TỔNG QUAN
Nguồn gốc phát sinh nước thải
Hiện nay, Việt Nam nói chung và tỉnh Bến Tre nói riêng đang gặp một vấn đề nan giải về quy hoạch cơ sở giết mổ tập trung Chỉ riêng trên địa bàn huyện bàn huyện Ba Tri vẫn còn 39 cơ sở giết mổ bò, lợn với quy mô sản xuất nhỏ lẻ, hộ gia đình, chưa thực hiện được quy hoạch Các cơ sở giết mổ lợn chủ yếu tiêu thụ tại các chợ trên địa bàn huyện Không đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm, vệ sinh môi trường và xử lý nước thải sau giết mổ [3] Việc xả nước thải, chất thải rắn không qua xử lí trực tiếp vào môi trường ao hồ sông suối gây ảnh hưởng nghiêm trọng tới sức khỏe người dân xung quanh Ngoài ra, lượng chất thải còn có thể gây ra nhiều bệnh dịch, ký sinh trùng bám vào sản phẩm giết mổ, gây ngộ độc cho người tiêu dùng Nước thải của các cơ sở giết mổ động vật gồm có thịt, mỡ, một số phụ phẩm xương (chiếm 30-40%), nội tạng, da, lông của các loại gia súc (trâu, bò, heo, dê), rất giàu các chất hữu cơ ( protein, lipit, các axit amin, N-amon,…) Nguồn N-amin cao, nhưng các nguồn dinh dưỡng khác lại thấp đặc biệt là nguồn phosphat Ngoài ra, nước thải còn từ các phân xưởng giết mổ, chế biến, nước rửa thiết bị, nước vệ sinh, nước làm sạch khí, nước ngưng ở lò hơi
Hình 1 1:Cơ sở đang tiến hành giết mổ lợn
Trong nước thải, hợp chất hữu cơ chiếm khoảng 70% – 80% gồm cellulose, protit, axit amin Trong nước thải chứa nhiều loại vi trùng, virut và trứng giun sán gây bệnh như: virus lở mồm long móng, Brucella, Salmonella, Leptospira, Microbacteria tuberculosis,…
Do lượng nước thải sử dụng nhiều nên lượng nước thải thải ra rất lớn, ước tính trung bình mỗi con heo khi giết mổ thải ra gần 0,5 m3 nước thải [13]
Tính chất nước thải là có nồng độ chất rắn cao, BOD, COD khá cao và luôn luôn chứa một lượng lớn các chất hữu cơ bao gồm các hợp chất cacbon, nito, photpho… Các hợp chất hữu cơ này làm tăng độ phì của nước đồng thời dễ bị phân hủy bởi các vi sinh vật, gây mùi hôi thối, làm ô nhiễm nguồn nước Nước thải trong giai đoạn này được quan tâm nhiều vì tính chất đặc thù riêng của ngành giết mổ Nước thải giết mổ thường chứa các thành phần hữu cơ như máu, mỡ, protein, nitơ, phospho, các chất tẩy rửa và các chất bảo quản thực phẩm Lượng huyết rơi vãi trong và sau công đoạn chọc tiết và lượng huyết ứ động trong bụng heo là một trong những nhân tố làm nước thải tại các cơ sở ô nhiễm một cách trầm trọng, là nguyên nhân làm cho thành phần các chất hữu cơ trong nước thải tăng cao
Vì các tính chất trên của nước thải giết mổ nên nếu không được xử lý sẽ cực kỳ nguy hại đến sức khỏe con người nếu xả trực tiếp ra môi trường Ngoài ra việc xử lý nước thải còn là một phần để đánh giá vệ sinh của an toàn thực phẩm và uy tín cạnh tranh của sản phẩm trên thị trường Nước thải ra môi trường phải đạt QCVN 40:2011/BTNMT Và một trong những biện pháp phù hợp trong xử lý nước thải giết mổ là biện pháp sinh học Trong nghiên cứu này biện pháp sinh học được áp dụng là công nghệ sinh học hiếu khí Nguyên tắc của công nghệ là sử dụng các vi sinh hiếu khí phân hủy các chất hữu cơ trong nước thải có đầy đủ oxy hòa tan ở nhiệt độ, pH,… thích hợp [14]
Thành phần nước thải giết mổ
Dưới đây là các chất ô nhiễm đều có trong nước thải giết mổ (Bảng 1)
Bảng 1: Các thông số ô nhiễm có trong nước thải giết mổ [22]
STT Thông số Đơn vị Giá trị đầu vào QCVN
Thành phần của nước thải tại các trại chăn nuôi – giết mổ gia súc – gia cầm khá phức tạp: một lượng lớn nước thải là từ hoạt động giết mổ, bên cạnh đó còn có nước thải sinh hoạt của công nhân lao động, nước rửa chuồng trại nước vệ sinh dụng cụ giất mổ, chế biến, Nước thải từ những nơi này còn có một lượng lớn dầu mỡ và nồng độ chất hữu cơ lớn, bên cạnh đó còn có Nito, Photpho, các chất bảo quản thực phẩm, lông, xương động vật và thức ăn thừa,
Tính chất vật lý của nước thải giết mổ bao gồm chỉ tiêu về chất rắn, độ đục, mùi vị, màu sắc, nhiệt độ và lưu lượng Chất thải rắn chủ yếu là lông, huyết ứ, mỡ thừa, phân và mẫu xương vụn, có thể phân hủy ở nhiệt độ cao thành chất rắn vô cơ và được xử lý bằng cách chôn lấp Chất rắn lơ lửng thường là cặn trong nước thải, có thể xử lý bằng bể lọc đệm với vật liệu xơ Độ đục là một đặc điểm dễ nhận biết của nước thải giết mổ.
7 trong của nước [14] Độ đục của nước có được do tồn tại chất lơ lưởng trong nước, như tảo, các vi sinh vật, bọt xà phòng, chất tảy rửa, …Phương pháp thường được sử dụng đo độ đục trong xử lý nước thải là phương pháp UV-Vis Độ màu trong nước thải giết mổ dễ nhận biết do tính chất nước thải có máu động vật Màu sắc sẽ thay đổi đáng kể nếu bị nhiễm khuẩn, khi đó nước thải có màu đen tối Lưu lượng nước thải giết mổ khá cao do mọi hoạt động đều sử dụng nước, cứ trung bình 0,5m 3 /con và lưu lượng luôn thay đổi trong ngày
- Tính chất hóa học như các hợp chất hữu cơ, hợp chất vô cơ, pH, nitơ và photpho Các hợp chất hữu cơ trong thành phần chất rắn của nước thải thì thành phần hữu cơ chiếm 70-80 % gồm các hợp chất hydrocacbon, proxit, axit amin, chất béo và các dẫn xuất của cuả chúng có trong phân và thức ăn thừa Chất vô cơ chiếm 20-30 % gồm cát, đất, muối clorua, SO4… Chất béo có nguồn gốc từ mỡ động vật, chúng là một các chất hữu cơ ổn định nhất và không dễ phân hủy bởi vi sinh vật Điều này ảnh hưởng đến quá trình lọc sinh học tạo thành lớp màng trong hệ thống xử lý và làm gia tăng lượng bọt gây trở ngại cho quá trình bọt hoạt tính Các chất tẩy rửa trong thành phần nước thải thông qua quá trình vệ sinh thiết bị, sàn giết mổ, …Ít tan trong nước và gây hiện tượng nổi bọt trong quá trình sục khí và làm giảm khả năng hòa tan oxy trong các quá trình xử lý sinh học Các hợp chất vô cơ như độ pH, nito, photpho Độ pH của nước thải ổn định ở mức 6,5 – 8,5 phù hợp với xử lý sinh học Hàm lượng N, P trong nước thải tương đối cao do khả năng hấp thụ kém của vật nuôi Theo Jongbloes và Lenis (1992), lượng nitơ được vật nuôi ăn vào 100% có 30% lượng nitơ tạo thành sản phẩm cho cơ thể, 70% bài tiết ra goài Theo thời gian và sự có mặt của oxy mà lượng nitơ trong nước tồn tại ở các dạng khác nhau NH4 + , NO2 - , NO3 - Photpho được sinh ra trong quá trình tiêu thụ thức ăn của vật nuôi, lượng
Phospho chiếm khoảng 0,25 - 1,4% trong đất và nước tiểu, đồng thời cũng có mặt trong xác chết của vật nuôi Nước thải chăn nuôi thường chứa hàm lượng P cao, tồn tại dưới các dạng chính như orthophosphat (HPO42-, H2PO4, PO43-) và metaphosphat (hay polyphosphat PO43-).
8 photphate hữu cơ Photpho còn có nguồn gốc từ nước tẩy rửa có trong hoạt động sản xuất
Tính chất sinh học như động vật nguyên sinh, vi khuẩn, virut,… Nước thải từ quá trình chăn nuôi chứa nhiều vi trùng và virus gây bệnh Theo nghiên cứu của Nanxera vi trùng gây bệnh đóng dấu Erisipelothris insidiosa có thể tồn tại 92 ngày, Brucella 74 –
108 ngày, samonella 6 – 7 tháng, Leptospiư thải còn ra 5 – 6 tháng Ngoài ra trong nước thải còn chứa môt lượng lớn trứng giun sáng với các loại điển hình như Fasciotahepatica, Fasciola, Fasico losis buski, Ascaris suum, Cesphagostomum sp, Trichocephalus dentatus có thể phát triển trong giai đoạn lây nhiễm sau 6 – 28 ngày và
5 – 6 tháng Theo A.Kigigrop (1982) các loại vi trùng gây bệnh như: Salmonella, Ecoli có thể xâm nhập vào mạch nước ngầm Salmonella có thể thấm sâu xuông lớp đất bề mặt 30 – 40 cm ở những nơi thường xuyên tiếp nhận nước thải Trứng giun sáng vi trùng có thể lan truyền đi rất xa và nhanh khi bị nhiễm vào nước mặt tạo thành dịch bệnh cho người và vật nuôi [15 ]
2 PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI GIẾT MỔ [4]
Phương pháp xử lý cơ học
Phương pháp xử cơ học nhằm mục đích tách các chất rắn không hòa tan, những chất rắn có kích thước lớn như lông, da thừa, mỡ, mẫu xương vụn,…; loại bỏ cặn nặng có hể có như sỏi, cát, giẻ lau, trước khi đưa vào xử lý chuyên sâu [5] Những công trình xử lí cơ học bao gồm:
Song chắn rác nhằm giữ lại các da thừa, mỡ, mẫu xương, giẻ lau, rác, …ở trước song chắn Song làm bằng kim loại thường gặp là sắt, có hình tròn hoặc vuông ( Sắt tròn có Ф 8 - 10 mm ), thanh nọ cách thanh kia 1 khoảng 60 – 100 mm để chắn vật thô
9 và 10 – 25 mm để chắn vật có kích thước nhỏ hơn, đặt nghiên theo dòng chảy 1 góc chảy 60 - 75 0
Song chắn rác có thể đặt cố định hoặc di động
Sau chắn rác có thể loại bỏ các tạp chất rắn có kích thước nhỏ hơn, mịn hơn có thể đặt kèm lưới lọc Các vật thải dược giữ trên bề mặt lọc, phải cào lấy ra khỏi làm tắc dòng chảy
Trước chắn rác có thể đặt thêm máy nghiền để nghiền các tạp chất Ở nước thải giết mổ điều này không được khuyến khích vì có thể làm tăng cặn ảnh hưởng đến công đoạn xử lý tiếp theo
Nước thải giết mổ thường có lẫn dầu mỡ, các chất này thường nhẹ hơn nước và nổi lên trên mặt nước Nước thải sau xử lý không có dầu mỡ mới được phép cho chạy vào các thủy vực Hơn nữa nước thải có lẫn dầu mỡ khi vào xử lý sinh học sẽ làm bít các lỗ hổng ở vật liệu lọc, ở phin lọc sinh học và còn làm hỏng cấu trúc bùn hoạt tính
Nước thải đi tiếp vào hồ thu nhận để tập trung lại đưa vào bể điều hòa (hình 1.3)
Bể điều hòa là thành phần quan trọng trong hệ thống xử lý nước thải, đóng vai trò điều chỉnh lưu lượng và chất lượng nước thải trước khi đưa vào các công đoạn xử lý tiếp theo Bể điều hòa lưu lượng ổn định lưu lượng nước thải đầu vào để giảm dao động, ngăn ngừa lắng cặn và mùi khó chịu Ngoài ra, còn có bể điều hòa lưu lượng và chất lượng, có chức năng điều hòa cả lưu lượng và thành phần nước thải, giúp bảo đảm hiệu quả xử lý tối ưu.
Dựa vào nguyên lí trọng lực, dòng nước thải được cho chảy qua “ bẫy cát ” Bẫy cát là các loại hố, giếng, bể, … cho nước thải chạy vào theo nhiều các khác nhau: theo tiếp tuyến, theo dòng ngang, theo dòng từ trên xuống hoặc tỏa ra xung quanh, v.v…Nước thải chảy qua bể lắng dưới tác dụng của trọng lực, cát sẽ lắng xuống đáy và kéo theo một phần chất đông tụ Các loại bể lắng cát thông dụng là bể lắng cát ngang Thường thiết kế hai ngăn, một ngăn cho nước đi qua, một ngăn cào cát sỏi lắng, hai ngăn này làm việc luân phiên
Dựa vào tính chất nước thải giết mổ nên không cần thiết có bể lắng trong công trình xử lý nước thải
Ngoài lắng cát, sỏi, trong quá trình xử lý cần lắng các loại hạt dạng lơ lửng, các loại bùn ( kể cả bùn hoạt tính ), … nhằm làm nước trong Nguyên lý hoạt động của các loại bể này đều dựa trên trọng lực
Dựa vào chức năng và vị trí có thể chia bể lắng thành các loại: bể lắng sơ cấp và bể lắng thứ cấp Bể lắng sơ cấp: được đặt trước bể phản ứng sinh học, dùng để tách các chất rắn, chất bẩn lơ lửng không hòa tan Bể lắng thứ cấp: được đặt sau bể phản ứng sinh học, dùng lắng các cặn vi sinh để làm trong nước trước khi thải ra nguồn tiếp nhận
Tùy theo chiều dòng chảy của nước trong bể, bể lắng được chia thành các loại: bể lắng ngang, bể lắng đứng và bể lắng li tâm Bể lắng ngang thường được dùng khi lưu lượng nước thải lớn hơn 15.000m3/ngày, hiệu suất lắng đạt 60% Nước thải chảy theo phương ngang từ đầu bể đến cuối bể, thu vào hố chứa cặn ở đầu bể và nước sạch ở máng cuối bể.
Hình 1 5: Bản vẽ kĩ thuật bể lắng ngang
Bể lắng đứng có hình tròn hoặc hình chữ nhật ở mặt trên, đáy hình nón hoặc chóp cụt Nước thải đi vào ống trung tâm và chuyển động từ dưới lên trên Vận tốc dòng chảy phải nhỏ hơn vận tốc lắng của cặn Nước sạch thu ở phía trên, cặn lắng xuống đáy và được đưa ra ngoài Hiệu quả lắng bể đứng thấp hơn bể lắng ngang từ 10-20%.
Hình 1 6: Bản vẽ kĩ thuật bể lắng đứng
Bể lắng li tâm (hình 1.7) có tiết diện hình tròn, đáy dạng nón,có thanh gạt thu bùn, bể có máng phân phối nước ở trung tâm, nước từ ngoài được từ dưới đáy bể qua
13 máng phân phối, dàn quay nước chuyển động từ thành bể vào trung tâm, sau một thời gian cặn lắng rơi xuống đáy bể, sử dụng thanh gạt bùn gạt cặn đưa vào ống tháo cặn thải ra ngoài đồng thời nước trong sau khi lắng được đưa ra ngoài ở phía trên bể Hiệu quả lắng khoảng 60% và có thể tăng hiệu suất bằng cách tăng vận tốc lắng nhờ châm chất keo tụ, đông tụ
Hình 1 7: Bể lắng li tâm
Ngoài ra còn một số bể lắng như: bể lắng vách nghiên, bể lắng Lamella kết hợp với bể phản ứng và bể lắng bùn cặn
Lọc được sử dụng trong xử lý nước thải để tách các tạp chất phân tán nhỏ trong nước mà bể không lắng được Trong các loại phin lọc thường có loại phin lọc dùng vật liệu lọc dạng tấm và loại hạt.Vật liệu lọc dạng tấm có thể làm bằng tấm thép có đục lỗ hoặc lưới bằng thép không gỉ, nhôm, niken, đồng thau… và các loại vải khác nhau ( thủy tinh, amiang, bông, len, sợi tổng hợp Vật liệu lọc dạng hạt là cát thạch anh, than gầy (anthracit), than cốc, sỏi, đá nghiển, thậm chí cà than nâu, than bùn, than gỗ Đặc tính quan trọng của lớp hạt lọc là độ xốp và bề mặt riêng Quá trình lọc có thể xảy ra dưới tác dụng của áp suất thùy tĩnh của cột chất lỏng hoặc áp suất cao trước vách vật liệu lọc hoặc chân không sau lớp lọc
Các màng lọc làm việc bằng cách giữ lại các tạp chất có kích thước lớn hơn kích thước lỗ lọc Sau một thời gian sử dụng, các màng lọc này sẽ bị bám bẩn, làm giảm hiệu quả lọc Để khắc phục tình trạng này, cần thực hiện rửa ngược để loại bỏ các chất bẩn bám trên màng lọc.
Các loại thiết bị thường dùng như: lọc nhanh, lọc chậm, lọc kín, lọc hở, lọc ép khung bản, lọc quay chân không, các máy vi lọc hiện đại
Phương pháp hóa lí và hóa học
Cơ sở của phương pháp hóa học là các phản ứng hóa học, các quá trình hóa lí diễn ra giữa chất bẩn và hóa chất cho thêm vào Các phương pháp hóa học là oxi hóa, trung hòa, đông keo tụ Thông thường các quá trình keo tụ thường đi kèm theo quá trình trung hòa hoặc các hiện tượng vật lý khác
Nước thải thường có giá trị pH khác nhau Muốn nước thải được xử lý tốt bằng phương pháp sinh học phải tiến hành trung hòa pH về vùng 6,6 – 7,6 Trung hòa còn tránh hiện tượng xâm thực công trình thoát nước và tránh quá trình sinh hóa ở các công trình xử lý và trong sông hồ không bị phá hoại
Trung hòa bằng cách dùng các dung dịch axit hoặc muối axit, các dung dịch kiềm hoặc oxit kiềm để hòa dịch nước thải, với mục đích một số kim loại nặng lắng xuống tách ra khỏi nước thải [6]
Trong quá trình lắng cơ học chỉ tách được các hạt chất rắn huyền phù có kích thước lớn > 10 -2 mm, còn các hạt nhỏ hơn ở dạng keo không lắng được Ta có thể làm tăng kích thước của hạt nhờ tác dụng tương hỗ giữa các hạt phân tán liên kết vào các tập hợp hạt để có thể lắng được Muốn vậy, trước hết cần trung hòa điện tích của chúng, thứ đến là liên kết chúng với nhau Quá trình trung hòa điện tích được gọi là đông tụ (coagulation), còn quá trình tạo thành các bông lớn từ các hạt nhỏ - quá trình keo tụ (flocculation) Để thực hiện phương pháp này đầu tiên phải cho các hạt keo tụ lại với nhau, bốn cơ chế keo tụ là: tạo liên kết hạt keo, ngậm kết tủa, ép nén lớp điện tích kép và trung hòa điện tích Tạo liên kết hạt keo: khi châm thêm muối Al(III), Fe(III) vào môi trường phân tán, các chất lắng sẽ hình thành là Al(OH)3, Fe(OH)3, sự tương tác giữa các vị trí ngưng tụ của hạt keo và chất lắng đóng vai trò để bắt các hạt keo, sau đó các hạt keo có kích thước lớn sẽ dễ dàng tách khỏi nước Ngậm kết tủa: các đại phân tử polyme tự nhiên có thể đóng vai trò như cầu nối mạng gắn kết các hạt keo với nhau, nhiều phân tử hạt keo gắn kết trên 1 phân tử polyme sẽ làm cho các hệ này dễ tách khỏi nước Ép nén lớp điện tích kép: khi châm thêm nồng độ chất điện phân vào trong môi trường phân tán, nồng độ ion trong lớp kép điện tích sẽ tăng lên, điều này sẽ kéo theo sự giảm điện tích và bán kính điện tích, kết quả hàng rào điện tích giảm và bị triệt tiêu, hàng rào điện tích bị triệt tiêu sẽ là điều kiện cho hạt keo kết dính lại Trung hòa điện tích: điện tích của hạt keo có thể được trung hòa bằng cách châm thêm vào môi trường phân tán các hóa chất có điện tích trái dấu, các điện tích này sẽ tập trung hấp thu lên bề mặt hạt keo, kết quả có sự trung hòa điện tích và keo tụ Trong quá trình keo tụ người ta còn sử dụng chất trợ keo tụ để hình thành các bông cặn lớn tăng tính lắng nhanh Trong
16 phương pháp này, các hóa chất thường dùng là phèn nhôm, phèn sắt và PAC ( Poly Aluminium Chloride) [7]
Phương pháp này cho phép xử lý nước thải chứa một hoặc nhiều loại chất bẩn khác nhau, kể cả khi nồng độ chất bẩn trong nước rất thấp Vì vậy hấp phụ cho phép xử lý triệt để chất bẩn sau khi đã xử lý bằng các phương pháp khác [16]
Hiện tượng tăng nồng độ tăng nồng độ chất tan trên bề mặt phân chia giửa hai pha gọi là hiện tượng hấp phụ Hấp phụ có thể xảy ra giữa biên giới pha lỏng và pha khí, hoặc pha lỏng và pha rắn Trong công nghệ xử lý nước thải nếu chọn công nghệ hấp phụ có nghĩa là quá trình hấp phụ chất bẩn hòa tan trên bề mặt giữa pha lỏng và pha rắn Có hai loại hấp phụ là hấp phụ hóa học và hấp phụ lí học [8]
Các chất hấp phụ thường dùng là: than hoạt tính, đất sét hoạt tính, silicagen, keo nhôm, một số chất tổng hợp hay chất thải trong sản xuất như xỉ tro, xỉ mạt sắt,… Trong số này than hoạt tính được xử dụng phổ biến nhất
Phương pháp tuyển nổi dựa trên nguyên tắc: các nguyên tử phân tán trong nước có khả năng tự kém, nhưng có khả năng kết dính vào các bọt khí nổi lên trên bề mặt
17 nước Sau đó tách các bọt khí cùng các phần tử dính ra khỏi nước Thực chất đây là quá trình tách bọt và làm đặc bọt Trong một số trường hợp, quá trình này còn được dùng để tách các chất hòa tan như các chất hoạt động bề mặt
Hiện nay có hai phương pháp tuyển nổi sử dụng nhiều xử lý trong xử lý nước thải: tuyển nổi bọt để thu hồi các chất lơ lửng không tan, một số chất keo và tuyển nổi ion chủ yếu thu hồi các chất keo và chất tan trong nước thải
Là quá trình trao đổi ion dựa trên sự tương tác hóa học giữa ion trong pha lỏng và ion trong pha rắn, trao đổi ion là một quá trình gồm các phản ứng hóa học đổi chỗ (phản ứng thế) giữa các ion trong pha lỏng và các ion trong pha rắn ( nhựa trao đổi) Sự ưu tiên hấp thu của nhựa trao đổi dành cho các ion trong pha lỏng nhờ đó các ion trong pha lỏng dễ dàng thế chỗ các ion có trên khung mang của nhựa trao đổi, quá trình này phụ thuộc vào từng loại nhựa và các loại ion khác nhau Có hai phương pháp sử dụng trao đổi ion là trao đổi ion với lớp nhựa chuyển động, vận hành và tái sinh liên tục và trao đổi ion với lớp nhựa đứng yên, vận hành và tái sinh gián đoạn Trong đó trao đổi ion với lớp nhựa đứng yên được sử dụng phổ biến
Để đảm bảo vệ sinh nguồn nước trước khi thải ra môi trường, cần tiến hành khử trùng Quá trình này có thể sử dụng hóa chất như clo, nước Javen hoặc vôi clorua, hoặc các tác nhân vật lý như ozon hay tia tử ngoại Các phương pháp này được lựa chọn tùy thuộc vào quy mô hệ thống, đặc tính nguồn nước và yêu cầu vệ sinh nghiêm ngặt.
Các hóa chất diệt khuẩn phải có khả năng tiêu diệt vi khuẩn trong một khoảng thời gian nhất định trước khi tự phân hủy hoặc bay hơi, không để lại dư lượng độc hại cho người sử dụng hoặc các mục đích sử dụng khác.
Công đoạn khử khuẩn thường là công đoạn cuối cùng trước khi đổ ra nguồn tiếp nhận Và ở nước thải giết mổ công đoạn này là cần thiết
Hình 1 11: Bể khử trùng bằng Clo
Phương pháp sinh học
Các loại nước thải sinh hoạt, nước thải đô thị, nước thải một số nghành công nghiệp (thực phẩm, thủy sản, chế biến nông sản, chăn nuôi, lò mổ, … và có thể là cả công nghiệp giấy) có chứa nhiều chất hữu cơ hòa tan gồm hidratcacbon, protein và các hợp chất chứa nito phân tử protein , các dạng chất béo,… cùng các chất vô cơ H2S, các sulfit, amonic và các hợp chất nito khác v.v… có thể đưa vào xử lý sinh học [9]
Phương pháp xử lý sinh học nước thải dựa trên cơ sở hoạt động của vi sinh vật phân hủy các chất hữu cơ nhiễm bẩn nước Do vậy, điều kiện đầu tiên và vô cùng quan trọng là nước thải phải là môi trường sống của quần thể vi sinh vật phân hủy các chất hữu cơ có trong nước thải [10]
Các loại hình công nghệ xử lý bằng biện pháp sinh học được giới thiệu ở hình:
Xử lí nước thải bằng bể phản ứng sinh học hiếu khí (Aerotank) (Hình 1.12): nước thải sau khi đã được xử lí sơ bộ còn chứa phần lớn các chất hữu cơ ở dạng hòa tan và các chất lơ lửng sẽ được đưa vào bể Aerotank, trong bể này có chứa sẵn bùn hoạt tính Bùn hoạt tính bao gồm những vi sinh vật sống kết lại thành dạng bông Những vi sinh vật này bám vào các chất lơ lửng để cư trú, sinh sản, phát triển dần thành các cặn bông, các hạt này to dần và lơ lửng trong nước Bùn hoạt tính ở dạng bông bùn có màu vàng nâu, những vi sinh vật có trong bùn là vi khuẩn đơn bào, động vật nguyên sinh, nấm men, xạ khuẩn, luân trùng, [25] …Qúa trình các vi sinh vật phân hủy các chất hữu cơ xảy ra khi nước thải tiếp xúc với bùn hoạt tính trong điều kiện sục khí liên tục, việc sục khí
Các phương pháp xử lý sinh học
Kị khí (Anaerobic) Hiếu khí
20 nhằm đảm bảo cung cấp lượng oxy đầy đủ liên tục và duy trì bùn hoạt tính ở trạng thái lơ lửng, vi sinh không dính bám lên thành bể Sau một thời gian cung cấp đủ lượng chất dinh dưỡng và nồng độ oxy hòa tan thì sinh khối vi sinh ngày càng gia tăng và nồng độ ô nhiễm của nước thải giảm dần Nước sạch sẽ tiếp tục đi qua bể lắng, một ít lượng bùn hoạt tính sẽ theo nước sạch đi qua và lắng xuống đáy bể lắng, phải lấy bùn ra khỏi bể lắng, có thể hồi lưu lại bể Aerotank để không làm thất thoát lượng bùn hoặc lấy bùn đưa tới nơi xử lí bùn [11]
Bể lọc sinh học nhỏ giọt (Hình 1.13): là loại bể lọc sinh học có lớp vật liệu không ngập nước Bể bao gồm vật liệu lọc, hệ thống phân phối nước, sàn đỡ và thu nước Nước thải trước khi vào bể lọc sinh học nhỏ giọt cần phải xử lí sơ bộ để tránh tắc nghẽn các khe vật liệu Các vật liệu lọc có độ rỗng và diện tích tiếp xúc lớn nhất có thể, nước từ hệ thống phân phối nước theo kiểu nhỏ giọt hoặc phun tia đến vật liệu lọc chia thành các dòng chảy thành lớp mỏng qua khe hở của lớp vật liệu, đồng thời tiếp xúc với màng phân hủy sinh học ở trên bề mặt của lớp vật liệu và nước thải được làm sạch do các vi sinh vật của màng phân hủy hiếu khí và kị khí các chất hữu cơ có trong nước thải Các chất hữu cơ phân hủy hiếu khí sinh ra CO2 và nước, phân hủy kị khí thì sinh ra CH4 và CO2 làm tróc màng ra khỏi vật mang, bị nước cuốn theo Trên mặt giá mang
21 là vật liệu lọc lại được hình thành màng mới Hiện tượng này được lặp đi lặp lại nhiều lần sẽ làm cho hàm lượng BOD của nước thải giảm xuống và nước thải được làm sạch vì có vi sinh vật sử dụng các chất hữu cơ trong nước thải làm nguồn dinh dưỡng Nước sau khi xử lí ở bể lọc sinh học nhỏ giọt thường chứa nhiều chất lơ lửng do các mảnh vỡ của màng sinh học cuốn theo, vì vậy cần đưa đến bể lắng để lắng cặn Bể lọc sinh học nhỏ giọt được chia ra thành các loại như: bể lọc vận tốc chậm, bể lọc vận tốc trung bình và nhanh, bể lọc cao tốc, bể lọc thô ( xử lí nước thải sơ bộ trước giai đoạn xử lí thứ cấp), bể lọc hai pha
Hình 1 13: Bể lọc sinh học nhỏ giọt
Bể lọc sinh học từng mẻ (SBR) là một hệ thống xử lý nước thải hoạt động theo quy trình tuần hoàn với các chu kỳ tăng trưởng gián đoạn Bể SBR tuân theo chu kỳ hoạt động gồm 5 pha: pha làm đầy, pha sục khí, pha lắng, pha rút nước và pha nghỉ Chu trình này đảm bảo xử lý hiệu quả nước thải với khả năng thích ứng cao với các biến động của quá trình bùn hoạt tính.
• Pha làm đầy (Filling): nước thải được bơm vào bể và các chất có trong nước thải sẽ mang theo một lượng thức ăn cho các vi sinh vật sử dụng trong bùn hoạt tính, tạo một môi trường cho phản ứng sinh hóa xảy ra
• Pha sục khí (Reaction): tiến hành sục khí cho bể để tạo phản ứng sinh hóa, sinh khối tổng hợp BOD, Ammonia, Nitơ hữu cơ
• Pha lắng (Settling): sau khi oxy hóa sinh hóa, bùn được lắng và nước nổi lên bề mặt tạo lớp màng phân các bùn nước đặc trưng
• Pha rút nước (Discharge): nước đã nổi trên bề mặt sau thời gian lắng được đưa ra ngoài
• Pha nghỉ (chờ): chờ để nạp nước thải mới, thời gian chờ phụ thuộc vào thời gian vận hành
Bể UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) (Hình 1.15): là bể xử lí sinh học dòng chảy ngược qua tầng bùn kị khí UASB là quá trình xử lí sinh học kị khí, nước thải sẽ được phân phối từ dưới lên và được điều chỉnh vận tốc phù hợp Cấu tạo của bể UASB thường gồm: hệ thống phân phối nước đáy bể, tầng xử lí và hệ thống tách pha Nước thải được phân phối từ dưới lên, qua lớp bùn kị khí, ở đây sẽ diễn ra quá trình phân hủy chất hữu cơ bởi các vi sinh vật, hiệu quả xử lí nước thải sẽ được các vi sinh vật ở tầng này quyết định Hệ thống tách pha phía trên bể làm nhiệm vụ tách các pha
23 rắn – lỏng và khí, các chất khí sẽ được bay lên và thu hồi, bùn sẽ rơi xuống đáy bể và nước sau xử lí sẽ theo máng lắng chảy qua các giai đoạn xử lí tiếp theo [17]
Bể anoxic là bể lên men, sử dụng kết hợp với công nghệ hiếu khí hoặc kỵ khí nhằm xử lý nước thải có chứa Amoni (NH4), Nitrit (NO2), Nitrat (NO3), Nitơ vô cơ, Phosphat (PO4) và Polyphosphat.
Trong bể anoxit đồng thời diễn ra các quá trình như: lên men các chất trong nước thải, cắt các mạch Poly-photphas thành Photphas, quá trình Khử nitrat (NO3) thành nitơ (N 2 ) ở điều kiện thiếu khí
Qúa trình xử lý Nitơ và Photpho của bể Anoxit thường sẽ được thiết kế kết hợp trước các công nghệ sinh học hiếu khí và sau công nghệ sinh học kỵ khí
Khi thiết kế bể anoxit phải đảm bảo nước thải được khuấy trộn đều nhờ thiết bị khuấy trộn đặt dưới bể và nồng độ oxy từ 0.5-1mgO2/l Thời gian lưu bể anoxit từ 4-6 tiếng [23]
3 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA PHƯƠNG PHÁP VI SINH DÍNH BÁM
Lịch sử nghiên cứu
Phương pháp lọc nước nói chung loài người đã biết đến từ lâu, song đưa nó thành một biện pháp công nghệ xử lí nước nói chung và nước thải nói riêng mãi đến thế kỷ XIX mới được xác lập Lọc sinh học sử dụng vi sinh dính bám đầu tiên được áp dụng tại Mĩ năm 1891 và ở Anh năm 1893 Khái niệm sinh học nhỏ giọt được phát triển từ khi dùng các bể lọc tiếp xúc được chứa đầy các hòn đá bị đập vỡ và cho nước đi qua Nước chảy qua lọc, tiếp xúc với mọi vật liêu lọc trong khoảng thời gian ngắn
Vật liệu lọc cũng phát triển theo từng thời kỳ và vô cùng phong phú Từ đá găm, đá cuội đá ong, vòng kim loại, vòng gốm, than đá, gỗ mảnh,… tới những thập niên gần đây, nhờ kỹ thuật chất dẻo phát triển mạnh, nhựa PVC, PP được dùng làm những tấm lượn sóng, gấp nếp, dạng cầu có khe hở,… trở thành vật liệu lọc nhiều tiện ích
Hệ thống lọc sinh học sử dụng vi sinh dính bám được thiết lập lần đầu tiên tại trại thực nghiệm Lawrence, bang Matsachusét, nước Mĩ năm 1891 Đến năm 1940 ở nước này đã có 60% hệ thống xử lý nước thải áp dụng công nghệ lọc sinh học Năm 1946 Hội đồng nghiên cứu của liên bang về vấn đề lọc nước đã khuyến cáo dùng toán học để thiết kế các hệ thống lọc sinh học Sự phát triển các chất polime đã tạo điều kiện cho biện pháp công nghệ xử lí nước thải bằng lọc sinh học được sử dụng rộng rãi
Hiện nay ở Việt Nam rất nhiều công trình xử lý nước thải lớn đã áp dụng nghệ lọc sinh học vì lợi ích mà nó mang lại như: xử lý nước thải bệnh viện Quân dân y tỉnh Đồng Tháp,hệ thống xử lý nước thải bệnh viện Đa khoa Tuyên Quang, Gang thép Thái Nguyên,… [24]
Mô tả quá trình hình thành sinh vật trên bề mặt vật liệu rắn
Phần lớn vi sinh vật có khả năng sinh sống phát triển trên bề mặt vật rắn, khi có đủ độ ẩm và thức ăn là các chất hữu cơ, muối khoáng và oxy [12]
Do có nhiều ưu điểm vượt trội về hiệu quả xử lý cũng như giảm chi phí đầu tư và vận hành nên hiện nay, việc áp dụng công nghệ sinh học tăng trưởng dính bám đang được ứng dụng khá rộng rãi
Quá trình dính bám hiếu khí tạo nên màng sinh học (biofilm), một lớp nhớt sinh vật trên bề mặt trơ Màng sinh học có khả năng bám dính trên hầu hết các bề mặt vật liệu, gây ra những ảnh hưởng tiêu cực trong nhiều quá trình công nghiệp, y tế và môi trường.
- Pha thứ nhất: sự dính bám (attachment), các đại phân tử dính bám lên bề mặt rắn.Chúng dính bám trên bề mặt vật rắn bằng chất gelatin do chính vi khuẩn tiết ra [13]
- Pha thứ hai: sự định cư ( colonization), tế bào vi sinh vật dính bám trên bề mặt đã hình thành trong pha thứ nhất, vi sinh vật sản xuất ra các chất polyme ngoại bào (extracellular polymeric substances – EPS) Những phân tử EPS này là tối cần thiết trong sự hình thành khung cấu trúc màng sinh học
- Pha thứ ba: sự phát triển, Biofilm chứa các vi sinh vật và EPS, dộ dày của màng phụ thuộc vào tốc độ phát triển, sự ổn định của biofilm, sự xáo trộn cắt xén của dòng nước tiếp xúc
Chất hữu cơ sẽ bị phân huỷ bởi quần thể vi sinh vật dính kết trên lớp vật liệu lọc Các chất hữu cơ có trong nước thải sẽ bị hấp phụ vào màng vi sinh vật dày 0,1 – 0,2 mm và bị phân huỷ bởi vi sinh vật hiếu khí
VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Đối tượng nghiên cứu
Mẫu nước thải chăn nuôi được lấy tại lò giết mổ heo hộ gia đình Hai Cảnh, huyện
Mỏ Cày, tỉnh Bến Tre Nước thải lấy ở mương từ khu giết mổ thoát ra cống, tại thời điểm từ 9 – 10 giờ sáng, ngay sau khi giết mổ heo khoảng 15 – 30 phút Nước thải là hỗn hợp bao gồm một phần máu, nước rửa nội tạng, lông, … Mỗi lần lấy 40 lít trong 2 bình nhựa 20 lít, đủ số lượng cho cả đợt chạy mô hình thí nghiệm Mẫu nước thải được bảo quản trong điều kiện lạnh 4 0 C trong tủ lạnh ở phòng Thí nghiệm Hóa-Môi trường, Trường Đại học Mở thành phố Hồ Chí Minh, Cơ sở 3 Bình Dương
Bảng 2: Thông số nước thải giết mổ của cơ sở hộ gia đình Hai Cảnh
STT Chỉ tiêu Đơn vị Giá trị
Qua Bảng 2, nước thải giết mổ heo được lấy và gửi mẫu xét nghiệm tại Viện Công nghệ Môi Trường, để xác định thông số ban đầu phù hợp với xử lý sinh học Kết quả này cũng phù với bảng thành phần nước thải một số ngành công nghiệp tác giả Lương Đức Phẩm Tỷ lệ BOD/COD = 0,77 > 0,5; COD/BOD = 1.3 < 2 Điều này thể hiện nước thải giết mổ gia súc rất thích hợp cho xử lý sinh học [14] Trong nghiên cứu này, BOD, TSS ở dòng vào có thay đổi thông số trong từng đợt lấy NH4 và NO 3 giữ ở mức ổn định
Cũng qua kết quả trên ta nhận thấy nước thải giết mổ gia súc có thành phần dinh dưỡng hữu cơ, TSS, nitơ, cao phù hợp với công nghệ hiếu khí dựa trên cơ sở dính bám sinh học (biofilm) Tỷ lệ các chất dinh dưỡng COD:N:P (hoặc BOD:N:P) đảm bảo nên không cần bổ sung thêm dinh dưỡng Trong mẫu nước thải lấy được chứa nhiều lông, mỡ, mẫu da vụn và huyết ứ, cần lọc sơ trước khi cho vào bể chứa bắt đầu chạy mô hình.
Vật liệu nghiên cứu
Vật liệu sử dụng trong nghiên cứu này là đất nung viên, có kích thước 10 - 20mm, trọng lượng nhẹ phù hợp với bể (Hình 2.1) Bề mặt vật liệu có vô số lổ hổng thích hợp để vi sinh dánh bám và phát triển Đất nung được sản xuất ở nhiệt độ cao nên sản phẩm sẽ không có những vi sinh không mong muốn khác Hạt nung giữ ẩm 30% vừa đủ để ngậm các chất hữu ẩm, cho vi sinh vật sử dụng Các khoảng cách giữa các hạt vật liệu tạo đủ khoảng không để vi sinh vật lấy ôxi [25]
Hình 2 1: Vật liệu dính bám đất nung
Mô hình nghiên cứu
Sơ đồ vận hành mô hành thí nghiệm:
Bể phản ứng giá thể cố định
Công đoạn xử lý sau
Hình 2 2 : Mô hình nghiên cứu thực tế
Cấu tạo của mô hình: Mô hình thí nghiệm được làm từ vật liệu là bình nhựa đựng nước 20 L tái chế cắt bỏ 1/3 phần đầu bình (Hình 1), giữ lại phần bình có đường kính
24 cm, chiều cao 20 cm , phần vật liệu chiếm 2/3 bể Thể tích nước thải có thể chứa trong bể khi đã chứa lớp vật liệu là 5 L Bên dưới đáy bể có van xả cặn sau khi bể hoạt động lâu ngày và xuất hiện lượng dưới đáy nhiều Bình đựng nước đầu vào có thể tích
8 L có gắn ống dẫn nước, có van điều chỉnh lưu lượng Ống dẫn được nối với ống nhựa được đục lỗ để nước thải được trải đều xuống mặt vật liệu Ống dẫn nước thải ở đầu ra bể có van khóa và bể có thiết bị sục khí thổi khí liên tục
1.3.2 Nguyên tắc vận hành mô hình
Mô hình được thiết kế nhằm hy vọng kết hợp các quá trình xử lý BOD, quá trình nitrate hoá/khử nitrate và loại bỏ TSS Nước thải giết mổ được loại bỏ chất rắn, sau đó, được đổ đầy vào bình đựng mở van chỉnh lưu lượng để nước thải chảy vào bể phản ứng giá thể cố định Bể phản ứng giá thể cố định lưu nước trong vòng 8 tiếng và đưa nước ra công đoạn xử lý sau Vì mô hình bể đơn giản và kinh phí thấp nên chưa thể rửa ngược một cách tự động Nên sau một khoảng thời gian chạy hệ thống cần rửa bể vì các cặn đọng lại dưới bể gây ngẽn đầu ra và có thể khiến nước thải sau xử lý có hàm
31 lượng TSS cao Và màng biofim có hiện tượng tróc màng nên cần có hệ thống xử lý phía sau hoặc bể lắng để đảm bảo nước đầu ra
Quá trình thí nghiệm chia là hai giai đoạn: giai đoạn thích nghi và giai đoạn khảo sát thông số nước thải
Giai đoạn thích nghi: quan sát hạt vật liệu, các vi sinh vật dính bám và thích nghi tạo lớp màng sinh học (biofilm) bao phủ hạt vật liệu
Giai đoạn khảo sát thông số nước thải: BOD, TSS và tính toán hiệu suất xử lý
Phương pháp tính BOD 5 (Biochemical Oxygen Demand)
BOD là nhu cầu oxy sinh hóa, có liên quan trực tiếp đến hàm lượng chất hữu cơ có thể phân hủy sinh học được có trong mẫu nước thải [19]
- Chuẩn bị nước pha loãng: nướ pha loãng được pha chế bằng cách thêm mỗi 1ml các dung dịch phosphate, MgSO4, CaCl2, FeCl3, cho 1 L nước cất bão hòa oxy và giữ ở 200C ( nước pha loãng này sục khí hơn 2 giờ)
Nếu có độ kiềm hoặc độ acid thì mẫu phải đươc trung hòa đến pH khoảng 6,5 – 7,5 bằng H2SO 4 hoặc NaOH
Nếu mẫu có hàm lượng clo dư đáng kể, thêm 1ml acid acetic 1:1 hay H2SO 4 1:50 trong 1L mẫu, sau đó tiếp tục thêm 10ml rồi định phân bằng Na2S2O3 0,025M đến dứt điểm Kỹ thuật pha loãng mẫu xử lí theo tỉ lệ:
0,1% - 1% : cho nước thải công nghiệp nhiễm bẫn nặng
1% - 5% : cho nước uống chưa xử lý hoặc đã lắng
5% –25% : cho dòng chảy qua quá trình oxy hóa
25% - 100% : cho các dòng sông ô nhiễm (nhận nước thải)
Chiết nước pha loãng vào hai chai Cho mẫu vào mỗi chai bằng cách nhúng pipet xuống đáy chai, thả từ từ mẫu vào chai cho đến khi đạt thể tích cần sử dụng, lấy nhanh
32 pipet ra khỏi chai đậy nhanh nút lại (không được có bọt khí) Một chai đậy kín để ủ 5 ngày (DO5) và một chai để định phân tức thì (DO0) Chai ủ trong tủ ở 20 0 C đậy kĩ, niêm bằng nước mỏng trên chỗ loe của miệng chai (lưu ý để lượng nước này không bị cạn hết)
- Định phân lượng oxy hòa tan Đối với các loại nước đã biết chắc hàm lượng DO = 0 thì không cần định phân lượng oxy hòa tan Đối với mẫu:
Một chai xác định hàm lượng DO ngay trên mẫu pha loãng: DO0
Một chai còn lại ủ ở 20 0 C ± 1 0 C và định phân DO5 (sau 5 ngày) Độ pha loãng sao cho để sự khác biệt giữa hai lần định phân phải > 1 mg O2/l
- Tính Toán: BOD (mg/l) = (DO0 – DO5) x f
Trong đó: DO0: oxy hòa tan đo được ngày đầu tiên (sục khí trong 2 giờ)
DO5: oxy hòa tan đo được sau 5 ngày f : hệ số pha loãng
Oxi hòa tan ( DO – Dissolved oxigen )
Oxi hòa tan trong nước rất cần cho sinh vật hiếu khí Bình thường oxi trong nước khoảng 8 – 10 mg/l, chiếm 70 – 85% khi oxi bão hòa Mức oxi hòa tan tự nhiên trong nước và nước thải mực độ o nhiễm của chất hữu cơ, vào hoạt động của thế giới thủy sinh, các hoạt động hóa sinh, hóa học và vật lý nước của nước Trong môi trường nước bị ô nhiễm nặng, oxi được dùng nhiều trong các quá trình hóa sinh và xuất hiện hiện tượng thiếu oxi trầm trọng
Phân tích chỉ số oxi hòa tan (DO) là một trong những chỉ tiêu quan trọng đánh giá sự ô nhiễm của nước và giúp ta đề ra biện pháp xử lý phù hợp
Phân tích DO có hai phương pháp thường dùng là: Phương pháp Iod và phương pháp đo oxi hòa tan trực tiếp bằng điện cực oxi với màng nhạy trên các máy đo
Kiểm tra DO bằng bộ kit: rửa bình thủy tinh 3 lần với mẫu nước cần đo DO, sau đó lấy đầy nước Đậy nắp và đảm bảo không có không khí Tháo nắp, cho 5 giọt dung
33 dịch MnSO4, 5 giọt Alkali- Azidi Thêm một ít mẫu nước cho đầy lọ, đậy nắp Đảm bảo không có bọt khí lọt vào Xoay đảo bình vài lần, xuất hiện màu vàng cam Nếu có oxy hòa tan trong mẫu sẽ có xuất hiện bông cặn Để bình đứng im một lát, bông cặn sẽ lắng xuống Sau khoảng 2 phút, khi phần nước phía bên trong, thêm 10 giọt axit sulfuric Đậy nắp bình thủy tinh, xoay đảo bình cho đến khi bông cặn hòa tan Mẫu sẵn sàng cho việc chuẩn độ khi có màu vàng và trong Tháo lắp lọ nhựa, tráng lọ với nước trong bình thủy tinh, lấy 5ml mẫu, đóng nắp Thêm 1 giọt chỉ thị tinh bột thông qua lỗ hổng trên nắp Lắp cẩn thận lọ nhựa Dung dịch sẽ chuyển từ tím sang xanh Dùng ống tiêm nhựa hút hóa chất chuẩn độ Tiến hành cẩn thận, không có bọt khí vào ống tiêm Nhẹ nhàng chuyển ống tiêm sang lọ nhựa Nhỏ từng giọt dung dịch chuẩn độ vào lọ nhựa, lắc nhẹ Tiến hành cho đến khi dung dịch chuyển từ màu xánh sang không màu Đọc số ml dung dịch chuẩn độ đã dùng, nhân cho 10 thì ra nồng độ oxy hòa tan (mg/L).
Tổng chất rắn lơ lửng (Turbidity & Suspendid Solids)
Chất rắn lơ lửng (các chất huyền phù) là các hạt nhỏ hữu cơ hoặc vô cơ, không tan trong nước Khi vận tốc của dòng chảy bị giảm, phần lớn các chất này sẽ lắng xuống đáy Những hạt không lắng được sẽ tạo độ đục trong nước Những chất rắn hữu cơ sẽ tiêu thụ oxy để phân hủy, làm giảm DO của nước Các cặn lắng sẽ làm đầy các bể chứa, giảm thể tích hữu dụng của bể [15]
Chất rắn tổng cộng là tổng lượng chất rắn có trong mẫu nước sau khi loại bỏ nước bằng bay hơi và sấy khô, bao gồm cả phần chất rắn lơ lửng và chất rắn hòa tan Phần chất rắn lơ lửng được giữ lại trên giấy lọc, trong khi phần chất rắn hòa tan đi qua giấy lọc.
Nguyên tắc: Mẫu đã khuấy trộn đều được làm bay hơi trong cốc đã cân và làm khô đến trọng lượng không đổi trong tủ sấy ở nhiệt độ 103 – 1050C Độ tăng trọng lượng cốc chính là khối lượng chất rắn tổng cộng Nếu tiếp tục nung cốc ở 50 – 550C thì độ tăng trọng lượng của cốc sau khi nung so với trọng lượng cốc không ban đầu
34 chính là hàm lượng chất rắn ổn định Mẫu đã khuấy trộn đều được lọc qua giấy lọc, sau đó làm khô giấy lọc có cặn đến trọng lượng không đổi ở nhiệt độ 103 – 1050C Độ tăng trọng lượng giấy lọc sau khi sấy là hàm lượng tổng chất rắn lơ lửng
Tổng chất rắn lơ lửng = Chất rắn tổng cộng – tổng chất rắn hòa tan
Chất rắn ổn định = Chất rắn tổng cộng – chất rắn bay hơi.
Các chất chứa nitơ
Trong nước hợp chất chứa nitơ tồn tại ở ba dạng: hợp chất hữu cơ, amoniac và dạng oxi hóa ( nitrat, nitrit ) Các dạng này là các khâu trong trong chuỗi phân hủy hợp chất chứa nito hữu cơ, thí dụ: protein và hợp phần của protein [16]
Vi khuẩn phản nitrat hóa
Nếu nước hầu hết chứa các hợp chất nito hữu cơ, amoniac hoặc NH4OH, thì chứng tỏ nước mới bị ô nhiễm NH3 trong nước gây độc hại với sinh vật sống trong nước
Nếu trong nước có hợp chất N chủ yếu là nitrit (NO2-), nước đã bị ô nhiễm thời gian dài hơn
Nếu chứa hợp chất nito dạng nitrat ( NO3-) chứng tỏ quá trình phân hủy đã kết thúc Tuy vậy , các nitrat chỉ bền ở điều kiện hiếu khí, khi ở điều kiện thiếu khí hoặc kị khí các nitrat dễ bị khử thành N2O, NO và nito phân tử tách khỏi nước bay vào không khí Nếu nitrat trong nước cao có thể gây ngộ độc với người [20]
Là chất khí không màu ,có mùi hôi khai Trong nước amoniac tồn tại ở hai dạng
NH 3 và NH 4+ , tổng NH 3 và NH 4+ được gọi là tổng amoni tự do Chúng có mặt trong
35 nước cùng với photphat thúc đẩy quá trình phú nhưỡng hóa [21] Có rất nhiều phương pháp xử lý amoniac trong nước thải như phương pháp sục khí ở pH cao, phương pháp trao đổi ion và phương pháp vi sinh vật Ở phương pháp vi sinh, công nghệ A-O (Anoxic-Oxic) với cụm bể thiếu khí - hiếu khí là công nghệ được xử dụng phổ biến và hiệu quả nhất
Do amoniac bằng bộ kit: Mức amoniac theo mg/l, amoniac tính theo nitơ được xác định bằng phương pháp so màu Thuốc thử Nessler phản ứng với amoniac, hình thành lớp phức màu vàng Thêm dung dịch thuốc thử EDTA (acid ethylen diamin tetraacetic) để cản sự hình thành các kết tủa các ion canxi và magie do có mặt thuốc thử Nessler kiềm Cường độ màu vàng của dung dịch cho biết nồng độ amoni Cách tiến hành: Tháo nắp cốc dẻo trong bộ kit, dùng mẫu nước rửa cốc sau đó cho mẫu vào cốc đến vạch 10ml Thêm hai giọt thuốc thử “Amoniac Reagent 1 for Fresh Water”, đậy nắp và cẩn thận lắc trộn đều Thêm 8 giọt thuốc thử “Nessler Reagent”, đậy nắp và cẩn thận lắc đều.Tháo nắp cốc và chuyển dung dịch sang cốc so màu dạng hộp Đợi 5 phút để hiện màu kết quả Xác nhận màu nào hợp với màu của dung dịch mẫu thử trong cốc và ghi lại kết quả theo mg/l
Nitrat là sản phẩm cuối cùng của quá trình phân hủy các hợp chất hữu cơ chứa N Trong nước tự nhiên nồng độ nitrat thường nhỏ hơn 5 mg/l Vùng bị ô nhiễm do chất thải hoặc phân bón hàm lượng nitrat trong nước trên 10 mg/l Bản thân nitrat không phải là chất có tính độc, nhưng ở trong cơ thể nó chuyển hóa thành nitrit rồi kết hợp với một số chất khác có thể tạo thành các hợp chất nitrozo là chất có khả năng gây ung thư [26]
Để loại bỏ nitrat trong nguồn nước hiệu quả, cần phải lựa chọn phương pháp phù hợp dựa trên hàm lượng nitrat, mục đích sử dụng và quy mô dự án Các phương pháp phổ biến bao gồm trao đổi ion, thẩm thấu ngược, khử điện hóa, khử sinh học và khử hóa học Mỗi phương pháp đều có ưu điểm và nhược điểm riêng, và việc lựa chọn phương pháp tối ưu phụ thuộc vào các yếu tố cụ thể của từng trường hợp.
Trao đổi ion: sử dụng khi tổng hàm lượng muối trong nước nguồn thấp, nitrat vượt tiêu chuẩn, lượng ion Cl - thấp
Khi Tổng hàm lượng muối (TDS) trong nguồn nước cao, phương pháp trao đổi ion sẽ kém hiệu quả Lúc này, cần kết hợp thêm phương pháp thẩm thấu ngược sử dụng màng thẩm thấu ngược (RO) để loại bỏ các ion muối và tạp chất có kích thước nhỏ Phương pháp này hiệu quả cao trong việc giảm TDS, tạo ra nguồn nước tinh khiết với nồng độ muối thấp hơn nhiều so với phương pháp trao đổi ion.
Phương pháp vi sinh, công nghệ A-O (Anoxic-Oxic) với cụm bể thiếu khí - hiếu khí là công nghệ được sử dụng phổ biến và hiệu quả nhất Đo nitrat bằng bộ kit: Khi có mặt Cadmium, nitrat bị khử về nitrit Lượng nitrit tạo thành phản ứng với thuốc thử tạo thành một hợp chất màu cam Cường độ màu tạo thành tương ứng với nồng độ nitrat có mặt trong nước Cách tiến hành: cho 10ml mẫu vào cốc đo bằng thủy tinh đến vạch Thêm 1 gói thuốc thử HI 3874-0 Đậy nắp và lắc mạnh trong vòng chính xác 1 phút Có thể còn lại một ít cặn, nhưng nó không ảnh hưởng đến kết quả đo Thời gian và cách lắc có thể ảnh hưởng đến kết quả đo Đợi 4 phút để hiện màu, tháo nắp và chuyển 5ml mẫu thử vào cốc so màu Xác nhận màu nào hợp với màu của dung dịch mẫu thử trong cốc và ghi lại kết quả theo mg/l Để chuyển kết quả đo sang nitrat (NO 3- ), nhân kết quả với hệ số 4,43.
Độ đục
Độ đục là một trong những thông số quan trọng được sử dụng để xác định chất lượng nước Khi độ đục được xem như một yếu tố thẩm mỹ của nước uống, kiểm soát độ đục là như một phép bảo vệ đối với tác nhân gây bệnh Trong nước tự nhiên, phép đo độ đục được thực hiện để đánh giá chất lượng nước nói chung và khả năng tương thích của nó trong các ứng dụng liên quan đến sinh vật dưới nước Việc giám sát và xử lý nước thải đã từng hoàn toàn dựa trên sự kiểm soát của độ đục Hiện nay, việc đo độ đục thường ở phần cuối của quá trình xử lý nước thải cần thiết để xác minh rằng các giá trị nằm trong tiêu chuẩn quy định Độ đục của nước là một đặc tính quang học tạo ra ánh sáng được phân tán và hấp thụ, chứ không phải là truyền đi Sự tán xạ của ánh sáng đi qua một chất lỏng chủ yếu được gây ra bởi các chất rắn lơ lửng có trong đó Độ đục càng cao, số lượng ánh sáng tán xạ càng lớn Thậm chí một chất lỏng tinh khiết sẽ
37 tán xạ ánh sáng đến một mức độ nhất định, nghĩa là không có dung dịch nào có độ đục bằng không [27] Đo độ đục trong nghiên cứu bằng Máy Đo Độ Đục Tiêu Chuẩn ISO.Máy đo độ đục sử dụng một đầu dò ánh sáng ở 90° để phát hiện ánh sáng tán xạ Đo độ đục có thể được thực hiện trong thang đo từ 0.00 đến 1000 NTU Cuvet tròn thủy tinh 25 mm đảm bảo độ lặp lại của phép đo độ đục [28]
Phương pháp tiến hành: Nhấn nút ON/OFF để bật máy Máy sẽ tiến hành tự kiểm tra một bộ ký hiệu đầy đủ trên màn hình, sau khi kiểm tra màn hình LCD sẽ chuyển sang chế độ đo bỡnh thường Cho mẫu được lắc kỹ vào cuvet sạch cỏch miệng civet ẳ (0,5cm) Để thời gian thích hợp cho các bóng khí thoát ra trước khi đóng chặt nắp Lau kỹ cuvet bằng khăn lau không xơ trước khi để vào khoang đo Cuvet phải hoàn toàn không có dấu vân tay hoặc vết bẩn, đăc biệt ở phần diện tích có tia sáng chuyền qua Đưa cuvet vào khoang sao cho vết khắc chữ V trên nắp đúng với chốt hướng của khoang đo Nhấn chữ READ, màn hình LCD sẽ hiện chữ “SIP” nhấp nháy, chờ khoảng 25s sẽ ra kết quả
3 PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ SỐ LIỆU
Các số liệu được thống kê và lập thành bảng tính, vẽ đồ thị thể hiện quan hệ giữa các thông số thông qua phần mềm Ms Excell
Vẽ sơ đồ thể hiện hiệu suất sau xử lý
4 PHƯƠNG PHÁP THAM KHẢO TÀI LIỆU
Tham khảo, tìm hiểu tài liệu từ sách của các tác giả PGS.TS Lương Đức Phẩm, PGS.TS Nguyễn Văn Phước, Trịnh Xuân Lai
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
Trong nghiên cứu này gồm 2 phần: (1) thời gian thích nghi, hình thành màng biofim (2) khảo sát các thông số kĩ thuật: BOD, TSS, amoni, nitrat, độ đục
1 GIAI ĐOẠN THÍCH NGHI – HÌNH THÀNH MÀNG BIOFILM
Bể phản ứng giá thể cố định (biofilter) được sử dụng để xử lý nước thải giết mổ lợn chứa các chất hữu cơ như protein, lipid có trong máu động vật và cả nitơ Trước khi xử lý nước thải thực tế, bể được khởi động bằng nước máy trong một tuần để tạo điều kiện phát triển cho vi sinh vật Sau đó, chế phẩm vi sinh EM PRO-1 được bổ sung vào bể với tỷ lệ 1:19, tức là 1 lít chế phẩm vi sinh tương ứng với 19 lít nước thải.
19 lít nước Trong thời gian chạy thử nghiệm 1 tuần với nước trắng, bổ sung 50ml chế phẩm vi sinh tương đương với 1L nước, rải đều trên bề mặt vật liệu, bổ sung nhiều lần
Bề mặt vật liệu chưa có sự thay đổi (hình 3.1) Sau khoảng thời gian 3 tuần từ lúc chạy nước thải, bắt đầu hình thành màng biofilm (hình 3.2), thời gian hình thành màng tương đối nhanh Màng biofilm mỏng, có thể nhìn bằng mắt thường và nhận biết khi chạm vào Hiện tượng “tróc màng” cũng xảy ra trong bể biofilter, nước thải đầu ra thường xuyên có những mảng nhờn đục Nguyên nhân là do các chất hữu cơ trước hết bị hủy bởi vi sinh vật hiếu khí Tiếp tục thấm sau vào màng, nước thải hết oxi hòa tan và bị phân hủy tiếp tục bởi vi sinh vật kị khí Khi các chất hữu cơ trong nước thải cạn kiệt, vi sinh vật ở màng sinh học sẽ chuyển sang hô hấp nội bào và khả năng kết dính cũng giảm, dần dần bị cuốn theo dòng nước đầu ra Vì vậy cần bể lắng thứ cấp hoặc công đoạn xử lý tiếp theo để đảm bảo TSS cho nguồn nước thải đầu ra Sau 2 tháng chạy nước thải các lỗ rỗng bề mặt vật bị lấp đầy chất rắn lơ lửng có mặt trong nước thải (hình 3.4), làm hạn chế việc hoạt động của vi sinh vật, cần tiến hành rửa ngược để tái sinh vật liệu
40 Hình 3 1: Bề mặt vật liệu dính bám sau một tuần chạy nước trắng
Hình 3 2: Bề mặt vật liệu dính bám sau 3 tuần chạy nước thải.
Hình 3 3: Bề mặt vật liệu dính bám sau 2 tháng chạy nước thải
Như vậy, qua nghiên cứu có thể thấy được màng bioflim được hình thành sau ba tuần chạy nước thải Và sau hai tháng vật liệu cần được tiến hành tái sinh để tiếp tục sử dụng
Tiến hành dùng khoảng 10 viên vật liệu dính bám lắc nhẹ với 10 ml nước trắng, để chủ động gây hiện tượng tróc màng Lấy một ít của lớp màng tróc mỏng quan sát dưới kính hiển vi, bước đầu quan sát được vi sinh vật có mặt trong màng biofilm ( hình 3.4 (a), (b))
Hình 3 4 a), (b): Vi sinh vật quan sát dưới kính hiển vi ở giai đoạn thích nghi
2 HIỆU XUẤT XỬ LÝ BOD
Sau một tháng chạy ổn định hệ thống, số liệu BOD được ghi nhận từ tháng 2 đến tháng 4 (phụ lục, bảng 1) Thông số BOD được tính dựa vào thông số DO được ghi nhận ở phụ lục 1, bảng 2 Biểu đồ thể hiện số liệu BOD trong tháng 2, (hình 3.5) giá trị đầu vào dao động trong khoảng 1660 mg/l đến 1800 mg/l và giá trị đầu ra khoảng từ
380 mg/l xuống 230 mg/l Giá trị ghi nhận giảm dần cho thấy bể biofilter đã bắt đầu giải quyết được vấn đề BOD.
Hiệu xuất xử lý BOD khá cao và tăng dần từ 78,95% đến 86,31% (hình 3.6)
Trong tháng 3, thông số BOD duy trì ở mức ổn định khoảng 1800 mg/l, trong khi đầu ra biến động từ 290 mg/l đến 200 mg/l, cho thấy hệ vi sinh vẫn hoạt động ổn định và hiệu quả xử lý nước thải đạt yêu cầu.
Hình 3 5 Biểu đồ thể hiện số liệu BOD trong tháng 2
Hình 3 6: Biểu đồ thể hiện hiệu suất xử lý BOD trong tháng 2
44 vật trong màng biofilm đã hoạt động tốt và BOD nước thải đã bị vi sinh vật thủy phân dùng làm chất dinh dưỡng Hiệu xuất xử lý BOD tương đối cao đạt từ 83,98% đến 88,77% (hình 3.8)
Hình 3 7: Biểu đồ thể hiện số liệu BOD trong tháng 3
Hình 3 8: Biểu đồ thể hiện hiệu suất xử lý BOD trong tháng 3
Tháng 4 ( hình 3.9) giá trị BOD đầu vào giảm ở mức khoảng 1700 mg/l Mặc dù nước thải được lấy từ một nguồn nhưng thông số ô nhiễm BOD đầu vào vẫn có sự chênh lệch nhất định qua từng đợt lấy mẫu Điều này có thể do số lượng heo được giết trong ngày không đồng nhất hoặc khoảng thời gian lấy mẫu cách lâu so với thời điểm lò mổ giết heo Giá trị đầu ra BOD ở mức ổn định 200 mg/l Hiệu xuất xử lý BOD tháng 4 khá cao và ổn định khoảng 88% (hình 3.10)
Hình 3 9: Biểu đồ thể hiện số liệu BOD trong tháng 4
Hình 3 10: Biểu đồ thể hiện hiệu suất xử lý BOD trong tháng 4
Hệ vi sinh vật trong màng biofilm đã hoạt động tốt và BOD nước thải đã bị vi sinh vật thủy phân dùng làm chất dinh dưỡng giúp làm giảm BOD ở đầu ra nước thải Tuy nhiên, BOD của nước thải đầu ra vẫn còn rất cao không đạt QCVN40:2011/BTNMT, chưa đủ tiêu chuẩn để xả thải ra môi trường, cần có hệ thống xử lý tiếp theo trước khi đưa vào nguồn tiếp nhận Một phần nguyên do là nồng độ ô nhiễm của nước thải giết mổ khá cao và cũng do quy mô của nghiên cứu nhỏ chưa đủ đáp ứng việc xử lý triệt để BOD
3 HIỆU XUẤT XỬ LÝ TSS
Thông số TSS được ghi nhận vào từ tháng 2 đến tháng 4 (phụ lục, bảng 3) Thông số đầu ra giảm dẩn rõ rệt cho bể biofilter đã bắt đầu giải quyết được vấn đề TSS Số liệu ghi nhận trong tháng 2 (hình 3.11), đầu vào TSS qua từng đợt thu mẫu không ổn định, khiến thông số đầu thay đổi và cụ thể là giảm dần Đầu vào đầu tháng khoảng
900 mg/l và thấp nhất vào cuối tháng chỉ đạt 380-450 mg/l
Vào cuối tháng 2, hiệu xuất xuống thấp nhất chỉ đạt 23.69%, nguyên nhân do đầu vào nước thải trong đợt lấy thải chứa TSS thấp
Hình 3 11: Biểu đồ thông số TSS trong tháng 2
Thông số TSS tháng 3 (hình 3.13), giá trị đầu vào ổn định 670 – 960 mg/l, giá trị đầu ra tăng đột biến vào giữa tháng 560 mg/l, điều này khiến hiệu xuất xuống thấp chỉ đạt 39,14% Nguyên do trong bể phản ứng sinh học lượng chất rắn lơ lửng lắng xuống đáy bể nhiều làm tăng TSS đầu ra Cuối tháng 3 hiệu xuất xử lý ổn định khoảng 75.00% (hình 3.14)
Hình 3 12: Biểu đồ hiệu suất xử lý TSS tháng 2
Hình 3 13: Biểu đồ thông số TSS trong tháng 3
