosinhh o ạ t vàcôngnghiệp.
Chấtrắnlơlửngcũnglàtácnhângâyảnhhưởngtiêucựcđếntàinguyênthủysinhđồngt hờigâytáchạivềmặtcảmquan(tăngđộđụcnguồnnước)vàgâybồilắnglòngsônggâycảntr ởsựlưuthôngnướccủatàubè…
NồngđộcácchấtNitơ,photphocaogâyrahiệntƣợngpháttriểnbùngnổcácloàitảo,đ ếnmứcđộgiớihạntảosẽbịchếtvàphânhủygâynênhiệntƣợngthiếuoxy.Nếunồngđộoxy giảmtới0gâyrahiệntượngthủyvựcchếtảnhhưởngtớic h ấ t lượngnướccủathủyvực.N goàira,cácloạitảonổitrênmặtnướctạothànhlớpmàngkhiếnchobêndướikhôngcóánh sáng.Qúatrình quanghợpcủacác thựcvậttầngdướibịngưngtrệ.Tấtcảcáchiệntượngtrêngâytácđộngxấutớichấtlượngnư ớc,ảnhhưởngtớihệthủysinh,nghềnuôitrồngthủysản,dulịchvàcấpnước.
Amoniarấtđộcchotôm,cádùởnồngđộrấtnhỏ.Nồngđộlàmchếttômcátừ1.2-3mg/ l.Tiêuchuẩnchấtlượngnướcnuôitrồngthủysảncủanhiềuquốcgiayêuc ầ u nồngđộAmon iakhôngvƣợtquá1mg/l.
Cácvisinhvậtđặcbiệtvikhuẩngâybệnhvàtrứnggiunsántrongnguồnnướclànguồnô nhiễmđặcbiệt.Conngườitrựctiếpsửdụngnguồnnướcnhiễmbẩnhayquac á c nhânt ố lâyb ệnhs ẽ truyềndẫncácbệnhdịchc h o n g ư ờ i nhưbệnhl ỵ , thươnghàn,bạiliệt,nhiễmkhu ẩnđườngtiếtniệu,tiêuchảycấptính Donướcthảiô nhiễmbởicácchấthữucơvàvôcơnê nkhixảthảiranguồnnướcsẽgâyảnhhưởngtrựctiếpđếnhệsinhtháinước:
Hàmlƣợngchấtrắnlơlửngcaogâynênhiệntƣợngbùnlắngvànảysinhđiềukiệnkịkhí, làmcảntrởánhsángmặttrờichiếuvàonước,gâyhủyhoạithủytinh,giảmlượngoxyhòatant rongnước.
Hàmlượngchấthữucơcaotrongđiềukiệnthiếuoxytrongnướcxảyraquátrìnhphân hủyyếmkhísinhrasảnphẩmđộchạinhư:H2S,mercaptangâymùihôit h ố i làmchonước cómàuđen.Hậuquảlàhệsinhtháitrongnướcbịhủydiệt,lànguồngốclâylandịchbệnhtheođ ườngnước,làmônhiễmtầngnướcngầm.
NếuhàmlượngPvàNcaosẽpháttriểnsựtăngtrưởngcủatảovàgâyphúdưỡnghó anguồnnước.Hợpchấtphosphostựnhiênkhôngđộchại,chỉcómộtsốloạitổnghợpestetru ngtínhcủaaxitPhosphoricdùnglàmhóachấtbảovệthựcvật làcótínhđộccao.P h o s p h o r cũnglànguyênchấtgâyrasựtáinhiễmbẩnnguồnnước,gâ ymùivàmàukhóchịu.
Gâyđộđụcchonướcdonướcthảicónhiềucặnvàchấtrắnlơlửng.Thờigianphânhủyc ácc h ấ t hữucơk é o dài,p h á t sinhnhiềuchấtđ ộ c hại,h ô i thốidẫntớinguồnnướckhông cókhảnăngtựlàmsạch.Đồngthờinguồnnướcchịutảilượnghữucơcao sẽcóthểbịchếtdosựthiếuoxyhòatantrongnước.Ngoàiranướcthảicủangànhchếbiếncòn khảnănglantruyềndịchbệnhtừcácxácthủysảnbịchết,t h ố i rửa….Chínhvìvậyảnhhưởn gdonguồnnướcthảitừcácxínghiệpngànhchếbiếnthủysảngâyralàrấtlớnnếukhôngđược xửlýsẽgópphầnlàmgiatăngmứcđ ộ ônhiễmmôitrườngtrênsôngrạch,ởcáckhuvựcnhàm áysảnxuất.
Cácphươngphápxửlýnướcthảiaonuôithủysản
Giớithiệu
Vớithànhphầnônhiễmlàcáctạpchấtnhiễmbẩncótínhchấtkhácnhau,từcá c loạich ấtkhôngtanđếncácloạichấtíttanvàcảnhữnghợp chấttantrongnước,việcxửlýnướcthảiaonuôilàloạibỏcácloạitạpchấtđó,làmsạchnước vàđưavàonguồntiếpnhậnhoặcđưavàotáisửdụng.Việclựachọnphươngphápxửlýt h í c h hợpthườngđượccăncứtrênđặcđiểmcủacácloạitạpchấtcótrongnướcthải.Cácp hươngphápchínhthườngđượcsửdụngtrongcáccôngtrìnhxửlýnướct h ả i sinhhoạtlà:ph ươngphápcơhọc,phươngpháphóahọc,phươngpháphóalý,phươngphápsinhhọc.
Phươngphápcơhọc
Phươngphápnàyhoạtđộngdựavàocáclựcvậtlýnhưtrọngtrường,lựclitâm,cánhgạt đ ểtáchnhữngchấtkhôngtan,cáchạtlơlửngcókíchthướclớnrakhỏinướcthải.
Phươngpháphóahọc
Phươngpháphóahọcgồmcácphươngphápsau:Oxyhóakhử,phảnứngphânh ủ y các chấtđộc hạihoặc tạokếttủa,keotụtạobông,…
Phươngpháphóalý
Phươngphápnàydựatrêncácquátrìnhvậtlývàhóahọcđểđưavàonướcthảichấtp hảnứngđểnógâytácđộngđếncácchấtônhiễm,biếnđổihóahọctạothànhcácchấtdễxửlýv àkhôngcòngâyônhiễmmôitrường.Phươngphápnàycóthểkếthợpvớicácphươngphápnhư cơhọc,hóahọc,sinhhọc.
Phươngpháphóalýbaogồm:keotụ,tuyểnnổi,traođổiion,hấpphụ,…
Phươngphápsinhhọc
Phươngphápnàydựavàokhảnăngsốngvàhoạtđộngcủavisinhvậtđểoxyh ó a cácli ênkếtcáchữucơphântándạngkeovàdạnghòatancótrongnướcthải.V i sinhvậtsửdụngcá cchấthữucơcósẳntrongnướcthảilàmnguồnthứcănnhưcacbon,nitơ,p h o t p h o , k a l i, … v i sinhvậts ử dụngvậtc h ấ t nàyđểkiếntạot ế bàocũngnhƣtíchlũynănglƣợngchoquátrìn hsinhtrưởngvàpháttriển.Chínhvìthếsinhkhốivisinhvậtkhôngngừngtănglên.
TổngquanvềcôngnghệMBBR(MovingBedBiofilmReactor)
GiớithiệuvềcôngnghệMBBR
MBBRlàmộtdạngcủaquátrìnhxửlýnướcthảibằngbùnhoạttínhbởilớpmàngsinhh ọc(biofilm).TrongquátrìnhMBBR,lớpmàngbiofilmpháttriểntrêngiáthểlơlửngtrongl ớpchấtlỏngcủabểphảnứng.Nhữnggiáthểnàychuyểnđộngđ ƣ ợ c trongchấtlỏngnhờhệth ốngsụckhícungcấpoxychonướcthảihoặcthiếtbịkhuấytrộn.
CôngnghệnàyđƣợcpháttriểntạiNorway(ThụyĐiển)vàocuốinhữngnăm1 9 8 0 và đượcsửdụngrộngrãitrênnhiềunhàmáycủacácnướctrênthếgiới.Trongnhữngnăm1980,ngườitasửdụngMBBRđểloạibỏNitơcủanguồnthảithảira
BiểnBắc.KỹsưvàquátrìnhnghiêncứusinhởThụyĐiểnnhậnrarằngtrongnhiềutrườnghợ pcầncómộtquátrìnhsinhhọcvớinồngđộsinhkhốicaođểtănghiệuquảxửlývàgiảmchiph í[Odgaardvàcộngsự,1991].Vớimụcđíchloạibỏchấthữucơ,ammoniavànitơcôngn ghệnàyđƣợcnghiêncứuvàđƣợcchứngt ỏ ƣuđiểmrõrêtquanhiềunghiêncứukhácnhau. CôngnghệMBBRlàcôngnghệkếthợpgiữacácđiềukiệnthuậnlợicủaquátrìnhxửlý bùnhoạttínhhiếukhívàbểlọcsinhhọc.B ể MBBRhoạtđộnggiốngnhƣquátrìnhxửlýbùn hoạttínhhiếukhítrongtoànbộthểtíchbể.Đâylàquátrìnhx ử lýbằnglớpmàngbiofilmvớisin hkhốipháttriểntrêngiáthểlơlửngmàgiáthểlơlửngnáylạidichuyểntựdotrongbểphảnứng vàđƣợcgiữbêntrongbểphảnứng.BểMBBRkhôngcầnquátrìnhtuầnhoànbùnnhƣcác p hươngphápxửlýmàngbiofilmk h á c , v ì vậynót ạ o điềukiệnthuậnlợic h o quátrìnhx ử lýbằngphươngphápbùnhoạttínhtrongbể,bởivìsinhkhốingàycàngđượctạoratrongquát rìnhxửlý.Cũnggiốngnhƣcácquátrìnhlơlửng,sinhkhốitrongbểMBBR cónồngđ ộ caohơn,dẫnđếnt h ể t í c h nhỏgọnhơnquátrìnhbùnhoạttínhthôngthường.Bể MBBRgồm2loại:bểhiếukhívàbểkịkhí.
Trongbểhiếuk h í s ự c h u y ể n độngcủac á c giát h ể đ ƣ ợ c t ạ o thànhd o s ự kh uếchtáncủanhữngbọtkhícókích thước trungbìnhđượctạoratừmáythổi.Trongkhi đóởbểkịkhí/thiếukhíthìquátrìnhnàyđƣợctạorabởisựxáotrộncủa cácgiáthểtrongbểbằngcánhkhuấy.HầuhếtcácbểMBBRđượcthiếtkếlớplướichắncódạn ghìnhtrụđặtthẳngđứnghaynằmngang.
Giáthểđộng
Nhântốquantrọngcủaquátrìnhxửlýnàylàcácgiáthểđộngcólớpmàngbiofilmdính bámtrênbềmặt.Nhữnggiáthểnàyđƣợcthiếtkế saochodiệntíchbềmặthiệudụnglớnđểlớpmàngbiofilmdínhbámtrênbềmặtgiáthểvàtạođ iềukiệntốiưuchohoạtdộngcủavisinhvậtkhinhữnggiáthểnàylơlửngtrongnước.
KaldnesMiljoteknologiASđãpháttriểnnhữnggiáthểđộngcóhìnhdạngvàk í c h t hướckhácnhau.Tùythượcvàođặctínhquátrìnhtiềnxửlý,tiêuchuẩnxảt h ả i vàthểtích thiếtkếbểthìmỗiloạigiáthểcóhiệuquảxửlýkhácnhau.Hiệntạitrênthịtrườngcó5loạigiáth ểkhácnhau:K1,K2,K3,NatrixvàBiofilmChipM.Thôngsốcácloạigiáthểsẽđƣợctrình bàyởbảng2.2.
STT Loạigiáthể Chấtliệu Kích thước(DxL)
Tấtcảcácgiáthểcótỷtrọngnhẹhơnsovớitỷtrọngcủanước,tuynhiênmỗiloạigiáthể cótỷtrọngkhácnhau.Điềukiệnquantrọngnhấtcủaquátrìnhxửlýnàylàmậtđộgiáthểtron gbể,đểgiáthểcóthểchuyểnđộnglơlửngởtrongbểthìmậtđ ộ giáthểtốiđatrongbểMBB Rnhỏhơn67%.Trongmỗiquátrìnhxửlýbằngmàngsinhhọcthìsựkhuếchtáncủachấtd inhdưỡng(chấtônhiễm)ởtrongvàngoàilớpmànglànhântốquantrọngảnhhưởngđến hiệuquảxửlý,vìvậychiềud à y hiệuquảcủalớpmàngcũnglàmộttrongnhữngnhântốqu antrọngảnhhưởngđếnhiệuquảxửlý.Chiềudàycủalớpmàngtrêngiáthểthôngthườngph ảinhỏhơn10m,điềunàycónghĩalàchiềudàycủal ớp màngr ấ t mỏngđ ể c ác c h ấ t din hdƣỡngkhuếchtánvàobềmặtcủalớpmàng.Đểđạtđƣợcđiềunàyđộxáotrộncủagiáthểtr ongbểlànhântốrấtquantrọngđể cóthểdichuyểncácchấtdinhdƣỡnglênbềmặtcủamàngvàđảmbảochiềudàicủalớpmàn gtrêngiáthểmỏng.
Nhữngnghiêncứukhácnhauđãchứngminhrằngnồngđộsinhkhối trênmộtđơnvịthểtíchbểlà3–4kgSS/m 3 ,giốngnhƣquátrìnhxửlýbằngbùnhoạttínhlơlửng.Vìvậy,tảitrọngthểtíchcủabểlớndosinhkhốihìnhthànhtrênlớpmàngbiofilmcao.
Khe khoảng trống cho phép dòng nước thải di chuyển
Hiệntƣợngbàomòncácgiáthểđộngxảyrakhicácgiáthểchuyểnđộngtrongbểlớn,các giáthểvachạmvàonhau,làmcholớpmànghìnhthànhtronggiáthểbongtrócvàgiảmhiệuqu ảcủaquátrìnhxửlý.
Lớpmàngbiofilm
Lớpmàngbiofilmlàquầnthểcácv i sinhvậtpháttriểntrênbềmặtgiáthể.Chủngloại visinhvậttrongmàngbiofilmtươngtựnhưđốivớihệthốngxửlýbùnh o ạ t tínhlơlửng.Hầu hếtcácvisinhvậttrongmàngbiofilmthuộcloạidịdƣỡng(chúngs ử dụngcacbonhữucơđ ể t ạ o r a sinhkhốimới)vớiv i sinhvậttùytiệnchiếmưuthế.Cácvisinhvậttùytiệncóthểsử dụngoxyhòatantronghỗnhợpnướcthải,nếuoxyhòatantrongnướcthảikhôngcósẵnthình ữngvisinhvậtnàys ử dụngNitric/
Nitratnhƣchấtnhậnđiệntử.Tạibềmặtcủamàngbiofilmvàlớpc h ấ t lỏngứđọngđểphânl ậplớpmàngbioflimvớichấtlỏngđƣợcxáotrộntrongbểphẩnứng.Chấtdinhdƣỡngvàoxykh uếchtánvàoxykhuếchtánqualớpchấtlỏngứ đọngtừhỗnhợpchấtlỏngxáotrộntrongbểM
BBRtớilớpmàngbiofilm.Trongk h i chấtdinhdƣỡngvàoxykhuếchtánthôngqualớpứđọ ngtớilớpmàngbiofilm,s ự phânhủysinhhọcsảnxuấtranhữngsảnphẩmkhuếchtántừlớp màngbiofilmt ớ i hổnhợpchấtlỏngđƣợcxáotrộntrongbểMBBR.Quátrìnhkhuếchtánvà ovàr a lớpmàngbiofilmvẫntiếptụcxảyrakhicácvisinhvậtpháttriển,sinhkhốiphát triểnngàycàngdàyđặc.Bềdàycủasinhkhốiảnhhưởngđếnhiệuquảhòatanoxyvàchấtbềm ặttrongbểphảnứngđếncácquầnthểvisinhvật.
Cácvisinhvậtởlớpngoàicùngcủamàngbiofilmlàlốivàođầutiênđểoxyh ò a tanvàch ấtbềmặtkhuếchtánquamàngbiofilm.Khioxyhòatanvàchấtbềmặtkhuếchtánquamỗilớ pnằmphíasausovớilớpnằmngoàicùngcủamàngbiofilmthìsẽđƣợccácvisinhvậttiêuth ụnhiềuhơnsovớilớpbiofilmphíatrước.S ự giảmnồngđộoxyhòatanqualớpmàngbiofilm đãtạoracáclớphiếukhí,tùytiện,thiếukhítrênmàngbiofilm.
Nhữngh o ạ t độngv i sinhvậtk h á c nhauxảyr a trongmỗilớpmàngnàyv ì nhữngv i si nhvậtđ ặ c trƣngp h á t triểntrongnhữngmôit r ƣ ờ n g khácnhautrênbiofilm.Vídụnhƣcá cv isinhvậttrongmỗilớpmàngbiofilmsẽcómộtmậtđột h í c h hợpnhấtđốivớimôitrườ ngoxyh oặcc ơ chấttronglớpmàngnày.Ở lớpmàngphíatrêncủamàngbiofilmkhinồngđộ oxyhóahòatanvànồngđộcơchấtc a o thìsốlượngvisinhvậthiếukhísẽchiếmưuthế.Ởlớ pbiofilmởsâuhơnkhinồngđộoxyvàcơchấtgiảmthìnhữngvisinhvậttùytiệnchhieemsƣ uthếhơnnhữngv i sinhvậtkhác.Trongnhữnglớpnày,quátrìnhNitrathóax ả y rakhiđóNi tratsẽtrởthànhchấtnhậnđiệntửđốivớivisinhvậttùytiện.Vìvậy,nhữngvi sinhvậtởlớpmàngbiofilmhaydínhbámtrênbềmặtgiáthểsẽbịảnhhưởnbởisựkhuếchtán oxyvàcơchấtgiảmdầnqualớpmàng.Khinhữngvisinhvậtbámdínhtrênlớpmàngbiofilmb anđầuyếuthìhoạtđôngxáotrộnsẽlàmrửatrôilớpmàngbiofilmnàyrakhỏigiáthể.
Tínhchấtcủamàngvisinhvật
Cácvikhuẩntạothànhbazơtừchuỗi thứcănthôngquahoạtđộngcủachấthữucơtr ongnướcthảiđãđượcxửlý.Cácchấthòatantănglênmộtcáchnhanhchóngtrongkhic á c phântửc h ấ t k e o b ị sụtgiảmt ạ o thànhc á c lớps ệ t Tạiđ ó , chúngtrảiquaquátrìnhgắn kếtvớienzymngoạibào,giảiphóngmộtlƣợngnhỏphântửmàchúngchuyểnhóađƣợc.Hệ visinhvậtgồmcócácthực vậthoạisinhsơc ấ p vàthứcấp,giốngnhưtronghệthốngtácnhânsinhtrưởnglơlửng,baogồ mcácloài:Achromobacterium,Alcaligenes,Flavobacterium,Pseudomonas,Sphaerot ilusvàZooglea.T u y nhiênkhônghoàntoàngiốngnhưtronghệ thốngt á c nhânsinhtrưởn glơlửng,sựphânbốcácloàinàycóthểthayđổivịtrítrongcácphảnứng.Tácnhânsinhtrƣ ởngbámdínhcũngbaogồmvikhuẩnNitrathóa,nhƣcác loài
Nitrosomonasvànitrobacter,thườngđượcpháthiệnởnhữngvùngcónộngđộcácc h ấ t hữ ucơlơlửngt h ấ p Sinhkhốitrongc á c thiếtb ị xửlýứ n g dụngquátrìnhmàngvisinhvậttƣ ơngđốilớn.Quátrìnhmàngvisinhvậtsảnsinhraítbùnhơntrongquátrìnhbùnhoạttínhvìch uỗithứcăndàihơn.
Nhữngtínhchấtvềsựloạibỏcơchấttrongquátrìnhmàngvisinhvậtkhácxavớiquátrìn hvisinhvậtlơlửngnhƣbùnhoạttính.Sựloạibỏcơchấtliênquanđếnquátrìnhloạibỏcáchạtrắ n,cáchạtlơlửng.Trongquátrìnhmàngvisinhvật,cácc h ấ t rắnhầunhƣkhôngthểxâmnhậ pvàotrongmàngvìhệsốkhuếchtánphântửcủacơchấttỷ lệnghịchvớikhốilƣợngphântửcủachúng.Cácchấtrắnnàybịgiữlạitrênbềmặtmàng,vàtrƣ ớckhicóthểxâmnhậpvàomàng,quátrìnhthủyphânp h ả i đượcdiễnratrướcđểbẻgãycácp hântửlớnthànhcácphântửnhỏhơn.
Vậnhànhhệthốngcủathiếtbịxửlý: Ƣuđiểmquantrọngnhấtcủaquátrìnhmàngv isinhvậtsovớiquátrìnhv isinhvậtlơlửn glàsự dễdàngtrongvậnhànhhệthốngxửlý.
Thờigiankhởiđộngcủaquátrìnhmàngvisinhvậtngắnvìhầuhếtsinhkhốisinhratíchl ũylạimàkhôngbịtiêuthụsớmtrongquátrìnhkhởiđộngkhímàngvisinhvậtcònmỏng.Chín hvìthếmàviệckhôiphụcvậnhànhcũngrấtnhanhngayc ả khimộtlƣợnglớnsinhkhốibịsu ygiảmdomộtlýdonàođó.Quátrìnhmàngcũngchịuđựngđượcsựthayđổibấtthườngvềtảitr ọnghữucơ.
Cóthểgiảithíchtrênhaiquanđiểmvềkhảnăngloạibỏnhữngcơchấtphânh ủ y chậm củaquátrìnhmàngvisinhvật.Nhữngcơchấtcóchứacácloạihợpchấthữuc ơ nhƣPolyvin ylAlchohol(PCA),LinearAlkylbenzeneSulfonate(LAS),Ligin,cáchợpchấtClohữucơ haycácchấtvôcơnhƣNitrat,Cyanid Nhữngh ợ p chấtnàyđềulàcácchấtkhóp hânhủysinhhọc,vàtốcđộtăngtrưởngcủacácloạivisinhvậtsửdụngcácloạihợpchấtđólà mcơchấtchínhrấtthấp.Vídụnhưt ố c độtăngtrưởngcủavikhuẩnNitrosomonaschỉbằng1/10tốcđộpháttriểncủa
E.coli.Cácloạivisinhvậtcótốcđộtăngtrưởngnhỏcókhảnăngpháttriển trongmàngvisinhvật.Vìvậy,đâylàmộtnguyênnhânmàquátrìnhmàngcókhảnăngloạibỏ cácloạichấthữucơphânhủychậm.Nguyênnhânthứhailiênquanđếntỷlệbềdàyhiệuquảc ủamàngđếnbềdàytổngcủamàng.Nóichung,tốcđộtiêuthụmộtcơchấtchậmliênquansos ánhvớisựvậnchuyểnbởiquátrìnhkhuếchtánphântửcủanó,độ sâumàphântửcóthểvàotronglớpmàngvisinhvật,tươngứngvớiđộsâucủalớpmànghiệuqu ả.Nóicáchkhác,thậmchínếutốcđộtiêuthụmộtc ơ chấtnhỏthìlƣợngvisinhvậtcầnthiếtsẽ rấtlớnvàngượclại.Vìvây,sựkhácbiệtvềkhảnăngphânhủysinhhọcsẽkhôngảnhhưởngtr ựctiếptớitốc độtiêuthụcủamàngvisinhvật.Điềunàylàmchomàngvisinhvậtcóưuđiểmvượttrộihơnq uátrìnhbùnhoạttínhthôngthườnglàkhảnăngphânhủychấthữucơphânhủychậm.
- Hiệuquảcaođốivớinướcthảicónồngđộônhiễmthấp: Đốivớiquátrìnhmàngvisinhvật,chỉcầnnồngđộcơchấtcaohơngiátrịcầnthiếtđềudu ytrìsựtraođôichất(giátrịrấtthấp),nướcthảivớinồngđộcơchấtthay đổitrongkhoảngr ộngđượcxửlýhiệuquả.Hơnnữanướcthảivớinồngđộcàngthấpcàngdễxửlý.
Khôngcókhảnăngkiểmsoátđượcsinhkhốidokhôngthểkiểmsoátđươcthờigianlưub ùnvàdođócũngkhôngthểkiểmsoátđƣợccácloàisinhvậtcótrongmàng.Đốiquátrình màngvisinhvật,sựđadạngsinhhọccao,dẫntớichỗithứcănk é o dàivàlàmgiảmhàmlƣợng bùndƣ.Dovậy,quá trìnhmàngvisinhvậtcórấtítc á c yếutốđiềukhiển,cónghĩalàdễvậnhành,nhƣngcũngkhóđ ểvậnhànhtrongmộtđiềukiệntốt.
8(BOD7) 5(BOD7) 2,5(BOD7) Sựnitơhóa(O2>5mg/l)
Trongquátrìnhmàngv i sinhvật,cá c yếutốđiềukhiểnquátrìnhl à m sạchnướclàsự vậnchuyểncơcơchấtvàoxyvàomàngvisinhvậtvàtốcđộphảnứngsinhhọccủavisinh.Màn gvisinhvậtcàngdày,nồngđộoxytrongnướcthảicàngc a o thìtốcđộphảnứngcàngcao.Th êmvàođóvậntốcnướcchảytrênbềmặtmàngđ ủ lớnđểduytrìbềdàylớpmàngvàđủnhỏđểtă ngcườngkhảnăngkhuếchtáncủacơchấtvàoxyvàotrongmọilớpmàng,hơnnữa,cầnphảit hiếtkếthiếtbịxửlísaochovậntốcnướcchảyđềumọinơitrongkhốivậtliệuđệm.
CácyếutốảnhhưởngđếnquátrìnhxửlíbằngcôngnghệMBBR
Diệntíchthựctếcủagiáthểlớn,dođónồngđộbiofilmcaotrongbểxửlýđến dẫnthểtíchbểnhỏ.Theocácbáocáochothấy,nồngđộbiofilmdaođộngtừ3 0 0 0 –
4000gTSS/ m 3, tươngvớinhữnggiátrịcóđượctrongquátrìnhbùnhoạttínhvớituốibùncao.Điềunày đƣợcsuyrarằng,vìtảitrọngthểtíchtrongMBBRc a o hơngấpvàilầntrongquátrìnhxửlýbằ ngbùnhoạttínhnênsinhkhốisinhra trongbểMBBRcaohơnnhiều.HiệuquảxửlýcủabểMBBRđốivớiquátrìnhxửlýkhácnhau ,đƣợctrìnhbàytrongbảng2.3
%làgiátrịđặctrưng.Tuynhiênmậtđộcủagiáthếđượcyêucầudựatrênđ ặ c tínhcủanướcthả ivàmụctiêuxửlýcụthể.Giátrịthấphơn67%thườngđượcs ử dụng.
Yếutốkháccóảnhhưởngđếnhiệu suấtlàdòngchảyvàđiềukiệnxáotrộntrongbểxửlý.Độxáotrộnthíchhợplàđiều kiệnlýtưởngđốivớihiệusuấtcủahệthống.Lớpmàngbiofilm.Vìvậy,lớpmàngbiofilmdày vàmịnkhôngđƣợcmongđ ợ i đốivớihệthống.Độ xáotrộnthíchhợpcó tácdụngloạibỏnhữngsinhkhốidƣvàduytrìđộdàythíchhợp.Độdàycủabiofilmnhỏhơn100micrometđốivớixửlýcơchấtluônđượcưutiên.Độxáotrộnthíchhợpcũngduytrịtốcđộ chảycầnthiếtchohiệusuấtquátrình.Độxáotrộncaosẽtáchsinhkhốirakhỏigiámangvàchí nhvìvậysẽlàmgiảmhiệusuấtcủaquátrìnhxửlý.Thêmvàođó,sựvachạmvàs ự masátcủagi áthểtrongbểphảnứnglàmchobiofilmtáchrờikhỏibềmặtphíangoàicủagiáthểKaldnes(gi ámangđƣợcsửdụngthựcnghiệm).Vìđiềunày,giámangMBBRđƣợccungcấpvớirìabên ngoàiđểbảovệsựhaohụtcủabiofilmvàs ự đẩymạnhpháttiểncủabiofilm.Diệntíchbềm ặtcủacácrìabênngoàikhôngđ ƣ ợ c tínhvàodiệntíchthựctếcủabiofilm.Diệntíchtrung bìnhhiệuquảcủagiámangMBBRđƣợcbáocáolàkhoảng70%tổngdiệntíchbềmặtđểmà ngbiofilmdínhbámvàogiáthểởphíabênngoàiíthơncủagiámang.Cóthểnhậnthấyđiềun àyquahình2.6
TheonghiêncứucủaS.Winogradsly(1980),saukhiquansátdướikínhhiểnv i lớpm ànglọctrongbểlọcsinhh ọ c nhỏgiọt,đ ã tìmthấyr ấ t nhiềuv i khuẩnZoogleal,c ác v i khuẩ nhìnhque,v i khuẩnhìnhsợi,nấmsợi,protozoavàmộtsốđộngvậtbậccao.
Mộttrongnhữngnghiêncứunhằmướclượngcácloạikhuẩntronghệthốnglọcsinhhọcn hỏgiọtđ ƣợc tiếnhànhbởiM.Hotchkissnăm1923.Kếtquảlàđã tìmt h ấ y nhiềuloạivik huẩnkhácnhauởđộsâukhácnhautrongbểlọc.Cácnhómvikhuẩnbaogồm:vikhuẩnk h ử nitrate,sulfatetạothànhtừprotein,phânhủyanbumin,khửsulfate,oxyhóasulfiteđƣợctạot hànhtừcácproteinnhiều nhấtởđộs âu0,3mvàgiảmdầnqualớplọc,vikhuẩnkhửsulfatehiệndiệnởnhiềubềmặtvàv i khuẩnoxyhóasukfuacónhiềunhấtởđộsâu1,6m;cácdạngvikhuẩnnitritegiatăngtheođộsâ uvàcósốlƣợnglớnhơncácdạngvikhuẩnnitrate.
Năm1925,S.L.NeavevàA.M,Buswellđãtiếnhànhnhữngthínghiệmtiếpt h e o vàt ìmthấymộtsốchủngvikhuẩn:phânhủypepton,phânhủygelatin,dạngnitrate,dạngnitritvà khửnitrate.Cóthểnhậnthấyrằng,cácvikhuẩnphânhủyhiệndiệnnhiềunhấtophầntrêncủab ểlọcvàcácvikhuẩnoxyhóacónhiềuởtầngdướibểlọcP r o t o z o a làloàiđượctìmthấynhiề unhấttrongh ệ thốngn à y : Sarcodina,Mastigophera,Suctoria,Psychoda,…
R.H.Hoclti(1943)đãđƣarabảngtómtắtcácvisinhvậthiệndiệntrongbế lọcsinhh ọ c nhỏgiọt.Loàiv i khuẩnđầutiênpháthiệnđ ƣ ợ c làdạngv i khuẩnZ o o g l e a l vớicácvikhuẩnnitatehóaxảyratronghệthốnglọcsinhhọcthấptải.Vikhuẩndạngsợidễdà ngpháthiệnhơnvikhuẩnZoogleal, baogồmBeggiatoavàS p h a e rt i l u s Beggiato adễpháthiệnkhichúnglàcácvikhuẩnoxyhóasulfuadạngsợi.Cácloạimầmthôngthường làFusariumvàLeptomitus.Ngoàiracòncótảolục,Stigeoclonium,vàtảoxanhlục,Cill atoria.Cácloạinấmthườngsuấthiệntrênbềmặtcủabểlọcnơicóánhsáng.ProtozoaAmip, Protozoaflagellated,Protozoac ómaobơitựdo,Protozoacómaodạngthân,đƣợc tìmthấyở cácphầnkháctrongbểlọc.
Vìsựkhôngthểxácđịnhdiệntíchthựcđƣợcbaobọcbởibiofilmtrênbềmặtcủagiáma ng,ngườitađưarahiệusuấtquátrìnhtheothểtíchbểphảnứnghaydiệnt í c h bềmặtgiáthể.Tu ynhiên,việcđánhgiáthểtíchbểphảnứngcóthểlàhệthốngđ ƣ ợ c sosánhvớihệthốngkhácm àsửdụngtoànbộthểtíchbểphảnứngđểxửlý.
15kgBOD7/ m 3, ngayởmức67%giámangđƣợclấyđầy(cungcấp335m 3diện tíchbềmặtgiáthếtrênm 3t h ể tíchbểphảnứng).NhữnggiátrịBOD7khôngcótrongtiêuchuẩncuaHoaKỳ.Tuynhiên,chún gphùhợpvớiPhươngPháptiêuchuẩncủa
NauyvànhữngứngdụngcủachúngđốivớiviệcthiếtkếbểphảnứngởMỹphảit h ự c hiệnm ộ t cáchthậntrọng.R u s t e n đ ã báoc á o rằng6 0 g BOD5/ ngàyt ư ơ n g đươngvới70gBOD5/ ngày,mặcdùnókhôngđƣợccụthểhóaxemthửgiátrịBODnàolàgiátrịtổngnàolàgiátrịhòat anđƣợc.Mặcdùvậy,sựquyđổinàysẽđƣợcs ử dụngdểđổicácgiátrịtảithànhgiátriBOD5c ơbản.
ƯuđiểmvànhượcđiểmcủacôngnghệMBBR
HệthốngMBBRkhôngcầnquátrìnhbùntuầnhoànvìv i sinhvậtdínhbámtrêngiát hểlơlửngvàđượcgiữlạitrongbể,nhữngphầnchếtđược loạibỏt h e o dòngnướcđầura Dođóchíphívậnhànhchoquátrìnhtuầnhoànbùnđƣợcgiảmđángkể.
Khôngnhƣquátrìnhbùnhoạttínhlơlửng,sựpháttriểncủavisinhvậtrongbểMB BRkhôngphụthuộcvàocácbướcphânhủychấtrắn,vìsinhkhốiluônđ ư ợ c tạomớitrongq uátrìnhvậnhành.Dođó,hệthốngMBBRđƣợcvậnhànhliêntụcmàkhôngcầnthaythếnguồn visinhmới.
Hệthốngcókhảnăngchịutảitrọnghữucơcaovàmàngsinhhọcc ó k h ả năngthíchứngk hinồngđộchấtônhiễmthayđổiđángkể.Mậtđộvisinhvậtxửlýtrênmộtđơnvịthểtíchcao:Mậtđộvisinhvậtxửlýtrênmộtđơnvịthểtíchcao hơnsovớihệthốngxửlýbằngphươngphápbùnhoạttínhlơlửngvìnồngđộvisinhtrêngiá thểkhácao,vìvậytảitrọnghữucơcủabểMBBRcaohơn.
Hiệuquảxửlýcao:VớiđặctínhcủamàngbiofilmthìhiệuquảxửlýđốivớiCOD,Ni tơkhátốtvìmàngbiofilmvừacókhảnăngloạibỏCOD,vừacóquátrìnhkhửNitơdomàngv isinhcócáclớphiếukhí,tùytiệnvàkỵkhí.
- Yêucầuvậnhành:phảiđảmbảogiáthểchuyểnđộnghoàntoàntrongbểvàkhôngcókhuv ựcchết,đồngthờisựcầnduytrìsựxáotrộncầnthiếtđểlớpmàngđ ủ mỏngđểtăngkhảnăngkhu ếchtáncủacơchấtvàoxyvàotronglớpmàng.
Tìnhhìnhnghiêncứucôngnghệtrongvàngoàinước
Nghiêncứungoàinước
Côngnghệsử dụnggiát hể diđộngMBB R (MovingBe dB i o f i l m Reaction)trênth ếgiớiápdụngkháphổbiến.Mộtsốcôngtrìnhđiểnhìnhtiêubiểutrênthếgiớimàchúngtôiđ ãthamkhảophụcvụchođềtàinghiêncứunhƣsau:
- Đềtài“Ứngdụngloạihìnhmớicủamànggiáthểdiđộngtrongphảnứngsinhh ọ c hiếuk h í ( B ể hiếuk hí –
S B R ) ” , SuntudS i r i a n u n t a p i b o o n , SuriyakitYomee,KhoaKỹthuậtmôitrường,Tr ƣờngnănglƣợngvậtliệu,ĐạihọcKỹthuậtThoburi,Bangkok,TháiLan,tháng11năm2004 ĐềtàichủyếunghiêncứuvềgiáthểdiđộngtrongbểSBRvớimậtđộvậtliệudiđộnglà1.925 ±0.21g/cm 3 ,hiệuquảloạibỏBOD5, T K Ncaohơn10–
CODcủaMB–SBR– aerobiccaohơn95%ngaycảkhihệthốngđượcvậnhànhvớinướcthảitổnghợpcóchứa800 mg/lBOD5vớiHRTrấtthấp1,5ngày.
HuiLin,KhoakỹthuậtMôitrường,Antoànsứck h ỏ e , TrườngĐạihọcKhoahọcvàcôngng hệĐàiLoan,tháng01năm2005.Đềtàiđ ã nghiêncứutrongđiềukiệnhệthốnghoạtđộngbìn hthường,ổnđịnh,quátrình loạibỏNH4 + - N,NO 3 -NvàCODtươngứng75%,92%và70%.
- Đ ề tài“Đánhgiáhiệntƣợngônhiễmsinhhọctrongnhữnghệthốngmàngsinhh ọ c lơlửng vàbámdính”,K.Sombatsompopa,C.Visvannathan*a,R BenAimb,chươngtrìnhQuả nlývafcoongnghệMôitrường,ViệnKỹthuậtChâuÁ,tháng12năm2005.
Nghiêncứutrongnước
Hiệntại côngnghệs ử dụnggiát h ể diđộngM B B R ( MovingB e d BiofilmReaction)vẫncònkhám ớimẻởnướcta.Hiệntại, CôngtyGiàyNgọcHà,GiaLâm
Vậtliệu
VậtliệuđƣợcchọnlàgiáthểMBBR,chọnloạigiáthểđộngthamgiavàoquátrìnhxửl ýlàgiát h ể loạiK3đượclàmtừpolyethylenevớiđườngkính25mm,chiềudài10mm,tổ ngdiệntíchbềmặtlà800m 2 /m 3 ,trongđódiệntích bềmặtt ạ o mànglà500m 2 /m 3và khốilƣợngriênglà0,16kg/m 3
Môhìnhnghiêncứu
268LýThườngKiệt,Quận10,ThànhphốHồChíMinh.Kíchthướcmôhình:35cmx25cm x17cmvớikíchthướclàmviệclà27cmx25cmx17cm,t h ể tíchbể11lít.Lượngnướctron gmôhìnhđượcduytrìtheolưulượngnướcthảiđ ầ u vàovàđầura.Đồngthờiphảiluônđảm bảodòngtuầnhoànsaochotỉlệlưulượngđầuvào,lưulượngtuầnhoànbùn,lưulượngtuần hoànnướctừbểhiếukhíđ ạ t cânbằng.
Cấutạomôhình
BểM B B R hiếuk h í đ ƣ ợ c làmbằngarcrylic,thểt í c h 11L,vớichiềucaoH5 cm,chiềurộngBcmvàchiềudàiL%cm,thểtíchvậtliệuchiếm60%thểtíchnướctron gbể,nồngđộbùntrongbểlà2500mg/L.Đáybểđƣợcthiếtkếc ó vanxảbùn.
Nguyêntắchoạtđộng
NướcthảiaonuôithủysảntừthùngchứađượcđưavàobểMBBRbằngmáybơmđịnhl ượng.TạibểMBBRnướcthảiđượctiếpxúcvớigiáthểdiđộngMBBRvàđược xáotrộnkhíbởihệthống sụckhí.GiáthểMBBRchiếmkhoảng60%diệnt í c h bể.Khíđ ƣ ợ c phânphốiđềutrongbể quabốnviênđábọtloạitrungvàlưulượngthổikhítrongbểMBBRđượcđiềuchỉnhsaocho nồngđộDOtrongbểdaođộngtrongkhoảng2–3 mg/
Lnhằmcungcấpđủlƣợngoxyvàđộxáo trộnvừap h ả i trongbểtránhlàmbôngtrócvisin hvậtbámtrêncác giáthểMB B R khiđộx á o trộnquálớnnhằmđạtđƣợchiệuquảxửlýcaon hất.
NướcthảitrongbểMBBRsaukhithờigianlưucầnthiếtsẽđượcchảytrànsangbểlắ ngđứng.Tạibểlắngđứng,bùnsẽđượclắngxuốngđáybểvàphầnnướctrongsẽđượcchảytrà nquaốngthunướcsạchsauxửlývàchoranguồntiếpnhận.
Quytrìnhnghiêncứu
Giaiđoạn2:VậnhànhmôhìnhMBBRhiếukhívớitảitrọngthíchhợp.Hệs ố tuầnh oànnộibộlàIR=1.BểMBBRhiếukhíđượcvậnhànhvớithờigianlưunướckhácn hauđểxácđịnhhiệuquảxửlýCOD,TN,TPtốiưu.
Quátrìnhhìnhthànhlớpmàngbiofilmtrêngiáthểđộngđòihỏimộtkhoảngt h ờ i gia nkhádài(theoKofiAsiedu,2001)thờigianhìnhthànhlớpmànglà
24ngàyvàlớpmàngbiofilmdễbịbongt r ó c rakhỏigiát h ể độngkhiđộxáotrộntrongbểlớ n(lưulượngcấpkhílớn).Tuynhiên,khilớpmàngvisinhvậtđãhìnhthànhổnđịnhtrêngiáth ểđộngthìkhảnăngdínhbámcủalớpmàngđốivớiđộ xáotrộntrongbểcaohơn.Vìvậy,quátrìnhtạomàngbiofilmsẽđƣợcthựchiệnt h e o dạngt ừngmẻtrướckhitiếnhànhcácthínghiệmtiếptheotrongquátrìnhx ử lýnướcthải.Tronggia iđoạnnày,tiếnhànhquátrìnhtạomàngbiofilmchogiát h ể độngvớilưulượngsụckhínhẹsa ochonồngđộDOtrongbểdaođộngtừ2-3mg/
Lđốivớiphươngpháphiếukhí.Bùnhoạttínhđượcthêmvàobểởgiaiđoạnđ ầ u đểbổsun ghàmlƣợngvisinhgiúpchoquátrìnhhìnhthànhmàngnhanhhơn,nồngđộbùntrongbểhiếu khílà1700mg/L.
CácbểMBBRhiếukhívậnhànhtheochếđộthủcông,sau24giờxửlývà30phútlắng ,nướcthảiđượcxảrangoàibằngvanxảnướcđặtcáchđáybể10cm.N ư ớ c t h ả i aonuôit h ủ y sảnt h ô banđầucónồngđộCODdaođộngkhoảngtừ200mg/lđến600m g/l.SửdụngdungdịchNatricacbonat(NaHCO3)đểđiềuchỉnhp H nằmtrongkhoảng6.5– 7.5đểđảmb ả o p H nằmtrongkhoảnghoạtđộngtốiưucủavisinhvật.
Trongquátrìnhnày,thường xuyêntheodõivàghinhậnmỗingàys ự hìnhthànhmàn gcũngnhƣsựpháttriểncủavisinhvậttrêngiáthể.PhântíchchỉtiêuC O D đầuvàovàđầur acủamôhình,nồngđộTScủagiát h ể , màusắcvàhìnhdạngcủalớpmàngvisinhdínhbámtr êngiáth ể độngth eo thờigianthínghiệmđểk h ả o sátsựhìnhthànhlớpmàngbiofilmtron gbểMBBRhiếukhí.
Thôngsố NồngđộCODđầuvào(mg/L) Tảitrọnghữucơ(kgCOD/m3.ngày)
Bảng3.4.CácthôngsốvậnhànhcủamôhìnhMBBRhiếukhí Thờigian(ngày) HRT(h) Mậtđộgiáthể(%) DO(mg/L)
Phươngphápxácđịnhcácthôngsốthínghiệm
Cácchỉtiêuđượcxácđịnhtheophươngphápchuẩnxácđịnhchoxétnghiệmnướcvàn ướcthảiđượcthựchiệntheohướngdẫncủaStandardMethodsfortheExaminationof WateranhWastewater (SMEWW,EationDAandAWWA (Jointe d s 1998).
Thôngsố Phươngphápxácđịnh Đơnvị Thiếtbị pH 4500 – H+B
DO Điệncựcoxyhòatan–máyđoo xy mg/l WQC-22A
Giấylọcthủytinh.Bộh út chân k h ô n g T ủ nung.Cânphântí ch
E.CadimiumReductionMethod mg/l Cột cadium,Máy
Quátrìnhvậnhànhthínghiệm
Tronggiaiđoạnnày,nguồnnướcthảicấpchomôhìnhsẽđượclấytừxãTânN h ự t , H uyệnBìnhChánh,TP.HồChíMinh
SaukhihiểuquảxửlýCODởthínghiệmthíchnghiổnđịnh,hìnhthànhlớpmàngmỏn gbámdínhtrêngiát h ể , tabắtđầutiếnhànht h í n g h i ệ m 1ứngvớitảitrọng0.6kgCOD/ m 3 ngày.
SaukhihiểuquảxửlýCODởthínghiệm1ổnđịnh,tabắtđầutiếnhànhthínghiệm2ứn gvớitảitrọng0.6kgCOD/m 3 ngày.
Cácchỉtiêutheodõi:pH,COD,PO4 3-,N-NH3,N-NO 2 ,N-NO3,.
SaukhihiểuquảxửlýCODởthínghiệm2ổnđịnh,tabắtđầutiếnhànhthínghiệm3ứn gvớitảitrọng0.9kgCOD/m 3 ngày.
Cácchỉtiêutheodõi:pH,COD,P-PO4 3-,N-NH3,N-NO 2 ,N-NO3.
COD vào (mg/l) COD ra(mg/l) 80
NghiêncứukhảnăngxửlýhợpchấthữucơvàhiệuquảxửlýCOD
Nghiêncứukhảnăngloạibỏchấthữucơcóý nghĩacầnthiếttrongthựctiễnvậnhànhhệ thốngvàquảnlýmôitrường.GiátrịCODđầuvàolàcơsởchoviệclựachọnthiếtkếcáccông trìnhxửlýtrongtoànhệthống.KếtquảCODđầuracóđ ƣ ợ c khôngnhữngphảnánhhiệuqu ảxửlýloạibỏchấthữucơcủahệthốngxửlýmàcòngiúpchocácnhàvậnhànhđưarahướng giảiquyếtđểdòngthảiđạttiêuc h u ẩ n thảichophép.
COD vào (mg/l) COD ra(mg/l) QCVN Hiệu suất xử lý(%) 400
COD vào (mg/l) COD ra(mg/l)
Tải 0.6 KgCOD/m3.ngày Tải 0.9 KgCOD/m3.ngày Tải 1.2 KgCOD/m3.ngày
95%.Vớinồngđ ộ chấthữucơđầuvàotheoCODtrungbình200mg/l-580mg/ lvàđầuratrungbình12mg/l-49mg/ lđạttiêuchuẩnxảthảitheoyêucầu.KhảnăngxửlýCODđạttrên70%.
HiệuquảkhửCODcòndaođộngởtảitrọng0.6kgCOD/m 3 ngày,hiệusuấtchỉ đạt60%-
90%vìởtảitrọngnày,khảnăngvàthờigiannướctiếpxúcvớigiáthểcònthấp,cácvisinhvật dínhbámtrêngiáthểkhôngkịpphânhủyhếtchấthữucơlàmhiệuquảxửlýCODgiảm.Ổnđị nhnhấtvàhiệusuấtcaonhấtlàởtảitrọng0.9kgCOD/m 3 ngày.
(mg/l) Hiệu quả xử lý
NH3 vào (mg/l) NH3 ra (mg/l) QC Hiệu suất xử lý (%)
HiệuquảxửlýN-Amonia
Hình4.5SựthayđổiNH 3 ứngvớitảitrọng0.6kgCOD/m 3 ngày
Hình4.6SựthayđổiNH 3 ứngvớitảitrọng0.9kgCOD/m 3 ngày
NH3 vào (mg/l) NH3 ra (mg/l) QCVN Hiệu suất xử lý % 20
Tải 0.6 KgCOD/m3.ngày Tải 0.9 KgCOD/m3.ngày Tải 1.2 KgCOD/m3.ngày
Hình4.7SựthayđổiNH 3 ứngvớitảitrọng1.2kgCOD/m 3 ngày
Nồng độ NO 2 - Hiệu suất xử lý %
NO2 vào(mg/l) NO2 ra (mg/l) QCVN hiệu suất xử lý (%) 0.4
98%.Nướcthảicónồngđộđầuvàotừ8mg/l–26mg/ l,nướcthảiđầuracónồngđộtừ0.1mg/l–3.4mg/l.Mặc dùhiệusuấtcaonhƣngtảitrọng0.9kgCOD/m 3c h ƣ a đạttiêuchuẩnxảthải.
Hiệuquảxửlýnitrite(NO2 )
Hình4.9SựthayđổiNO - ứngvớitảitrọng0.6kgCOD/m 3 ngày
Nồng độ NO - Hiệu suất xử lý %
NO2 ra (mg/l) NO2 vào (mg/l) QCVN hiệu suất xử lý (%)
Hình4.10S ự thayđổiNO - ứngvớitảitrọng0.9kgCOD/m 3 ngày
Hình4.11SựthayđổiNO - ứngvớitảitrọng1.2kgCOD/m 3 ngày
Hiệu suất xử lý NO 2 %
Tải 0.6 KgCOD/m3.ngày Tải 0.9 KgCOD/m3.ngày Tải 1.2 KgCOD/m3.ngày
- trungbìnhở3tảiđạttừ71–97%.Nồng độ NO2 đầur a của nước thảiở 3 tảitrọng 0.6 kgCOD/m.ngày, 0.93 kgCOD/m 3 ngàyvàtảitrọng1.2kgCOD/m 3 ngàyđạtQCVN08:2008/
NO3 ra (mg/l) QCVN Hiệu suất xử lý (%)
Hiệuquảxửlýnitrate(NO3 )
Hình4.13.SựthayđổiNO 3 ứngvớitảitrọng0.6kgCOD/m.ngày
Hình4.14.S ự thayđổiNO 3 ứngvớitảitrọng0.9kgCOD/m.ngày
Hiệu quả xử lý % (mg/l)
NO3 ra (mg/l) QCVN Hiệu suất xử lý (%)
Hình4.15.S ự thayđổiNO 3 ứngvớitảitrọng1.2kgCOD/m.ngày
Tải 0.6 KgCOD/m3.ngày Tải 0.9 KgCOD/m3.ngày Tải 1.2 KgCOD/m3.ngày
Qua3đồchothấynồngđộđầuvàocủachỉtiêuNO3 - daođộngtừtừ0.23– 1.14mg/lvànồngđộđầuracủachỉtiêuNO3 -dao độngtừ0–0.23mg/l.Hiệusuấtx ử lýđạttừ 75– 95%vàcósựổnđịnhtrong3tải.
(mg/l) Hiệu suất xử lý %
Ra (mg/l) QCVN Hiệu suất xử lý (%)
Nồng độ PO 2- Hiệu suất xử lý %
Ra (mg/l) QC Hiệu suất xử lý (%)
HiệuquảxửlýPhospho
Hình4.17.SựthayđổiPO 2 - ứngvớitảitrọng0.6kgCOD/m 3 ngày
Hình4.18.SựthayđổiPO 2 - ứngvớitảitrọng0.9kgCOD/m 3 ngày
(mg/l) Hiệu suất xử lý %
Ra (mg/l) QCVN Hiệu quả xử lý (%) 1.500
Tải 0.6 kgCOD/m3.ng Tải 0.9 kgCOD/m3.ng Tải 1.2 kgCOD/m3.ng
Hình4.19SựthayđổiPO 2 - ứngvớitảitrọng1.2kgCOD/m 3 ngày
Photphođầuvàotrongthínghiệmdaođộngtrongkhoảng0,1–0.92mg/ l.Biểuđ ồ thểhiệnkhảnăngkhửphotphotrongnướcthảicósựchênhlệchrõrệtgiữacáct ả i trọng:hiệusuấtxửlýphotphocaonhấtởtảitrọng1,2kgCOD/.m 3 ngàyvàthấpnhấtởtảitr ọng0.6kgCOD/.m 3 ngày.
Qua3 biểuđ ồ c h o thấyhiệusuấtx ử lýtrungbìnhcủa3 tảiđạtt ừ 6 8 –
KẾTLUẬN
ĐềtàinghiêncứukhảnăngxửlýnướcthảiaonuôithủysảnbằngcôngnghệM B B R ( MovingBiofilmBedReactor).Môhìnhnàyđƣợcpháttriểntrongnhữngnămgầnđây,đ ặcđiểmnổibậtcủakĩthuậtnàylàđápứngđượctốtsựbiếnđộngcủanướcthảivềmặtlưulượ ngvàđộônhiễm,khảnăngxửlýtrênmộtđơnvịthểt í c h bểcaohơnquátrìnhbùnhoạttínhth ôngthườngnhờquátrìnhtạomàngliêntụcvàloạibỏphầnvisinhgiàchếtởphíangoàigiúp trẻhóanănglƣợng,visinhp h á t triểnnhanhchóng.Côngnghệnàycòncókhảnăngchịusự biếnđổivềthủylựcvàtảitrọnghữucơcao,chiphíxửlýít,diệntíchxâydựngthấp.
TừcáctàiliệuthamkhảovàkếtquảnghiêncứutrênmôhìnhMBBRmàđốitƣợngnghi êncứulànướcthảiaonuôithủysảnđượclấyởxãTânNhựt,HuyệnBìnhChánh,TP.HồChíMin hnhƣsau:
Hiệuquảx ử lýphosphogiảmxuốngkhitảitrọngtăng.hiệuquảxửl ý p h o s p h o r tr ungbìnhlà60–85%.
- HiệuquảxửlýN-NH + đạttừ 70–96%. đạttừ 75–98%. đạttrên85%.
KIẾNNGHỊ
Dohạnchếvềthờigiancũngnhƣđiềukiệnthínghiệmnênđềtàicònmộtsốhạnchếnh ƣtrongquátrìnhthínghiệmkhôngtránhkhỏicácsaisốtrongthínghiệm,chỉnghiênc ứutrênmộtloạivậtliệugiáthể, Đểnghiêncứucógiátrịkhoahọc caohơn,đềtàicầnnghiêncứutiếpcácnộidungnhƣsau:
Dođềtài chỉ đƣợcthựchiệnởquymôphòngthínghiệmnêncònnhiềuhạnc h ế c h ƣ a đánhgiáh ế t hiệusuấtx ử lýcủamôhìnhM B B R d o đ ó cầncónhữngnghiêncứusâuhơnngoà ithựctếtrướckhiápdụngcôngnghệnàyvàođờisốngnhằmđemlạihiệuquảcaonh ấtcóthể,tănghiệuquảkinhtế.
1 LâmMinhTriết( c h ủ biên)( 2 0 0 8 ) X ử l ý n ư ớ c thảiđ ô t h ị vàc ô n g nghiệp–
2 LêVănCát(2007).XửlýnướcthảigiàuhợpchấtNitơvàPhospho.NXBKhoah ọ ctựnhi ênvàcôngnghệ,HàNội.
3 NguyễnPhướcDân.Giáotrìnhxửlýnướcthải.TrườngĐạiHọcBáchKhoa– Đ ạ i HọcQuốcGiaTP.HCM.
6 LuậnvăntốtnghiệpthạcsĩcủaHuỳnhT h ịNgọcHân(tháng10năm2009)“ Nghiêncứ uhiệuquảxửlýnướcthảichếbiếnthủysảnbằngmôhìnhMBBR”
WPCF(1998).S t a n d a r d Methodsf ort he Ex am in at io no f WaterandWastew ater.WashingtonDC.
8 AlmaMasic,JessicaBengtsson,MagnusChristensson(2010).M eas uri ng andm o d e l i n g theoxygenprofileinanitrifyingMovingBedBiofilm
9 BjornRusten,BirnarEikebrokk,YngveUlgenes,EivindLygren(2006).Designa n d o perationsoftheKaldnesmovingbedbiofilmreactor.Aquateam–
Norwegian WaterT e c h n o l o g y Center,Norway.Aquaculturalengineering34,P 322-311.
10.KofiAsiedu(2001).Evaluating Biological T r e a t m e n t Systems.Department ofC i v i l andEnviromenttalEngineering,Blacksburg,Virginia.
AndrésLabelle,PiereJu t e a u, MarioJolicoeur,RichardVillemur,S e r g e Parent,Yv esComeau(2005).Seawaterdenitrificationinaclosedmesocosmby asubmergedmovingbedbiofilmreactor.DepartmentofCivil,Geologicaland MiningEngineering,S t a t i o n C e n t r e - v i l l e , M o n t r e a l ( Q C ) C a n a d a Waterr e s e a r c h 39,P.3409-3417.
MinZhan(2004).B i o l o g i c a l n i t r o g e n removalmoving biofilsystem.Natio nalUniversityo f Ireland,Galway,Ireland.Bioresourcetechnology93,P.313-319.
13.M.Plattes,E Henry,P M S c h o s s e l e r , A.Weidenhaupt( 2 0 0 6 ) Modelingand dynamicsimulationofamovingbedbioreactorforthetreatmentofmunicipa lwastewater.Luxembourg.BiochemicalEngineeringJournal32,P.31-68.
14.RhodesR C o p i t h o r n e t al(2010).B i o f i l m r e a c t o r W E Fp r e s s , Alexa ndria,Virginia.
15.S.MBorghei,S.H.Hoseini(2004).Thetreatmentofphenolicwastewaterusinga m o c i n g b e d b i o f l m r e a c t o r SharifUnivetsityo f technology,Tehran,Iran,P r o c e s s Biochemistry39,P.1177-1181.
KristaTakacs,JamesCollins( 2 0 0 8 ) MunicipalNutrientRemovalTechnologie sReferenceDocument.Volumel-Technicalreport.U.S.EnviromentalProtectionAgency.
Nitrogen removal from on-site treated anaerobic effluents using intermittentlya e r a t ed movingbedbiofilmreactorsatlowt e m p e r a t u r e s Finland.Waterresearch4
19.M.Plattes,D.Fiorelli,S.Gille,C.Giard,e.Henry,F.Minette,O.O’Nagy,P.M.Sc hosseler(2007).M o d e l l i n g a n d dynamics i m u l a t i o n o f a m o v i n g b e d bioreactorusingr e s p i r o m e t r y f o r t h e e s t i m a t i o n o f
QCVN08: 2008/ BTNMT, CộtB2 Đầuvào(mg
/l) Đầura(mg /l) Đầuvào(m g/l) Đầura(mg /l) Đầuvào(m g/l) Đầura(m g/l)
QCVN0 8:2008 /BTNM T,CộtB2 Đầuvào(mg
/l) Đầura(mg /l) Đầuvào(m g/l) Đầura(mg /l) Đầuvào(m g/l) Đầura(mg /l)
QCVN0 8:2008 /BTNM T,CộtB2 Đầuvào(mg
/l) Đầura(mg /l) Đầuvào(m g/l) Đầura(mg /l) Đầuvào(m g/l) Đầura(mg /l)
QCVN0 8:2008 /BTNM T,CộtB2 Đầuvào(mg
/l) Đầura(mg /l) Đầuvào(m g/l) Đầura(mg /l) Đầuvào(m g/l) Đầura(mg /l)
QCVN08: 2008/ BTNMT, CộtB2 Đầuvào(mg
/l) Đầura(mg /l) Đầuvào(m g/l) Đầura(mg /l) Đầuvào(m g/l) Đầura(m g/l)
Việcphânhạngnguồnnướck h á c mặtnhằmđánhgiávàkiểms o á t c h ấtlượngnước,phục vụchocácmụcđíchsửdụngnướckhácnhau:
Dùngchomụcđíchcấpnướcsinhhoạtnhưngphảiápdụngcôngnghệxửlýphùhợp,bảotồnđộng thựcvậtthủysinh,hoặccác mụcđíchsửdụngnhƣloạiB1vàB2.
A3-Dùngchomụcđích tướitiêuthủylợihoặc cácmụcđích sửdụngkháccóyêucầuc h ấtlượngnướctươngtựhoặccácmụcđíchsửdụngnhưloạiB2.
26 Clorua(khôngápdụngkhixảthả iv à o n g u ồnnướcmặn,nướclợ