Luận văn thạc sĩ Công nghệ môi trường: Nghiên cứu, ứng dụng công nghệ DHM (Down-Flow Hanging Media Reactor) xử lý nước thải sinh hoạt

Với những ưu điểm của công nghệ giá thể treo điển hình với vật liệu đa dạngchắc chăn có thé giải quyết được van dé nước thải sinh hoạt phat sinh trong nhữngnguôn trên như khu dân cư, trư

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

đằằLEls&s&

HUYNH TẤN NHUT

(DOWN-FLOW HANGING MEDIA REACTOR)

XU LY NUOC THAI SINH HOAT

Chuyờn ngành: Cong nghệ mụi trườngMó số: 608506

LUẬN V NTHACS

TP HO CHI MINH, Thỏng 7 năm 2014

CÔNG TRINH DUOC HOÀN THÀNH TẠITRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOAĐẠI HOC QUOC GIA TP HO CHÍ MINH

Ngày 30 tháng Ø7 năm 2014.Thành phan Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:

1 PGS.TS Trương Thanh Cảnh2 TS Lê Hoàng Nghiêm

3 TS Đặng Vũ Bích Hạnh4 TS Đinh Quốc Túc5 PGS.TS Bùi Xuân ThanhXác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Bộ môn quản lý chuyênngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có)

Chú tịch hội đồng đánh giá LV Bộ môn quản lý chuyên ngành

ĐẠI HỌC QUOC GIA TP.HCM CONG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGH A VIET NAMTRƯỜNG DAIHOC BACH KHOA Doc lap - Tu do - Hanh phic

NHIEM VỤ LUAN V NTHACS

Ho tên học viên: HUYNH TAN NHUT MSHV: 11250618Ngày, thang, năm sinh: 01/09/1988 Noi sinh: Binh DuongChuyên ngành: Công nghệ môi trường

I TÊN DE TÀI: “NGHI N CỨU, UNG DUNG CÔNG NGHỆ DOWN FLOW HANGING MEDIA REACTOR (DHM) XU LÝ NƯỚC THÁI SINHHOAT”

-Il NHIEM VU VA NOI DUNG:>,

s* Nội dung 1: Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải sinh hoạt băng công nghệ DHM°- Nghiên cứu kha năng xu lý của 3 mô hình No.1 (Bio-sponge); No.2 (Bio-Cord);No.3 ( Bio-Cloth) trong cùng lưu lượng đầu vao và tỉ số tuần hoàn ở giai đoạn 1 déchọn ra vật liệu xử lý tối ưu

- Tw vật liệu cho hiệu quả xử lý tối ưu tiễn hành nghiên cứu việc thay đổi tỉ số tuầnhoàn để chọn ra tỉ lệ tuần hoàn thích hợp

- _ Nghiên cứu kha năng chuyển hóa NH,*-N khi tăng giá trị độ kiềm trong hệ thốngtrên vật liệu đã chọn ở tỉ số tuần hoàn thích hợp

s* Noi dung 2:

- Do sinh khối bùn trên 3 loại giá thé ở tỉ số tuần hoàn ở giai đoạn đầu và tiếp tụcđo sinh khối bùn cho mô hình khi tăng tỉ số tuần hoàn thông qua chỉ tiêu SS vàVSS Quan sát nguyên sinh động vật ở m ¡ tỉ số tuần hoàn đánh giá hiệu quả củahệ thống

HI NGÀY GIAO NHIỆM VU: 10/2013

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VU: 07/2014Vv CÁN BỘ HƯỚNG DAN: PGS.TS.BÙI XUAN THÀNH

Tp HCM, Ngày Tháng Năm 2014CÁN BỘ HƯỚNG DÂN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN

TRUONG KHOA MOI TRƯỜNG VÀ TÀINGUY N

LOI CAM ON

Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Quy thầy cô Khoa Môi Trường & TàiNguyên, Phòng thí nghiệm khoa Môi trường - Trường Dai học Bách Khoa Tp.Hỗ ChíMinh đã tận tình giảng dạy, truyền đạt những tri thức quý báu giúp tôi hoàn thànhchương trình học của mình.

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến PGS.TS Bùi Xuân Thành — người đãtận tình hướng dẫn và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình nghiên cứu Giúp tôi có khoảngthời gian trải nghiệm và nâng cao kiên thức chuyên môn rât nhiêu.

Bên cạnh đó, tôi xin chân thành cám ơn đến Th.S Nguyễn Anh Tuấn, Th.S LêTan Thanh Lâm va quý thầy cô khoa Môi Trường & Tài Nguyên —Dai Hoc Nông LâmTP.HCM đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thí nghiệm tại đơnVỊ.

Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn các bạn cùng lớp Cao học Công nghệ Môitrường K2012 và các bạn sinh viên Khoa Môi trường K2009, K2010 đã nhiệt tìnhgiúp đỡ và có những đóng góp lớn trong quá trình thực hiện thí nghiệm.

Cuối cùng, Tôi xin xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến công ơn sinh thành và dưỡngdục của Ba, Mẹ cùng sự giúp đỡ và dìu dắt của Chị tôi Tất cả mọi người trong giađình luôn la ch dựa tinh than va là nguồn động lực dé tôi vượt qua khó khăn dé hoanthành tôt nhiệm vụ của mình.

DiA ,Ngay 30 Tháng 6 am 2014

Huynh Tan Nhut

TOM TAT NOI DUNG LUẬN VAN

Luận văn gồm những nội dung sau:

Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải sinh hoạt thông qua hiệu quả TCOD, TBOD,

N, P, SS, tong Coliform của 3 loại vật liệu khác nhau trong 3 mô hình No.1 Sponge); No.2 (Bio-Cord); No.3 (Bio-Cloth) với điều kiện vận hành trong giai đoạn |(IR=1) dé chọn ra vật liệu xử lý tối ưu Nghiên cứu hiệu quả xử lý nước thai của mô hìnhđã chọn tại 2 tỉ số tuần hoàn (IR=2); (IR=3) dé xuất tỉ số tuân hoàn thích hợp Trongtrường hợp lượng NH¿'-N trong dòng ra vượt quy chuẩn, giai đoạn 4 được tiễn hành dé

(Bio-loại bỏ hoàn toàn lượng chất này Kết quả thực nghiệm đạt được như sau:

Trong giai đoạn vận hành dau tiên (IR=1) với cùng diện tích bề mặt thì cả 3 hệthống déu cho hiệu quả xử lý là như nhau về mặt thống kê Nhưng đặc tính vật liệu củagiá thê Bio-Cord và Bio-Cloth thì không thích hợp khi vận hành trong thời gian dài Chỉcó giá thé Bio-Sponge có thé đáp ứng được

Hệ thống DHM với mô hình No.1 Bio-Sponge chạy với 2 tỉ số tuần hoàn thì kếtquả tỉ số tuần hoàn IR=2 cho kết quả tốt HRT đạt 0,97h va HLR đạt 6,6m /mÏ.ngày, hiệusuất loại bỏ TCOD, TBOD; , SS, TP, Tổng Coliform đạt 72+8%; 85+4%; 76,1+10%;

S+14%; 99,241,7% (3,5+1,5logio) Khả năng loại bỏ NH¿-N, TN đạt 78,9+7%;

36,1413% Sinh khối bùn trong vật liệu đạt 23,5 + 0,5 eTS/m’, thời gian lưu bùn đạt giá

tri cao 215 ngày, sản lượng bùn dat 0,04 gVSS/gTCODyoui bs Đề kiểm tra lại hiệu suất vàkhả năng loại bỏ tối đa lượng NH,'-N con lại ở dau ra trung bình 20mg/L Tác giả tiếnhành tăng độ kiềm và vận hành trong tỉ số tuần hoàn IR=2 trong giai đoạn 4 thì kết quảcho thay hiệu suất loại bỏ TCOD, TBOD; , SS, TP, Tổng Coliform đạt 73+2%; 84+4%:;

81,2+6%; 18,2 +19,2%; 99,98+0,04%(4.8 + 0,9log¡o) và khả năng loại bỏ NH,ˆ-N, TN dat93/7+1,9%; 43 8+7,4%.

Quan sát bùn và nguyên sinh động vật trên m ¡ giá thể cho thây bùn của 3 mô hìnhđều có kích thước lớn và dé lắng Nguyên sinh động vật thi da dạng nhưng phân bố khôngđông đều, đối với những vi trí trên đỉnh thi tập trung nhiều nguyên sinh động vat hơn donồng độ chat hữu cơ cao gồm: Amoebae Arecella, Amoebae proteus, Ciliata gồm(p.Caudaum; P.Aurelia; Aspidisca Sp và Euplotes sp.) Đến vị trí giữa và cudi thì nồng độchất hữu cơ thấp với TBOD <20mg/L thì xuất hiện nhiều Rotifera (Philodina sp;Euchlanis sp) và một số loại giun tròn Nematoda (Nemantode sp) và giun ít tơ oligochaeta(Aeolosoma sp) góp phần loại bỏ gần như hoàn toàn tổng lượng Coliform dau ra

u N

This thesis contains the following contents:

Research on wastewater treatment capacity via an efficiency of TCOD, TBODs, SS,N, TP and total Coliform of three models biological reactors DHM process consists of threemodels are No.I(Bio-Sponge); No.2(Bio-Cord); No.3(Bio-Cloth) with different types ofmedia for domestic wastewater In Phase |, the internal recycle (IR=1) was chosen to figureout the most suitable model Then, the chosen model was operated with IR=2 and IR=3respectively to propose a optimal internal recycle In case, the amount of NH¿'-N in theeffluent was higher than the standard (QCVN 14, column A), one more phase called Phase 4was performed to remove them Results of research were described below:

In Phase | (IR = 1), the treatment efficiency of three models, which had the sametotal specific surface area of media, had the same meaning based on statistics However, thecharacteristics of filter media No.2 and No.3 are unsuitable to operate in a long time.Therefore, the reactor No.1 was the most suitable model.

The DHM system with the Bio-Sponge media in reactor No.1 gave the best results at

internal recycle (IR=2), HRT of 0,97h and HLR of 6,6 m/m”.day The performance in

removal TCOD, TBOD, SS, TP, Total Coliform were 72+8%; 85+4%; 76,1+10%; 8 +14%;99 2+1,7%(3,5+1,5logio), respectively The removal NH¿-N and TN capability were78,9+7%; 36,1413%, respectively Sludge biomass within the same specific surface of the

Bio-Sponge media were 23,540,5 gTS/m” and the SRT of 215 days, Y of

0,04gVSS/gTCOD,.m In order to review the performance and remove 20mg/l_ NH,’-N leftin the effluent, alkalinity was increased and the process was set up with IR=2 in Phase 4.According to this, the removal efficiency of TCOD, TBODs, SS, TP and total Coliformwere 73+2%; 84+4%; 81,2+6%; 18,2 +19,2%; 99,9840 04%(4,8 + 0,9logio), respectively andthe removal capability of NH¿'-N, TN were 93,7+1 9%; 43 847.4%, correspondingly.

Sludge and protozoa observation in every media showed sludge of three modelsreactor had large dimension and were able to settle easily Protozoa was very diverse but theirdistribution was uneven They concentrated at the top of reactor with high population becauseof organic matter concentration, including: A Arecella, A proteus, Ciliata (p.Caudaum;P.Aurelia; Aspidisca Sp va Euplotes sp) By the middle and the end position, the lowconcentration of organic matter (with TBOD <20mg/L) lead to the high population of Rotifera(Philodina sp; Euchlanis.sp), Nematoda (Nemantode sp) and little silk worms oligochaeta(Aeolosoma sp) They contributed to almost completely removal total coliform in the output.

u N

ĐẠI HỌC QUOC GIA TP.HCM CONG HÒA XÃ HOI CHỦ NGH A VIET NAMTRƯỜNG DAIHOC BACH KHOA Độc lap - Tự do - Hanh phúc

LOI CAM DOAN

Ho tên học viên: HUYNH TAN NHUT MSHV: 11250618Ngày, thang, năm sinh: 01/09/1988 Noi sinh: Binh DuongChuyên ngành: Công nghệ môi trường

Tên dé tà: “NGHI N CỨU, UNG DỤNG CÔNG NGHE DOWN-FLOWHANGING MEDIA REACTOR (DHM) XỬ LÝ NƯỚC THÁI SINH HOẠT”Ngày bắt đầu: 10/2013 Ngày hoàn thành: 7/2014

Cán bộ hướng dẫn: PGS.TS Bùi Xuân Thành

Tôi cam đoan day là công trình nghiên cứu của tôi Những kết quả va sôliệu trong luận văn chưa được ai công bô dưới bat cứ hình thức nào Tôi hoàn toànchịu trách nhiệm trước Nhà trường về sự cam đoan này.

Dĩ An, ngày 30 tháng 06 năm 2014

Huỳnh Tan Nhựt

MUC LUC

0900.990 V

TÓM TAT NỘI DUNG LUẬN VL_N < 5-55 S2 SE eseeessessesevi

LOT CAM ĐOAN CC L n2 1 1H11 HH H HH TT HH1 HH0 viiiDANH MỤC BANG - 5-52 c1 1 1 1211212111211 101111111111 010101 2111110101201 3DANH MỤC HÌNH - - - 5c S222 S223 232321E1515151 171113 11111111101 010111111111 5DANH MỤC TU VIET TẮTT 5-5 56552 3E SE SE E35 E1 121511511111 11 11111 cxe 7CHƯƠNG 1 MỞ DAU 5-5 S21 1 12 1 1212151111111 1111 0111111101 01.1101 1111 rkg 81.1 TINH CAP THIẾT CUA DE TÀI [ 5-sce<<ssesesesees=sEseseseseeseseseseseesesese 81.2 MỤC TIỂU DE TÀII e-e<<ssse << SsEsEs£E£EEsEsESEEEsEsEsESeSSEeEsEseseseEeesesese 91.3 PHAM VI VÀ GIỚI HAN CUA DE TÀÀ [ 5-see<<sesesesesessesesesesessesesese 91.4 Ý NGHĨA VA TINH MỚI CUA DE TÀII -s-sce<ssesesesesessesesesesessesesese 9CHƯƠNG 2 TONG QUAN 5C C2 1 22 1 1211121111111 0121211021101 1111 111gr 102.1 TONG QUAN VE NƯỚC THAI SINH HOẠIT -5 5 5< s5 s<s<seseseses 102.1.1 Hiện trạng nước thải sinh hoạt hiện may 2S ssrrsee 102.1.2 Thanh phan và đặc tính của nước thải sinh hoat 5-see<ssesesesesesessesese II2.1.3 Tình hình xử lý nước thải sinh hoạt hiỆn ñay << << sss 65555536 5556e©eeeeeesssee 122.2 © NGNGH X LY BANG PHƯƠNG PH P SINH HỌC DINH B M5188.405 Ả Ô 132.2.1 Quá trình sinh trưởng dính bám của vi sinh Vat - 5 << sssesss 132.2.2 Một số công nghệ xử ly áp dụng công nghệ sinh trưởng dính bám 232.2.3 Téng 0078.00.1777 272.3 © NGNGH DMH(DOWN-FLOW HANGING MEDIA REACTOR) 312.3.1 Công nghệ DHM-Bi0-Sponge - «ke 312.3.2 Công nghệ DHM Bio-Cord với giá thé dang sOi cccceeececsesseeseseeseeseeeeees 402.3.3 Công nghệ DHM Bio-Cloth với giá thé vải - - 2 + 25555+£+cz£s£szscceẻ 42CHƯƠNG 3 PHƯƠNG PHÁP NGHI N CỨU - 2 2525252 S2cscscscszsseo 443.1 NỘI DƯNG NGHIÊN CỨU -G =sEE SE SE 939128 SE ve rerred 443.1.1 Thí nghiệm xác định mô hình va IR tối ưu - - 2 + 2 2+s+s+£+£z£zzsz<zseẻ 443.1.2 Khao sát bùn và nguyên sinh động vật trên mô hình DHMI - 463.2 VẬTLI UVÀM_ HÏỈNH NGHIÊN CỨU 25 + xe £eEsE+EsE+ese£sesed 473.2.1 Vật liệu nghiÊn CỨU - 1100000203 9001010111111 1 n1 n0 re 473.2.2 Nước thải thí nghiỆm - c1 11990101119 000 ngờ 46

u N 1

3.2.3 Mô hình thí nghigm (c1 119939930010 ng 493.3 PHƯƠNG PH P PHAN TÍCH - 2-2 6E E+E+E+E+ESEEEEEEEEEEEECErErkrkrkrkred 523.3.1 Phương pháp phân tích các chỉ tiêu chất lượng nước -2-s-s-s+s+szs¿ 523.3.2 Phương pháp khảo sát sự phát triển của vi sinh vật trên giá thé 553.3.3 Phương pháp xử lý $6 liệu - ¿+ - - 252 SE+E+E+E£EEEEEE£ESEEEEEEEEEEEEEEEErkrkrkrree 55CHƯƠNG 4 KET QUÁ VÀ THÁO LLUẬNN 5-5-5 5s se sessesesesse 5641 THINGHI MX CĐỊNHM HỈNHX LÝ VÀIR TÔI ƯU 564.1.1 Giai Đoạn thích ngÌ11 - - - << 5 113901030101 1999900 0 re 564.1.2 Khả năng xử lý của 3 mô hình nghiên cứu (IR]) - 5< <<<<<<+++ 564.1.3 Kha năng xử lý của mô hình No.1 Bio-Sponge khi thay đối tỉ số tuần hoantrong hệ thông - - -Ă 1n re 784.1.4 Khả năng loại bỏ NH¿”-N dư ở giai đoạn 4 khi tăng độ kiểm - 55s: 974.2 KHAOS TĐẶC TÍNH BUN VA QUAN ST NGUYEN SINH ĐỘNGVAT ececscsssesssscsesecscsvsesscscavsvsesscacavevsesesacavsvsesesscavavsvsvsacavevsnsesscavevsvsesesesasavsnseseasavensen 1014.2.1 Đặc tính của bùn trên gid thỂ ¿-¿- - -kk+E+ESESESEEEEEEEEEEEk kg kg rret 1014.2.2 Khao sát nguyên sinh động vat trên mô hình nghiên cứu 103CHUONG 5 KET LUẬN VÀ KIÊN NGHỊ, - + 6s se E322 EsEsEeksesereesed 1115.1 KET LUAWN << << << << 9 9 0099909 00 vợ see 1115.2 KIÊN NGHI << << << 9 9 8909592529 1 3 3u 2s se 113TÀI LI U THAM KHẢO - - + 2 E5 SE SE SESESkEkEEEEEEEE5E1111151515 11111 cxrk 114PHU LUC 22 119LY LICH KHOA HOC

DANH MUC BANG

Bang 2.1 Dac tính của nước thai sinh hoat cc cccccceessseeeeeeessnnceceeeeeeeeeeeeeeeeeeeaes 12

Bang 2.2 Quy hoạch các trạm xử lý nước thai sinh hoạt tập trung - 13

Bang 2.3 Thông số thiết kế bể loc sinh học - ¿22-255 E2 £2£E£E£E+EzEzEErererreree, 24Bảng 2.4 Thông tin thiết kế cho RBCs 5-5 52522223 E2E2EEEEEEEEEEEErErkrrrrees 25Bảng 2.5 Một số nghiên cứu về DHS và hiệu quả loại bỏ chất hữu cơ, nito va mầmbệnh: - Go 35Bảng 2.6 Đặc tính của giá thé Bio Cord ( TBR CO LTD - PP-45) -c-: 40Bảng 2.7 Tính năng của giá thé Bio-COrd 5+ 252565226 E+E2EEE£E£E£ESEEErkrkrrrrees 4Bang 2.8 Đặc tính giá thé Bio-Cloth trong nghiên cứu - 2 2 2 s+s+s+cscee: 42Bảng 3.1 Tổng hợp thông số qua các giai đoạn nghiên cứu 5-5-5s+s+cscs2 46Bang 3.2 Tinh chat vật liệu nghiên cứu trong mô hình DHM - - - 25s: 47Bảng 3.3 Thông số tính chất nước thải khu vực C6 - ¿5-5-2552 +s+x+E+x+xrezescez 48Bảng 3.4 Thông số vật liệu trong mô hình DHM ¿222555 c2 2£<+£z£zcee: 50Bảng 3.5 Thông số thiết kế mô hình DHM ¿2-25-5222 2£E££+£+£££z£ezEzezcee, 51Bang 3.6 Các phương pháp phân tích mẫu ¿ 2 2 5 22*2*2E2E2* 2E 2£ z£z£czcxe 52Bảng 3.7 Các phương pháp phân tích mẫu - ¿+ 2 5 S2S2*2E2E2E2E 2£ z£z£zczcxe 53Bảng 4.1 Hiệu quả xử lý chất hữu cơ trong 3 mô hình nghiên cứu trong GĐ1 57

Bảng 4.2 Nông độ vào, đầu ra, hiệu xuất và tốc độ xử ly Nito trong giai đoạn 1 61

Bảng 4.3 Mối liên hệ giữa TKN loại bỏ và Lượng TNOx sinh ra wots 63Bảng 4.4 Gia tri pH trong giai đoạn vận hành ở 3 mô hình «« «55s: 65Bang 4.5 Đầu vao,ra và hiệu suất xử lý Tổng Photpho - 2 2 2 555cc: 68Bảng 4.6 Nông độ vào, đầu ra, hiệu suất xử ly SS trong giai đoạn Ì 70

Bang 4.7 Nông độ trung bình dau vào, ra và hiệu suất xử lý tong Coliform trong6.20 71

Bảng 4.8 Nồng độ DO dau vao, ra của 3 mô hình nghiên cứu trong giai đoạn l 72

Bảng 4.9 Nong độ bùn trong giá thé sau khi kết thúc giai đoạn 1 74

Bang 4.10 Hiệu quả và tốc độ xử ly chất hữu cơ qua 3 giai đoạn xử ly 80

Bang 4.11 Thống kê số liệu về chỉ tiêu Nito qua 3 giai đoạn - 5-55: 83Bang 4.12 Ti số TNOx/TKN loại bó CUA 3 Bilal MOAN ee eee 5.55 5 Sư 86Bang 4.13 Nong độ va hiệu suất loại bỏ SS qua từng giai đoạn - 88Bang 4.14 Hiệu suất loại bỏ Coliform ở 3 Ø1a1 đOẠI re, 90Bang 4.15 Hiệu quả xử lý TP trong 3 giat đOạñ cv re, 9]

u N 3

Bang 4.16 Nồng độ Oxy hòa tan qua 3 giai đoạn xử ly - 5c ccccccsesescee 93Bảng 4.17 Thông số pH và độ kiềm theo thời gian vận hành - - - +: 94Bang 4.18 Kết qua do nồng độ bùn trong giá thé vc eeseseseesesseseseseseeeeteeees 96Bang 4.19 Kết Qua xử ly chat hữu co ở giai đoạn 4 voccccccescseseseeseseeeseeeeeeeeees 98Bang 4.20 Kết xử ly Nito ở giai đoạn 4 o.cccccccesesseescscscsssscsessesssssesesessssseeseseesees 98Bang 4.21 Kết quả kha năng loại bỏ TNOx trong giai đoạn 4 -5-5cc+cscs: 99Bang 4.22 pH va Độ kiểm trong hệ thống ở giai đoạn 4.0 99Bảng 4.23 Bang tổng hợp thông số SS,TP, Coliform, DO trong giai đoạn 4 100Bang 4.24 Thời gian lưu bùn trên 3 mô hình nghiên cứu « «<< 55s: 102Bang 4.25 Sản lượng bùn trong hệ thống DHM - ¿2 2 2 55£+£+£2£2£££EzEscze: 102

DANH MUC HINH

Hình 2.1: Cau tạo va co chế trao đổi chat trên mang Vi sinh - 5-5: 14Hình 2.2: Một số loài nguyên sinh động vật ¿ - 5-5 2 252 E£E+Ez£zzrererreree, 28Hình 2.3: Một số nguyên sinh động vật có tiên mao phố biến - - 2 5: 29Hình 2.4: Động vật da bào HH HH n ng ng 10 ng kh 30

Hình 2.5: Sơ đô tiễn trình phát triển của giá thé trong công nghệ DHS 6 33

Hình 3.1: Sơ đồ nội dung nghiên cứu mô hình DHM 2-5- 55 2 2=s£s+sz<+¿ 45Hình 3.2: Bản vẽ mặt băng hệ thống DHM - ¿2-22 + 2 2£2£E£E+Ez£z£E£ezeresree, 49Hình 3.3: Mô hình thiết kế và các giá thể nghiên cứu ¿ - cesses 50Hình 4.1: Nông độ và hiệu quả xử ly chất hữu cơ ở 3 mô hình nghiên cứu 57

Hình 4.2: Tốc độ xử lý chất hữu cơ của 3 mô hình nghiên cứu trong giai đoạn 1 58

Hình 4.3: Màu sac bùn trên giá thể Bio-Cord trong giai đoạn l - 59

Hình 4.4: Biểu đồ thé hiện khả năng loại bỏ NH¿”-N của 3 mô hình 62

Hình 4.5: Biểu đồ thé hiện khả năng loại bỏ TN của 3 mô hình - 62

Hình 4.6: Biểu đồ thé hiện tốc độ xử lý trên đơn vị diện tích của 3 mô hình 63

Hình 4.7: Biểu đồ thể hiện mối liên hệ giữa TKN loại bỏ và lượng TNOx sinh ra 64

Hình 4.8: Biểu diễn pH trong 3 mô hinh nghiên cứu theo thời gian - 65

Hình 4.9: Biểu đồ thé hiện khả năng loại bỏ NH¿”-N thông qua độ Kiém 66

Hình 4.10: Biểu đồ thé hiện nồng độ TP theo thời gian vận hanh - 68

Hình 4.11: Biéu đồ thé hiện nồng độ SS, hiệu suất của 3 mô hình trong giai đoạn 1 69

Hình 4.12: Biểu đồ thé hiện hiệu suất loại bỏ Coliform ở 3 mô hình 71

Hình 4.13: Biểu đồ thé hiện nồng độ DO trong 3 mô hình trong giai đoạn 1 73

Hình 4.14: Vật liệu Bio-Sponge sau thời gian nghiên cỨu - << «<< <<+++ 75Hình 4.15: Vật liệu Bio-Cord sau thời gian nghiÊn CỨU - 5-5555 << x++ 76Hình 4.16: Vật liệu Bio-Cloth sau thời gian nghiên cứu - 5< << x+s 77Hình 4.17: Vị trí điểm đen trên giá thé Bio-Cloth - - 2 2 2 25s+£+£+£z£z£szezescee 78Hình 4.18: Biéu đồ thé hiện hiệu suất và tốc độ xử lý chất hữu cơ trong 3 giai đoạn 30Hình 4.19: Biểu đồ thé hiện nồng độ TCOD qua 3 giai đoạn xử lý - SĨHình 4.20: Biểu đồ thé hiện nồng độ TBOD qua 3 giai đoạn xử lý - 82

Hình 4.21: Biểu đồ biểu diễn khả năng loại bỏ NH,*-N theo thời gian vận hành 84

Hình 4.22: Biểu đồ biểu diễn nông độ NOz-N theo thời gian vận hành 85

Hình 4.23: Đồ thị khả biểu diễn nồng độ NO» -N theo thời gian vận hành 86u N 5

Hình 4.24: Biểu đồ thé hiện mối tương quan giữa TKN loại bỏ và TNOx tao ra theothời gian vận hành - - << + 1119931101111 119 011 re 87

Hình 4.25: Biéu đồ thé hiện hiệu quả va tốc độ loại bỏ TN theo từng giai đoạn 88

Hình 4.26: Biểu đồ thé hiện nông độ, hiệu suất loại bỏ SS theo thời gian van hành 89

Hình 4.27: Biểu đồ thé hiện hiệu quả loại bỏ Coliform ở 3 giai đoạn 90

Hình 4.28: Mối liên quan giữa HRT và hiệu quả ÍOgio, 5-5- 52 252 2c<+s+escee 9]Hình 4.29: Đồ thị biểu diễn nông độ TP theo thời gian vận hành - - 92

Hình 4.30: Mối tương quan giữa nồng độ oxy hòa tan và tốc độ xử ly NH¿'-N 93

Hình 4.31: Đồ thị thé hiện diễn biến pH theo thời gian vận hành -. - 95

Hình 4.32: Biéu đồ thé hiện mối tương quan độ kiềm và nồng độ NH¿”-N 95

Hình 4.33: Biéu đồ thể hiện mối tương quan giữa tỉ số tuần hoàn và nồng độ bùntích lũy trong gø1á the (<< 0g tre %6Hình 4.34: Độ kiềm và NH¿- N trong giai đoạn 4 + 2 552 cc+csccecszerrsree 100Hình 4.35: Hình dạng bùn - - -GG Q11 re 101Hình 4.36: Nguyên sinh vật xuất hiện trong 3 mô hình nghiên cứu 103Hình 4.37: Hình Amips - - - - GG Q00 re 105Hình 4.38: Nguyên sinh động vật có tiêm ImaO - «<< s23 kees 105Hình 4.39: Sinh vật tiêm mao, tảo , Vi IAP XÁC ccQ SH 1111 kg 106Hình 4.40: Luân trùng (trùng bánh xe) Rotifera ch 1 ke 107Hình 4.41: Giun it tơ Aeolosoma sp và giun tròn Nematode Sp «««<5 108Hình 4.42: Nguyên sinh động vật xuất hiện trong giai đoạn 2 - - c5: 110

DANH MUC TU VIET TAT

DO Demand OxygenHLR Hydraulic Load RateHRT Hydraulic Retention timeHUASB Hybrid up-flow anaerobic sludge blanketIR Internal recycle ( tuần hoàn nội bộ)ITIS Integrated Taxonomic Information SystemKCN Khu công nghiệp

MLSS Mixed Liquor Suspended SolidsPST Primary sedimentation tankQCVN Quy chuan Việt NamSRT Sludge retention timesCOD Soluble Chemical Oxygen DemandSS Suspended solids

TBODs Total Biochemical Oxygen DemandTCOD Total Chemical Oxygen DemandTKN Total Kjeldahl Nitrogen

TN Thi nghiệmTN Total NitrogenTNOx Total nitrit and nitratTS Total Solids

VS Total Volatile SolidsTP Total PhosphorusUASB Up-flow anaerobic sludge blanketVSS Volatile Suspended Solids

VSV Vi sinh vatXLNT Xử lý nước thải

CHUONG 1MO DAU1.1 TINH CAP THIET CUA DE TÀI

Theo tiến trình phát triển của xã hội khi những đô thị mới ra đời, xử lý nướcthải sinh hoạt đang là vẫn đề được quan tâm hàng đầu Theo Sở Tài nguyên và môitrường TP.HCM thì m i ngay toàn thành phố có 60% lượng nước thải sinh hoạt chỉđược xử lý sơ bộ trước khi xả vào hệ thống chung của thành phố [3] Từ đó cũng đặt ravan dé làm sao dé giải quyết được với một lượng nước thai không 16 như vậy thì đòihỏi phải tim ra phương pháp xử lý với chi phí xử lý thấp mà có thé đạt hiệu quả cao,đồng thời giảm mức độ ảnh hưởng đến mức thấp nhất khi thải ra nguồn tiếp nhận hoặccó thể tái sử Hiện nay nhà nước cũng đề xuất và xây dựng các trạm xử lý tập trungnhưng vấn đề thu gom vẫn chưa triệt để Hầu như vẫn còn một lượng lớn nước thảisinh hoạt van được xả vào trong những dòng kênh, hé g4y ô nhiễm nghiêm trọng

Trước thực trạng đó đã có nhiều công nghệ được đề xuất để giải quyết nhưngchỉ phí còn cao cũng như vấn đề vận hành cũng còn khá phức tạp Gần đây đã có thêmcông nghệ mới đã được nghiên cứu là dựa trên nền tảng của quá trình lọc sinh học đólà công nghệ sử dụng giá thé treo với những kết qua đạt được đã công bố trên nhữngbài báo cho thấy ưu điểm nỗi trội về hiệu quả xử lý cao, ít tốn năng lượng và chỉ phíxây dựng và vận hành thấp với một số nhà nghiên cứu như Machdar và cộng sự, 2000;Tawfik và cộng sự, 2006; Tandukar va cộng sự, 2007; Mahmoud và cộng sự, 2011.

Với những ưu điểm của công nghệ giá thể treo điển hình với vật liệu đa dạngchắc chăn có thé giải quyết được van dé nước thải sinh hoạt phat sinh trong nhữngnguôn trên như khu dân cư, trường học Bên cạnh đó ngoài giá thé mút xốp thì tác giảcũng đã khảo sát và tìm thêm một vài vật liệu khác để đánh giá hiệu quả vàr rànghơn về tính năng của hệ thống Nên Tác giả đã đưa ra đề tài nghiên cứu “Nghỉ n cứu,ứng dung công nghệ Down-flow Hanging Media Reactor (DHM) xử Ï ` nước thaisinh hoạt”

Nhận thay dé tài đáp ứng được nhu cau thực tế cho nên nghiên cứu nay là rấtcần thiết và mang tính ứng dụng cao Và nó giúp nâng cao công tác bảo vệ môi trườngvà giảm thiêu 6 nhiễm cho các nguôn tiép nhận giúp môi trường sông ngày càng tot hon.

u N 8

1.2 MUCTI UDETAI

Luan van duoc thuc hién voi muc tiéu chinh sau:e Xác định hiệu quả xử lý tối ưu của 3 mô hình nghiên cứu cho nước thải sinh

họa trong hệ thống DHM,e Xác định tỉ số tuần hoàn thích hợp trong hệ thống ứng dụng vao thực tế.1.3 PHAM VI VÀ GIỚI HAN CUA DE TÀI

Thực nghiệm được tiễn hành trên qui mô pilot đặt tại khuôn viên trường ở khuvực căn tin Có —Trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM.

Nguồn nước thử nghiệm là nước thải sinh hoạt lay từ bé tự hoại tại khu vực căntin C6 — Trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM.

Giá thể sử dụng cho nghiên cứu gồm3 loại: Bio-Sponge; Bio-Cord; Bio-Cloth.Vận hành trên 3 tì số tuần hoàn nội bộ IR=l; IR=2; IR=3

1.4 Ý NGH A VÀ TÍNH MỚI CUA DE TÀIs*_ Môi trường: Hạn chế đến mức tối đa về mức độ ảnh hưởng đến môi trường khi

nước thải chưa được xử lý xả vào nguồn tiếp nhận.* Kinh tế: p dụng công nghệ mới và tiết kiệm năng lượng cho quá trình xử lý

băng phương pháp bùn hoạt tính truyền thống

* Thực tiễn: Có tính áp dụng cao cho xử lý nước thải sinh hoạt ở các khu dân cư,

trường học với hiệu quả xử lý cao.* Tinh mới của đề tài: Thông qua quá trình nghiên cứu tim ra vật liệu xử lý có

hiệu quả xử lý cao để áp dụng cho thực tế

CHUONG 2TONG QUAN

2.1 TONG QUAN VE NUOC THAI SINH HOAT

2.1.1 Hiện trang nước thai sinh hoạt hiện nay

Trong quá trình sinh hoạt, con người đã sử dụng một lượng nước không hề nhỏ

cho các mục đích ăn uống, sinh hoạt, vệ sinh nhà cửa Bên cạnh đó một số hoạt động

dịch vụ khác như bệnh viện, trường học, nhà hàng Cũng góp phần làm tăng lượngnước xả thải vào nguôn tiêp nhận

Theo báo cáo của Viện chiến lược, chính sách tài nguyên và môi trường, ướctính nước thải xả ra môi trường vào khoảng 2 tỷ m/năm, trong đó nước thải sinh hoạtchiếm hơn 60%, nước thải công nghiệp chiếm hơn 30% [1] Riêng lượng nước thải

sinh hoạt của khu dân cư được xác định trên cơ sở nước cấp Ở nước ta hiên nay, tiêu

chuẩn cấp nước dao động từ 120 — 180 I/ngudi-ngay [2] Đối với khu vực nông thôn,tiêu chuẩn cấp nước sinh hoạt từ 50 — 100 I/ngudi.ngay Thông thường tiêu chuẩnnước thải sinh hoạt lay băng 90 — 100% tiêu chuẩn cấp nước Lượng nước thai từ cáccơ sở thương mại và dịch vụ cũng có thể được chọn từ 15 — 25% tong lượng nước thảicủa toàn thành phố Lượng nước thải tập trung của đô thị rất lớn Lưu lượng nước thảicủa thành phố 20 vạn dân khoảng 40.000 — 60.000 m /ngày

Theo nhận định của ng Yutaka Matsuzawa - Chuyên gia môi trường của Tổchức Hop tác Quốc tế Nhật Bản (JICA) tại Việt Nam trong vòng ít nhất là 10-15 nămnữa sẽ còn phải hứng chịu các tác động nặng né do nước thải sinh hoạt không được xửlý nhiễm nước thải sinh hoạt đang là vẫn đề nghiêm trọng nhất mà VN đang đốimặt Đầu năm 2010 một báo cáo toàn cầu mới được Tổ chức Y tế thế giới (WHO)công bố cho thấy, m i năm Việt Nam có hơn 20.000 người tử vong do điều kiện nướcsạch và vệ sinh nghèo nàn và thấp kém Còn theo thống kê của Bộ Y tế, hơn 80% cácbệnh truyền nhiễm ở nước ta liên quan đến nguồn nước Người dân ở cả nông thôn vàthành thị đang phải đối mặt với nguy cơ mắc bệnh do môi trường nước đang ngày mộtô nhiễm trầm trọng [3]

2.1.2 Thanh phan và đặc tinh của nước thai sinh hoạt

Thông thường, nước thai sinh hoạt của hộ gia đình được chia làm hai loại chính:e Nước đen là nước thải từ nhà vệ sinh, chứa phần lớn các chất ô nhiễm, chủ yếu

là: chất hữu cơ, các vi sinh vật gây bệnh và cặn lơ lửng.e Nước xám là nước phát sinh từ quá trình rửa, tam, giặt, với thành phan các chat

6 nhiễm không đáng kế Nồng độ chất hữu cơ trong loại nước thai nay thấp vàthường khó phân hủy sinh học, trong nước thải có chứa nhiều tạp chất vô cơ.Thành phân chủ yếu của nước thải sinh hoạt là các chất hữu cơ, bao gồm cáchợp chất như protein (40 + 50%), hydrat cacbon (40 50%) Nồng độ chất hữu cơtrong nước thai sinh hoạt dao động trong khoảng 150 450mg/L theo trọng lượngkhô, có khoảng 20 40% chất hữu cơ khó bị phân huỷ sinh học Bên cạnh đó nguồnNito, Photpho trong nước thải sinh hoạt cũng góp phần không nhỏ gây ra tình trạngphú dưỡng dẫn đến tình trạng tảo phát triển bùng phát tại những ao, hồ ảnh hưởng đếnthủy sinh trong nước Do đó ở những khu vực dân cư tập trung đông, nước thải khôngđược xử lý sẽ chính là nguồn gây ô nhiễm nghiêm trọng

Một yếu tô gây ô nhiễm quan trọng trong nước thải sinh hoạt, đặc biệt là trongphân, đó là các loại mam bệnh được lây truyền bởi các vi sinh vật có trong phan Vìsinh vật gây bệnh từ nước thải có khả năng lây lan qua nhiều nguồn khác nhau, quatiếp xúc trực tiếp, qua môi trường (đất, nước, không khí, cây trồng, vật nuôi, côntrùng ), thâm nhập vảo cơ thể người qua đường thức ăn, nước uống, hô hấp, và sauđó có thể gây bệnh Vi sinh vật gây bệnh cho người bao gồm các nhóm chính là virus,vi khuân, nguyên sinh bao và giun san.

Bang 2.1 Đặc tính của nước thải sinh hoạt

Nông độ

Chỉ tiêu ô nhiễm Đơn vị Cao Trung bình Thấp

BODs mg/L 400 220 110COD mg/L 1000 500 250Nito hữu cơ mg/L 35 15 8Nito Amoni mg/L 50 25 12Nito tong số mg/L 85 40 20Phốt pho tổng số mg/L 15 8 4Tong chat ran mg/L 1200 720 350Chất răn lơ lửng mg/L 350 220 100

Metcalf and Eddy (2003)2.1.3 Tình hình xử I nước thải sinh hoạt hiện nay

Đề xử lý lượng nước thai khong 16 thải ra m i ngày nay, TP HCM đã quy hoạchxây dựng 9 lưu vực thu gom trên diện tích 18.978 ha để xử lý nước ô nhiễm với côngsuất 1,78 triệu m/ngày [4] Nhằm hạn chế bớt lượng nước ban chưa qua xử lý thải trựctiếp ra môi trường, thành phố cũng quy định tất cả các khu chung cư, khách sạn, tòanha văn phòng mới xây dựng phải có hệ thống xử lý nước thải tại ch Tuy nhiên,cho đến nay cũng mới chỉ có khoảng 200 dự án như vậy có hệ thống xử lý nước thảiđạt mức độ xử lý cấp 2

Trong khi đó, theo Trung tâm điều hành chống ngập nước của thành phố, đếnnăm 2010 cả thành phố mới chỉ có 3 nhà máy xử lý nước thải là Tân Quý Đông có

công suất 500m /ngày, Nhà máy Bình Hưng Hòa có công suất xử lý bình quân

26.500m /ngày và Nhà máy Bình Hưng có công suất xử ly đạt 144.000 mỶ/ngày Nhưvậy tổng cộng 3 nhà máy chỉ mới xử lý được khoảng 180.000 m”/ngày.đêm, chưa bằng

1/10 lượng nước thải sinh hoạt hàng ngày.

Bang 2.2 Quy hoạch các trạm xu lý nước thải sinh hoạt tập trung [5]STT Lưu vực Công suất dự kiến (m3/ngay)

1 | Tham Lương - Bến Cát 131.0002 | Nhiêu Lộc - Thị Nghé 501.0003 | Tân Hóa- Lò Gốm 242.0004 | Tàu Ht Bến Nghé — Kênh Đôi - Kênh Tẻ 512.0005 | Tây Sài Gòn 111.0006 | Bac Sài Gòn I 139.0007 | Bắc Sài Gòn II 55.0008 Nam Sai Gon 89.0009 Dong Sai Gon 167.000

Được biết, sap tới thành phố sẽ triển khai dự án vệ sinh Nhiéu Lộc - Thị Nghégiai đoạn 2, với hạng mục chính là xây dựng nhà máy xử lý thải toàn bộ nước thải củalưu vực Nhiêu Lộc - Thị Nghé (năm tại Quận 2/TP.HCM) Dự án này có tong vốn đầutư ước khoảng 400 triệu USD.

2.2 CÔNG NGHỆ XU LY BẰNG PHƯƠNG PHÁP SINH HOC DÍNH

BAM HIẾU KHÍ2.2.1 Quá trình sinh trưởng dính ám của vi sinh vật

Vi sinh vật sử dụng các thành phan 6 nhiễm là các cơ chất trong nước dé pháttriển theo cơ chế sau, bao gồm 3 giai đoạn:

Giai đoạn khuếch tán ngoại bao: Di chuyển và hấp phụ các cơ chất lên trên bềmặt của tế bào vi sinh vật

Giai đoạn hap thụ: Di chuyển cơ chất từ bề mặt ngoài tế bào vao trong tế bàoqua màng bán thâm

Giai đoạn oxy hóa nội bào và tong hợp tế bào mới: Oxi hóa cơ chất trong tế baosản sinh năng lượng và tông hợp trong quá trình trao đôi chất và hình thành tế bào mới

Hiệu quả xử ly của quá trình phụ thuộc vào nhiều yêu tố: pH, ty lệ các chất dinhdưỡng độc tố Bên cạnh đó hàm lượng vi sinh trên giá thể mang và khả năng tiếpxúc của hệ vi sinh với các chất ô nhiễm đưa vào.

Câu tạo của màng vi sinh có cầu tạo rất phức tap, cả về mặt vật lý và vi sinh.Phụ thuộc lớn vào điều kiện thủy lực Chúng có môi liên hệ mật thiết giữa màng nênvà màng bề mặt Ngoài ra đặc tính sinh học của vi sinh cũng có ảnh hưởng lớn đếnmối liên hệ này Thông thường, các vi sinh vật hoạt hóa chiếm ưu thế ở vùng ngoài,các vi sinh vật kém hoạt hóa hơn thì ở vùng bên trong.

Mang được chia làm hai thành phần: màng nền (basefilm) và màng bề mặt(surfacefilm), cả hai lớp màng được hình thành do các vi sinh vật kết dính lại do visinh vật tạo ra các polymer ngoại bảo và nó đóng vai trò rất quan trọng Thành phầnchủ yếu của polyner ngoại bào là polysaccharides, proteins

Hình 2.1 Cấu tạo và cơ chế trao đối chất trên mang vi sinh

Phân tích về chủng loại vi sinh vật thi, lớp mang vi sinh có thé chia làm 2 lớp:lớp màng hiếu khí và lớp mang k_ khí Trong mảng sinh học luôn tổn tai phằnk khí,kế cả trong quá trình hiểu khí Bên cạnh đó do mang vi sinh được hình thành dựa trênmột tập hợp đa dạng các loại vi sinh chính vì thế ngoài hai vùng chính trên thì phầntrung gian chuyên tiếp giữa lớp hiếu khí vàk khí có thêm một vùng vi sinh vật thiếukhí xuất hiện đóng vai trò quan trọng trong quá trình xử lý Nitơ Sự phân hủy cơ chấtcủa màng bắt đầu từ phía ngoài làm cho oxy khuếch tán khó khăn hơn qua màng sinhhọc khi ma độ dày của mang vi sinh tăng lên Ở điều kiện nhất định thì màng hiéu khítương đối 6n định, nếu lớp hiếu khí tăng lên thì độ dày của lớpk_ khí tăng lên tươngứng lớópk_ khí đóng vai trò bùn dư Nếu vi sinh hoạt động quá mức, lop k_ khí ngàycàng dày thêm, làm cho sự gắn kết của lớp phát triển sâu bên trong yếu đi Nó sẽ gâyra lực căt lên màng vi sinh và rửa trôi, sau đó màng sinh học sẽ tái tạo lại.

s* Cơ chẽ hap thu và lọc nước thải:

Mang vi sinh phát triển trên bề mặt của giá thé màng hap thu cơ chất trong nướcthải bao gồm: chất hữu cơ, oxy và các thành phan cần thiết khác Các hợp chất hữu cơtrong nước sẽ di chuyển vào mảng vi sinh phụ thuộc vào sự chênh lệch gradien nôngđộ và khuếch tán Quá trình khuếch tán là giai đoạn hạn chế đến hiệu quả xử lý Trongnước bao gồm các hợp chất ở trạng thái keo hay các chất hữu cơ dạng lơ lửng đa phầnchúng không được khuếch tán vào trong màng vi sinh va nhờ vào quá trình thấm thâuthi quá trình trao đối chất diễn ra đưa các chất vào trong tế bào Muốn khuếch tán vàothì chúng phải được thủy phân thành các phân tử nhỏ Các sản phẩm sau chuyền hóa sẽđược chuyển vào môi trường bên ngoài Ngoài ra quá trình vận chuyển còn phụ thuộcvào kết cau giá thé, dòng chảy, hình dạng bể phan ứng tính h n tạp của mảng

s* Các phan ứng trong màng vi sinh như sau:

v Màng hiếu khí:Hợp chất hữu co + Oxi + Chất dinh dưỡng > Tế bao mới + Sản phẩm cuối

¥Y Màngk khí:

Hợp chất hữu cơ + Chất dinh dưỡng Tế bảo mới + Sản phẩm cuối + khí gây mùi

Để tao điều kiện thuận loi cho vi sinh phat triển đòi hỏi trong thành phan CƠchất phải có đầy đủ các chất dinh dưỡng như N, P và các chất vi lượng cần thiết cho visinh nó cũng là yêu tô quyết định nên hiệu quả của màng vi sinh.

Riêng quá trình màng sinh học hiểu khí, các hợp chất hữu cơ va oxy là nhân tốhạn chế Đối với màng sinh họck_ khí thì các hợp chất hữu cơ là nhân tố hạn chế Ởmột độ dày nhất định thì trong mang sinh học chuyển dan từ điều kiện hiếu khí bênngoài va dan đến thiếu khí và cuối cùng lak khí Nhu vậy cấu trúc của màng nếu xétchỉ tiết thì sẽ có lớp trung gian là lớp thiếu khí Ở đây lớp có hiệu quả trực tiếp làmgiảm chất hữu cơ và nitrat hóa là lớp hiếu khí, con lópk_ khí bên trong thì có vai tròkhử nitơ Theo một số nghiên cho thay màng sinh học có hai lớp hiểu khí vàk_ khí cókhả năng nitrat hóa và khử nitrat hóa đồng thời (Chui va cộng su,1996; Richter vàKruner, 1994).

Một số co chế chính trong qua trình chuyển hóa Nitơ xảy ra trong hệ thống mangBiofilm

* Quá trình amon hóaQuá trình amon hóa là quá trình chuyển hóa các hợp chất của nitơ baogồm protein, Urê trong điều kiện hiếu khí hoặc yếm khí dưới dác dung của các loạivi sinh vật dé tạo thành NH; và NH¿'-N

Quá trình amon hóa urê được chia làm hai giai đoạn Đâu tiên, dưới tác dụngcủa enzyme urease của vi sinh vật, urê sé bị thủy phan tạo thành muôi cacbonatamoni Sau đó, cacbonat amoni được phân giải thành NH3, CO và nước Quá trìnhđó có thể được mô tả theo phương trình 2.1 và 2.2

CO(NH2)2 + 2H¿O = (NH4) 2CO3 (2.1)(NH4)2CO3 = 2NH; + CO, + HO (2.2)Một số loài vi khuẩn có khả năng amon hóa urê, chúng đều tiết ra enzymurease Trong đó có một số loài phân giải cao như: Micrococcus Uréae Bacillus,amylovorum, Proteus vu ari Da SỐ chúng thuộc nhóm hiểu khí hoặc ki khí khôngbắt buộc, pH trung tính hoặc hơi kiềm

Quá trình amon hóa protein là quá trình phân hủy các hợp chất hữu cơ chứanito, giải phóng NH, do nhiều vi sinh vật hiểu khí va ki khí gây ra như vi khuẩn, nam

u N 16

mốc va xạ khuẩn Tất ca các vi sinh vat amon hóa đều tiết enzyme thủy phân proteinra ngoài môi trường làm cho protein bị phân cắt thành pepton, polypeptid, dipeptid vàaxit amin Các axit amin được đối tượng biến đổi trong tế bào thông qua con đườngtrao đối năng lượng và xây dựng tế bào, sản phâm cuối cùng chủ yếu của quá trình vôcơ hóa hiếu khí protein là amoni, cacbonic, các muỗi của axit sulfuric và axitphosphoric Trong điều kiện ki khí, các axit amin không được vô cơ hóa hoàn toàn,bên cạnh NH, và CO, còn tích lũy nhiều loại hợp chất hữu cơ khác như axit hữu cơ,rượu, H,S và những dẫn suất của nó như mecaptan, các chất độc như diammine vàtomain các sản phẩm bốc mùi rất khó chịu như indol và scatol.

* Quá trình nitrat hóaQuá trình nitrát hoá là quá trình oxy hoá sinh hoá nitơ của các muối amoni, đầutiên thành nitrit và sau đó thành nitrat dưới tác dụng của vi sinh vật hiếu khí trong điềukiện thích ứng Hai nhóm vi khuẩn quan trọng trong quá trình nitrat hoá làNitrosomonas và Nitrobacter Ngoài ra còn có: Nitrosospira, Nitrosolobus vaNitrosovibrio cũng là vi khuân nitrat hoá.

Các nhóm vi khuẩn này là những sinh vật tự dưỡng hiếu khí, chúng lẫy nănglượng từ sự oxi hoá hợp chất nito vô cơ và sử dụng CO, dé tong hop sinh khối M iloài có kha năng oxi hoá nito tới mức độ nhất định Nitrosomonas, Nitrosospira,Nitrosolobus va Nitrosovibrio có thé oxi hod NH,*-N thành NOZ-N nhưng không théoxi hoá hoàn toàn Trong khi đó, Nitrobacter lại chi oxi hoá NO3Z-N và NO3-N.

Trái với những vi sinh vật dị dưỡng, vi khuẩn nitrat hoá tự dưỡng phát triển rấtchậm, tốc độ tăng trưởng trên một đơn vi NH¿”-N hoặc NOz-N bi oxi hoá thấp Thờigian một thế hệ là 0,4+2,5 ngày đối với Nitrosomonas và 03+1,5 ngày đôi vớiNitrobacter San lượng té bao 1a 0,29¢ tế bao khd/ZN oxi hóa với Nitrosomonas và0.08stế bào khô/gN oxi hóa với Nitrobacter Nhưng cũng giống như các vi sinh vậtkhác, vi khuẩn nitrat hoá có thé sinh trưởng ở tốc độ cực đại khi điều kiện môi trườnglà tôi ưu và không có các chât độc.

Gan đây hàng loạt các loại vi khuẩn dị dưỡng có khả năng oxi hóa NH,"-N vàcác hop chất niơ hữu cơ thành NOZ-N và NOz-N đã được công bố Ví dụ:Methylococcus capsulata, Methylomonas methanica Mlethylosinus trichosporium,Pseudomonas methanicus, Thiosphaera pantotropha, Thiobacilus novellus

u N 17

Các số liệu thu được gan đây cho thay quá trình nitrat hóa nhờ các vi khuẩn didưỡng có tầm quan trọng đặc biệt bởi nó dé sinh truong va phat triển ở mọi loại môitrường, kế cả nơi giàu hay nghèo chất hữu cơ Mặc dù khả năng oxi hóa NH¿ -N củacác vi khuẩn di dưỡng nhỏ hơn từ 10-10! khả năng oxi hóa NH¿”-N của các vikhuẩn tự dưỡng, song bù lại chúng lại có khả năng phát triển nhanh hơn rất nhiều lần.Hon nữa, ngoài kha năng oxi hóa NHu -N, các vi khuân dị dưỡng còn có cả enzim khửnitrat (nitrat reductaza) thành N> ngay cả trong điều kiện có Os bởi vậy chúng cũng làcác vi khuẩn lý tưởng trong xử lý ô nhiễm môi trường do NH,*-N , NOZ-N và NOz-N.

Có 2 điều kiện cần phải được đáp ứng dé quá trình nitrat hoá có thé xảy ra Thứnhất, tuổi bùn phải đủ cao để ngăn sự rửa trôi của bùn theo nước trong hệ thống bùnhoạt tính Thứ hai, thời gian tiếp xúc giữa vi khuẩn và amoni phải đủ dài Ngoài ra, cácyếu tô như DO, pH, nhiệt độ cũng ảnh hưởng tới quá trình Vì vậy, để quá trìnhNitrat hoá đạt hiệu quả cao, cần tạo được môi trường thích hợp cho sự phát triển củacả hai nhóm vi khuẩn nitrat hoá

Cơ chế của quá trình :Trong quá trình nitrat hoá, NHx”-N bị oxi hoá theo 2 giai đoạn:2 NH,’ + 3O; > 2NO, + 4H” + 2H,O (Nitrosomonas) (2.3)

2NO;+O; —>2NO: (Nitrobacteria) (2.4)

Phuong trình phan ứng (2.3) va (2.4) tạo ra năng lượng Theo Painter (1970),năng lượng tạo ra từ quá trình oxy hoá ammonia khoảng 66-84 kcal/mole ammonia vatừ oxy hoá nitrite khoảng 17,5 kcal/mole nitrite Nitrosomonas và Nitrobacter sử dụngnăng lượng nay cho sự sinh trưởng của tế bảo và duy trì sự sống Tổng hop 2 phan ứng(2.3) và (2.4) được viết lại như sau:

NH, + 20, > NO; + 2H” + H;O (2.5)Từ phương trình (2.5), lượng O> tiêu thụ là 4,57gOz/gN-NH¿” bị oxy hóa, trong đó

3,43g/g sử dụng cho tạo nitrite và 1,14g/g sử dụng cho tạo nitrate, 2 đương lượng ion

H” tạo ra khi oxy hóa 1 mole NH¿”, ion H” trở lại phan ứng với 2 đương lượng ion

bicarbonate trong nước thải Kết quả là 7,14g độ kiềm CaCO; bị tiêu thụ/ g N-NH, bịoxy hóa.

Nếu tính đến sự đồng hóa Nitơ và vi khuẩn sinh trưởng thì tổng thể của hai giaiđoạn Nitrat hóa được viết như sau (Gujer and Jenkins, 1974) :

u N 18

NH," + 1.83 O;+1.98 HCO3 — 0.021CzH;NO; + 0.98 NO3° + 1.041 H;O +1.88

HCO; (2.6)

> Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nitrate hóa

s* Oxy hòa tan (DO):

th mai DO |K,+N |K,+DO

s* pH:

Một số nghiên cứu quan sát thấy răng tốc độ nitrate hóa cực đại khi pH năm trongkhoảng 7,2 - 9,0 Ảnh hưởng pH lên tốc độ nitrate hóa khác nhau được báo cáo từ cácnghiên cứu khác nhau như Theo điều tra của Angle, Alexander (1958) cho thấy ít cósự ảnh hưởng khi pH = 7,2 - 8 và tốc độ nitrate hóa giảm tuyến tính khi pH < 7,2.Boon và Laudelout (1962) cho thấy tốc độ nitrate hóa đối với Nitrobacter ở pH = 6.5băng 60% tốc độ ở pH = 7.5 Một nghiên cứu khác cùa Stankwich (1972), Haug vàMcCarty (1972) cho thấy tốc độ sinh trưởng riêng cực đại được phục hồi sau khi thíchnghỉ với pH thấp hơn và thích nghỉ hoàn toan sau 10 ngày khi pH giảm từ 7-6 trongcác quá trình sinh trưởng bám dính.

s* Nhiệt độ :

Nhiệt độ tối ưu cho quá trình sinh trưởng của vi khuẩn nitrat hoá là 28-36°C,trong đó khoảng nhiệt độ chấp nhận được là từ 5-50°C Tuy nhiên, khi nhiệt độ nhỏ

hơn 15°C tốc độ nitrat hoá diễn ra chậm và hầu như vi khuẩn nitrat hoá không còn

sinh trưởng ở nhiệt độ nhỏ hơn 4°C Nhiệt độ quá cao làm biến tính protein, gây chếtvi sinh vật Khoảng nhiệt độ gây chết vi khuẩn Nitrosomonas ~55 -58”C

u N 19

s* Chất độc hai:Skinner và Walker (1961) cho thấy các kim loại với nồng độ gây độc cho choloài Nitrosomonas được tim thay như : nickel = 0,25 mg/L, Crôm = 0,25mg/L,Đồng = 0,1 — 0,5 mg/L Beckman et Al (1972) cho thay 100% loài Nitrosomonas biức chế đối với nồng độ nickel và kẽm là 3 mg/L Loveless va Painter (1968) cho thayloài Nitrosomonas bị ức chế hoàn toàn với nông độ đồng là 0,1 mg/L Painter (1970)cho thấy các tác nhân chelate như thioure, allyl-thioure, 8-hydroxyquinoline,salicyladotime va histidine gây độc cho loài Nitrosomonas.

s* Thời gian lưu ùn (SRT)

Thời gian lưu bùn đủ lâu để đảm bảo cho vi khuẩn nitrate hóa phát triển 6n định.Thời gian lưu bùn rat quan trong đối với nước thai chứa các hợp chất độc hại SRT đủlâu để cho vi khuẩn thích nghĩ dần với các chất độc hại Theo Bridle và cộng sự chothấy đối với đối với một số nước thải công nghiệp chứa các hợp chất độc hại SRT >

160 ngày thì hiệu quả nitrate hóa đạt > 90%.Thời gian lưu bùn ảnh hưởng tới nhu cầu oxy mà loài vi khuẩn nitrate hóa nhạycảm với yếu tô này

* Quá trình khử nitrate (denitrification)

Mô ta quá trìnhKhử nitrate, bước thứ hai theo sau quá trình nitrate hóa, là quá trình khử nitrate-nitrogen thành khí nito, nitrous oxide (NO) hoặc nitrite oxide (NO) được thực hiệntrong môi trường thiếu khí (anoxic) va đòi hỏi một chat cho electron là chất hữu cơhoặc vô cơ.

Hai con đường khử nitrate có thé xảy ra trong hệ thống sinh học đó là := Đồng hóa : Con đường đồng hóa liên quan đến khử nitrate thành ammonia sử

dụng cho tổng hợp tế bao Nó xảy ra khi ammonia không có sẵn, độc lập với sựức chế của oxy

= Dị hóa (hay khử nitrate) : Khử nitrate bằng con đường di hóa liên quan đến sựkhử nitrate thành oxide nitrite, oxide nitrous và nito :

NO; — NO; + NO(g) > N20 (g) > N›(g)

Một số loài vi khuan khử nitrate được biết theo điều tra Painter,1970 có một sốloại sinh vật như Bacillus,Pseudomonas,Methanomonas, Paracoccus, Spirillum, và

u N 20

Thiobacillus, Achromobacterium, Denitrobacillus, Micrococus, Xanthomonas Hau hétvi khuẩn khử nitrate là dị dưỡng, nghĩa là chúng lấy carbon cho quá trình tổng hợp tếbào từ các hợp chất hữu cơ Bên cạnh đó, vẫn có một số loài tự dưỡng, chúng nhậncarbon cho tổng hợp tế bào từ các hợp chất vô cơ Vi dụ loài Thiobacillus denitrificansoxy hóa nguyên tô S tạo năng lượng và nhận nguồn carbon tổng hợp tế bao từ CO, tantrong nước hay HCO;

Quá trình khử nitrate đòi hỏi phải cung cấp nguồn carbon Điều này có thé thựchiện bằng một trong ba cách sau đây:

e Cấp nguồn carbon từ bên ngoài như methanol, nước thải đô thị hoặc acetatee Su dụng BOD của chính nước thải lam nguồn carbon, thực hiện bang cach:

Y Tuần hoàn lai phan lớn nước sau khi đã nitrate hóa đến vùng thiếu khí ở vitrí đầu vào

¥Y Dẫn một phan nước thải thô đầu vào hay đầu ra sau xử lí sơ bộ vào vùngchứa nitrafe

e Sử dụng nguôn carbon của chính tế bào do quá trình hô hấp nội sinh.Độ kiềm sinh ra được tính toán từ cân bằng phản ứng sau

NO3 + 1,08 CH30H + 0,24 H2CO3— 0,065CsH7O2N + 0,47 No + 1,68 HO + HCO3 (2.7)Do đó, độ kiềm sinh ra 3,57mg CaCO;3/mg NO; -N bị khử khi NO3 được sử dụngcho tong hợp tế bào Trong nước thải có san NH4*-N thì độ kiềm sinh ra ít hon do mộtphan nitrate chuyển thành NH4*-N cho tong hợp tế bao được thay thé bởi ammonia cósan (2,9-3g CaCOz/g nitrate bị khủ)

Trong điều kiện có mặt của thành phân khác tham gia có thé xảy ra các phản ứng sau:6 NO3 + 5 CH30H — 3 No + 5 CO; +7 H20 + 60H (2.8)

NO; + 5 CH:OH + 0,5 H2CO3 + NH¿”— 0,5 CsH7O2N + 0,5Na + 4,5 HO +0,5HCO3

(2.9)

8 NO3 + 5 CH4 > 4 N2 + 5 CO¿ +6 HO +6SOH ˆ (2.10)

NO3 +0,345 CioHi903N + H” + 0,267 NH¿” + 0,267 HCO¿ — 0,612 CsH7O2N + 0,5 No

Các yếu tô anh hướng đến quá trình khử nitrate :

“* Loại và nông độ chat hữu cơ chứa carbon:

u N 21

Chat hữu cơ hòa tan, phân hủy sinh học nhanh thúc day tốc độ khử nitrate hóa

nhanh nhất Mặc dù methanol được sử dụng pho bién, nhưng Monteith va cộng sự

(1980) tìm thấy 22- 30 loại nước thải công nghiệp như chất thải bia và cồn rượu thúcđây tốc độ khử nitrate hóa nhanh hơn methane

s* DO:

Quá trình khử nitrate xảy ra trong điều kiện thiếu khí nên sự hiện diện DO ảnhhưởng đáng kể đến hiệu quả quá trình vì sự hiện diện của oxy ức chế các enzyme khửnitrite, làm chậm tốc độ khử nitrite Oxy ức chế các enzyme khử nitrite mạnh hơn cácenzyme khử nitrate, nhưng quá trình vẫn có thể xảy ra trong điều kiện hiếu khí nhưtrường hợp của mương oxy hóa khử nito.

Theo các nghiên cứu của Skerman va MacRae (1957), Terai va Mori (1975) chobiết loài Pseudomonas bị ức ché ở DO = 0,2 mg/L Nelson va Knowles (1978) cho biếtkhử nitrate bi dừng khi DO là 0,13 mg/L Wheatland et al (1959) cho thấy tốc độ khửnitrate ở DO = 0,2 mg/L chi bang một nửa tốc độ khử nitrate ở DO là 0 mg/L DO tănglên 2 mg/L thi tốc độ khử nitrate chi bang 10% ở DO là 0 mg/L

s* Dé kiềm và pH:Quá trình khử nitrate sinh ra độ kiểm, axit carbonic chuyển thành bicarbonate.Độ kiềm tạo ra trong phản ứng khử nitrate làm tăng pH, thay vì bị giảm trongphản ứng nitrate hóa Trái ngược với vi khuẩn nitrate hóa, người ta ít quan tâm đến ảnhhưởng pH lên tốc độ khử nitrate Một số nghiên cứu xác định pH tối ưu cho quá trìnhnăm giữa 7 và 8 Cụ thé còn tùy thuộc vao loài vi khuẩn hiện diện và đặc tính nước thải

Theo nghiên cứu của Dawson và Murphy (1972) cho biết tốc độ khử nitrate ở pH= 6 và 8 băng một nửa ở pH = 7 cho cùng một mẻ nuôi cay Nommik (1956), Wiljer vàDelwiche (1954), Bremner và Shaw (1958) cho thấy tốc độ khử nitrate không bị ảnhhưởng khi pH từ 7 — 8; đối với pH từ 8 - 9,5 và từ 7 — 4 thì tốc độ khử nitrate hóa giảmtuyến tính Ở điều kiện pH trung hòa, quá trình chuyển đối oxide nitrous thành khí nitochiếm ưu thế

% Nhiệt độ :

Quá trình phản nitrat có thé xảy ra trong khoảng 5 — 35°C Nhiều loài vikhuẩn phản nitrat dễ thích nghi với sự thay đối nhiệt độ Do đó, điều quan trọng làxem xét sự khác nhau giữa ảnh hưởng của nhiệt độ trong thời gian dài và thời gian

u N 22

ngăn tới quá trình phan nitrat Tốc độ tăng trưởng của vi sinh vật và tốc độ khửnitrat đều chịu ảnh hưởng tác động của nhiệt độ Cần phân biệt 2 dạng phản ứng đốivới nhiệt độ trong quá trình phản nitrat Dạng phản ứng thứ nhất là phản ứng nhiệt độtức thời, có thời gian phản ứng thường nhỏ hơn so với phản ứng nhiệt độ lâu dài.Phản ứng nhiệt độ lâu dài là h n hợp cua phan ứng tức thời và sự thích nghi của visinh vật.

s* Kim loại nặng và hợp chất hữu co:

Vi sinh vật khử nitrat thông thường ít chịu ảnh hưởng bởi chất độc hon vikhuẩn nitrat hóa Và sự phục hồi sau khi bị sốc bởi chất độc của vi khuẩn khử nitratcũng nhanh hơn so với vi khuẩn nitrat hóa

s*_ Thời gian lưu bùn (SRT)

Lượng nitrate sẽ được khử trong quá trình ứng với lượng chất hữu cơ đã cho

phụ thuộc vào SRT SRT lâu hơn, chất cho electron (chất hữu cơ) sẽ đi đến chất nhận

electron (nitrate) nhiều hơn là đi vào sinh khối, lượng nitrate sẽ bị khử nhiều hơn Tisố AS/AN là lượng chất hữu cơ sử dụng tính theo COD phải được cung cấp để loại bỏlượng nitrate đã cho phụ thuộc vào SRT Số lượng chất cho electron sẽ giảm khi thờigian lưu bùn tăng do xảy ra phân hủy nội bào.

2.2.2 Một số công nghệ xử l áp dụng công nghệ sinh trưởng dính áms* Gém một số công nghệ sau:

- Cong nghệ lọc sinh học nhỏ giọt.Công nghệ RBCs.

Bùn hoạt tính kết hợp với giá thể dính bám màng vi sinh.Quá trình sinh trưởng dính bám nhúng chìm.

s* Công nghệ lọc sinh học nhỏ giọt (Trickling Filter)

Công nghệ lọc sinh học nhỏ giọt là một hệ thống phản ứng sinh học trong đócác vi sinh vật sinh trưởng cô định trên lớp vật liệu lọc Giá thể sử dụng trong quátrình lọc thông thường là đá dim hoặc nhựa plastic với những hình dang và cau trúckhác nhau để tăng cường diện tích bề mặt trên vật liệu cho vi sinh vật dính bám Nướcthải đi qua lớp vật liệu này sẽ thấm hoặc nhỏ giọt trên đó thông thường nước đượcphân phối từ trên xuống Màng sinh học sẽ hình thành trên giá thể và phân hủy các cơchất có trong nước thải Lớp màng vi sinh sẽ dày lên va sau đó sẽ tách khỏi giá thé trôi

u N 23

ra ngoài Quá trình tách này gọi là tróc mang, nó sẽ xảy ra liên tục nêu hệ thông vậnhành đúng Nếu mang không bong tróc thì vật liệu sẽ bị lấp kính và hậu quả là sẽ sinhra quá trình kị khí Nước sau lọc sẽ dẫn qua bể lang tai day chat ran sẽ được loại bỏ.Bảng 2.3 Thông số thiết kế bể lọc sinh học

Thông số thiết kế uy tr ong Trung Tai Cao tai Cao tai si _.thap tai

Loại vật liệu lọc Đá Đá Đá Plastic Đá/PlasticTải trọng thủy lực

3.2 1-4 4- 10 10-40 10 - 75 40 - 200m/m“.ngày

Tải trọng chất hữu cơ

3 0.07-0.22 024-048 04-24 06-32 >1,5(kgBỗOlDz/m ngày)

Metcalf & Eddy, Inc (1995) va WEF (2000)Lọc sinh học thông thường dạng hình tron, Ong phân phối thường đạt ở tamcủa bề và xoay để tưới đều trên khắp bề mặt của vật liệu Khí được cung cấp tự nhiênnhờ sự thay đổi nhiệt độ giữa không khí bên trong và bên ngoài, đối với các bể lọc yêucầu cấp thêm không khí thì sẽ được bồ trí máy thôi khí dé tăng cường quá trình hiểu

khí trong hệ thống Lọc sinh học nhỏ giọt thật sự hiệu quả khi các điều kiện vận hành

ồn định và nhiệt độ trong nước khoảng 55°F trong khoảng thời gian dài Quá trình lọcsinh học nhỏ giọt loại bỏ chất hữu cơ dạng hạt thì hiệu quả hơn so với dạng hòa tan

s* Da lọc Sinh hoc RBCs ( Rotating Biology Contactors)

Vào năm 1960 công nghệ RBCs dau tiên đã xuất hiện ở Đức Vào những năm1970 chúng đã được phát triển rộng khắp 6 M_ có đến hang tram RBCs hệ thống đượclắp đặt theo báo cáo (U.S EPA, 1984, 1985 và 1993; WEF,1998 và 2000) Một RBCsbao gồm một chu i các tam nhựa hình tròn với chất liệu Polystyrene hoặc polyvinyl

u N 24

chloride và được đặt cách nhau một khoảng trồng được bố trí trên một trục nam ngang.Tùy theo thiết kế mà đĩa quay có thể ngập trong nước 35 — 40% hoặc 70 -90% Bềmặt đĩa là môi trường thuận lợi cho màng vi sinh phát triển Oxy được cung cấp vàonước khi các đĩa quay tiếp xúc với không khí rồi tiếp xúc với nước Các chất ran bị giữlại ở trạng thai lơ lửng bởi sự xáo trộn khi đĩa quay Các màng vi sinh bám trên vatliệu theo thời gian phát triển thì màng vi sinh cũng bong tróc tương tự như lọc sinh họcnhỏ giọt.

Tương ứng yêu cầu xử lý khác nhau thì hệ thống có thé đáp ứng được khả năngxử lý BOD hoặc nitrat hóa.

Bảng 2.4 Thông tin thiết kế cho RBCs

CAP ĐỘ XU LYThong s6 thiét ké Don vi " Tách quá

EAs DẦU Ds loại ¬ trình Nitrat

loại 6 và nitrat hóa ,° hóa

Tải trọng thủy lực mỉ/m”.ngày 0.08 - 0.16 0.03 - 0.08 0.04 - 0.10

øsBODz/mÏ.ngày 4- 10 2.5-8 0.5 - 1.0

Tải t BODA0065 gsBODs/m_.ngay 8-20 5-16 1-2

2 `

Tải trọng tối đa ở giai øsBODz/m“.ngày 12-15 12 -15

doan 1 gsBODs/m~.ngay 24 - 30 24 - 30Tai trong NH3 g N /mˆ.ngày 0.75 - 1.5

Thời gian lưu nước h 0.7- 1.5 15-4 12-3

BOD dau ra me/L 15-30 7-15 7-15

NH,4*-N đầu ra mg/L <2 1-2

(US.EPA, 1984)

¢ Bun hoạt tinh kếth p với giá thé dính ám màng vi sinhLa qua trinh bun hoat tinh két hop voi bé sung các vật liệu cho vào bề có thé lolửng hoặc có định Quá trình hoạt động sé làm tăng lượng sinh khối trong bể bùn hoạttính nhờ tính năng này nên giảm diện tích bé bùn hoạt tính đáng kể Bên cạnh đó làmtăng hiệu quả cho quá trình nitrat hóa và khử nitrat trong lớp màng bên trong so vớiquá trình bùn hoạt tính truyền thống Một số công nghệ bùn hoạt tính với giá thể lơlửng như Captor ;Linpor và kaldnes

+ aptor vaLinpor :u N 25

Giá thé sử dung là mút xốp Polyurethane, khối lượng riêng 0.95 g/em” chiếm20 — 30% thể tích bể bùn hoạt tính Lợi điểm của quá trình khi cho giá thé mút xốp cóthé làm tăng tải trọng cho hệ thông nhưng không làm tăng lượng phát sinh bùn cho bểlang sinh học, hầu như lượng sinh khối được giữ lại trong bể bùn hoạt tính Tải trongBOD có thé đạt từ 1.5 — 4.0 kegBODz/m ngày Với nồng độ MLSS dao động trongkhoảng 5000 — 9000 mg/L (WEF,2000).

+ Kaldnes®: (Moving — Bed Biofilm Reactor) MBBRQuá trình bao gồm thêm vào một lượng giá thé mang hình trụ nhỏ với chất liệulà polyethylene có độ r ng đạt 0.96 g/cm” Kích thước giá thé đường kính 10mm vàchiều cao 7mm chiếm khoảng 25 — 50% thể tích của bé Diện tích bề mặt riêng của giá

thé đạt 500 mˆ/m” Bề MBBR không yêu cầu dòng tuần hoàn bùn cũng như là rửa

ngược Bề được khuấy trộn bang cơ khí hoặc bằng máy thôi khí Quá trình có thé làmgiảm tải trọng chat ran sinh học ở bề lăng thứ cấp (Rusten và công su, 1998 và 2000)

s* Quá trình sinh trưởng dính ám nh ng chìm

Quá trình xử lý gồm 3 pha : Giá thể, màng vi sinh và nước thải Màng vi sinhđóng vai trò quan trọng trong việc loại bỏ BOD và NHa”-N hoặc chỉ riêng BOD hoặcNH,"-N qua quá trình oxy hóa Oxy được phân phối bằng khuếch tán khí trong bé hayhòa tan oxy vào nước thải đầu vào Hình dạng và kích thước vật liệu ảnh hưởng đếnhiệu suất và đặc điểm vận hành của quá trình Không cần bể lắng thứ cấp, bùn dư vàSS đầu vào qua lớp vật liệu sẽ bị giữ lại chính vì thé cần phải thải bỏ định kì Phươngpháp thải bỏ bang cách rửa ngược gồm một số công trình thương mại Biocar-bonevới dòng từ trên xuông, Biofor và Biostyr với dòng từ dưới lên.

+ Biocar-bone®:Công nghệ được nghiên cứu tại Pháp 1980 (WEF, 1998) Trước đây dùng giathé là than hoạt tính, sau này thì sử dụng hạt sét khô 3 — 5mm Ông phân phối khí đượcđặt phái dưới bể phân tán đều trong bê Thời điểm rửa ngược 1 lần/ngày với tốn thất áp

lực đạt I.8m Tải trọng thủy lực 2.4 — 4.8m /m”.h Trong quá trình kết hợp giữa việc

khử BOD và nitrat hóa thì tốc độ nitrat hóa khoảng 0.45 kgN/m”.ngày (Stensel và cộngsự, 1988) Quá trình có giải quyết vẫn đề BOD, BOD kết hợp với nitrat hóa, nitrat hóabậc ba và cũng xảy ra quá trình khử nitrat.

u N 26

+ BioFor®:p dụng hàng trăm hệ thống Biofor tai Châu Âu va Bac M_ (Ninassi va cộngsu, 1998) Chiêu sâu lớp vật liệu từ 2 — 4m (Pujol và cộng sự, 1994) Vật liệu làm giáthé là đất sét nở có tỉ trọng lớn hơn 1, Kích thước từ 2— 4mm Nước được phân phốitrong bể theo hướng từ dưới lên Thời gian rửa ngược 1 lan/ngay Hệ thống có khảnăng loại bỏ BOD kết hợp nitrat hóa và khử nitrat

+ Biostyr®:Công nghệ có dòng nước đi từ dưới lên, Với vật liệu sử dụng là hạt polystyrenekích thước từ 2 — 4mm với diện tích bề mặt lên đến 1000 mˆ/m” Hạt có khối lượngriêng nhỏ hơn nước Dor ng của hạt khoảng 40% Độ sâu của lớp vat liệu từ 1,5 — 3m.Bề có thé được vận hành trong điều kiện hiếu khí hoản toàn khi cấp khí ở đáy bé hoặcở vùng thiếu khí nếu đặt hệ thống phân phối nước ở giữa bể Hệ thống có khả năng

loại bỏ BOD và nitrat hóa Tải trọng nito có thé đạt được 1,5 - 18 kgN/m”.ngày, hiệu

suất đạt 80 — 90% cho quá trình oxy hóa nito (payraudeau va cộng sự, 2000).2.2.3 Tổng quan về vỉ sinh vật

Trong hệ thống lọc sinh học sẽ xuất hiện 1 cộng đồng vi sinh rất đa dạng như vikhuẩn tự do, nấm, tảo, protozoa các vi sinh khác và có cả động vật nguyên sinh, độngvật bậc cao như giun, ốc sên Vi khuẩn ngẫu nhiên thì chiếm ưu thế trong bề lọc,chúng phân hủy chất hữu cơ trong nước thải cùng với vi khuẩn kị và hiếu khíAchromobacter Flavobacterium, Pseudomonas và Alcaligenes là những vi khuẩn đặcbiệt pho bién trong bể lọc Tao chi có thể phát triển nơi nào có ánh sang [9].Phormidium, Chlorella và Ulothrix là những loại tao đặc biệt hay xuất hiện trong bểlọc Protozoa trong bể lọc phần lớn là nhóm có tơ hay tiêm mao, bao gồm Vorticella,Opercularia và Epistylis (Hawkes 1963, Higgins và Burns 1975).

Nguy n sinh dong vậtĐộng vat nguyên sinh là các sinh vật đơn bao dị dưỡng (ăn mỗi), chúng có vaitrò quan trọng trong xử lý nước thải Nguyên sinh động vật giúp phân hủy một phầnchất thải trong các hệ thống xử lý nước thải Nguyên sinh động vật được chia làm 4nhóm chính: Amip (có chân giả), Flagellata (có roi), Ciliata (có tơ hay tiêm mao),Sporozoa (có giai đoạn sinh bao tử).

u N 27

Các loài động vật nguyên sinh có tiêm mao phó biến có thể xuất hiện trong quátrình xử lý nước thải và đóng vai trò quan trọng bao gồm: Aspidisca costata,Carchesium, poypinum, Chiiodonella uncinata, (Operculara coarcta và O.microdiscum, Trachelophyllum pusillum, Vorticella convallaria và V.microstoma(Curds va Cockburn, 1970).

= me

` * - - 1Entamoeba histolytica [18] Escherichia cot

©167:H7 œ

Hình 2.3: Một số nguyên sinh động vật có tiên mao phố biếnĐộng vật nguyên sinh cũng hoạt động như một sinh vật chỉ thị của môi trường,Chúng có giới hạn sinh thái hẹp hơn so với vi khuẩn Nguyên sinh động vật có tiêm

u N 29

mao đóng vai trò chính trong việc loại bỏ các vi khuẩn tổn tai trong nước thải nhưEscherichia coli S6 lượng E.coli thường được giảm 91 — 99% khi môi trường có sựhiện diện của nguyên sinh động vat có tiêm mao trong một thời gian nhất định (curdsvà Fey, 1969).

Dong vat da aoRotifers (trùng bánh xe): là những sinh vat đa bào rất nhỏ tổn tại trong quá trìnhxử lý có khả năng tiêu thụ vi khuẩn và hạt hữu cơ Cũng giống như động vật nguyênsinh, Những vi sinh vật này sống trong điều kiện hiếu khí vả nhạy cảm đối với môitrường độc hai hơn vi khuẩn Rotifers được tìm thấy trong một môi trường kích hoạt vàbùn rất ôn định (Wes, 1987)

Nematodes (Tuyén trùng): sống tự do ăn vi khuẩn, có ý nghĩa quan trọng trongxử lý nước thải Tuyến trùng thu thập các hạt bùn trong quá trình di chuyển tự do.Tuyến trùng cũng tiết ra một hợp chất có khả năng kết dính để bao chất nên vào cơ thể,sau đó nó có thé ăn mà không ảnh hưởng bởi chế độ dòng chảy Tuyến trùng có nhiễutrong bùn và đặc biệt phố biến trong hệ thống lọc sinh hoc Chúng giúp 6n định bùncũng như kiểm soát sự tích tụ trong hệ thống lọc sinh học

Oligochateta (giun it to): đặc trưng của động vật đáy, chúng sống trên nên đáycó bùn, một phan cơ thé đưa vào trong môi trường nước giàu mãnh vụn hữu cơ và visinh vật.

u N 30

2.3 CONG NGHỆ DMH (DOWN-FLOW HANGING MEDIA REACTOR)

Down-flow Hanging Media Reactor (DHM) là công nghệ sử dung giá thé đượctreo thành hàng thắng đứng có dòng nước phan phối từ trên xuống, qua lớp vat liệu cókhả năng giữ nước trên bề mặt vật liệu Bên cạnh đó, vật liệu có độ r ng lớn tạo điều

kiện thuận lợi để vi sinh vật dính bám phát triển và sử dụng các cơ chất trong nước

thải dé phát triển để tăng sinh khối giải quyết van dé ô nhiễm trong dòng ra Với 3 giáthé chính Bio-Sponge; Bio-Cord; Bio-Cloth

2.3.1 Công nghệ DHM-Bio-Sponge

Là công nghệ tương tự như như công nghệ DHS (Down-flow Hanging Sponge)đã được phát triển trong những năm gan đây Có dòng nước di từ trên xuống qua danggiá thể mút xốp có khả năng thấm hút tạo điều kiện màng vi sinh dính bám và xử lý cơchất trong nước thải

* Lich sử hình thành

Mẫu ban đầu của DHS được phát triển đầu tiên năm 1995, và nó được xem nhưdạng đầu tiên với hình dạng lập phương có kích thước m 1 cạnh 1,5cm, sau đó đượcphát triển bởi nhóm nghiên cứu của giáo sư Harada, Hideki trong trường đại họcTohoku, Nhật Ban Công trình sử dụng vật liệu polyurethane dang mút xốp làm giá thécho vi sinh vật phát triển

% Phan loại- DHS thế hệ thứ 1 dạng khối lập phương first generation_cube-type DHS_G1 :được đề xuất lần đầu tiên năm 1997 (Machdar và cộng sự, 1997) Hệ thống gồm hàngtrăm khối lập phương bằng mút xốp polyurethane có kích thước từ 2 — 3mm được macnối tiếp với nhau thành mô đun dài 2 — 4m treo tự do trong không khí băng sợi nilong(Argawal va cộng sự, 1997; Araki và cộng su,1999) DHS dang này đã cho thấy hiệuquả xử lý tốt khi khử BOD và hợp chất nitơ Tuy nhiên, hình dạng của nó lại khôngthích hợp cho áp dụng ngoài thực tế về yêu cau diện tích và phân phối nước vào Sauđó, nó được hiệu chỉnh hình dang dé đơn giản hon, hiệu quả về chi phí và khả xử lýcao hơn khi áp dụng ngoài thực tế Các dạng nay khác nhau cơ bản ở hình dạng vàcách sắp xếp của vật liệu mút xốp và đều là quá trình sinh học hiếu khí nhưng khôngcần năng lượng cung cấp khí

u N 31

- DHS thé hệ thứ 2 dạng màn Second generation_curtain type DHS_G2 gồmnhững tam mút xốp hình lăng trụ đáy tam giác có kích thước 3x3cm được đính lên haimặt của tam plastic thăng đứng (0,75x2m) Khoảng cách giữa 2 thanh là 0,95cm(Machdar và cộng sự 1997, 2000; Uemura và cộng sự, 2002)

- DHS thé hệ thứ 3 dạng tương tự như lọc sinh học nhỏ giọt Thirdgeneration_trickling filter type DHS_G3 được thiết kế tương tự như bể lọc sinh họcnhỏ giọt với giá thể là những mút xốp được cắt thành những khối trụ hoặc lập phươngcó kích thước 27 x 27mm, bên ngoài được bọc khung plastic dạng lưới sau đó đượccho ngẫu nhiên trong bể Thể tích vật liệu chiếm 36 — 38% trong bế (Tawfik và cộngsự, 2006).

- DHS thế hệ thứ 4 fourth generation G4 hệ thống gém những thanh mút xốpđài hình chữ nhật kích thước 2,5 x 2,5 x 50cm được bọc trong lớp khung plastic dạnglưới Sau đó các thanh được sát liền nhau thành nhiều hàng, m ¡ hàng thì chéo nhaumột góc 90° Thiết kế nay sẽ tăng sự khuếch tán oxy vào nước thải và tránh hiện tượngnghẹt hệ thống Thể tích vật liệu chiếm 39% trong bể (Tandukar và cộng sự 2005,2006a, b).

- DHS thế hệ thứ5 Fifth-generation_G5 thì đã được phát triển sau đó nó đượcnâng cao khả năng xử lý của thế hệ DHS thứ 2 Những màn đơn sẽ được lắp ghép lạithành một modun với mút xốp được gắn lên cả 2 mặt của tam nhựa mỏng Lượng mútxốp có thể tăng lên 55 — 57% Tiết kiệm được yêu cầu diện tích và làm cho hệ thốnghoàn thiện hơn (Tandukar và cộng sự., 2007).

- DHS thé hệ thứ 6 sixth-generation_G6 tiép tuc duoc phat triển dựa trên ýtưởng của DHS thế hệ thứ 3 Nó khác biệt về chất liệu tạo nên mút xốp thế hệ thứ 3với chất liệu polyurethane là mềm thì thế hệ thứ 6 thì nó dạng hình trụ r ng như hìnhchiếc nhẫn bang plastic nhưng cứng hơn do việc sử dụng nhựa kết hợp vao chất liệupolyurethane Chính vì thế nên thể tích r ng thấp hơn khoảng 70% hơn trước đây là90% với chất liệu polyurethane thông thường Với cấu tạo như vậy nên vật liệu sẽcứng hơn rất nhiều nên sẽ làm tiết giảm chỉ phí sản xuất phần khung nhựa bọc bênngoài như vật liệu DHS ở thế hệ thứ 3 Vật liệu có đường kính ngoài 42mm, đườngkính trong 22mm và cao 30mm Tổng diện tích bề mặt của m i mút xốp là 8042mm".Đường kính trung bình Ï r ng khoảng 1.6mm (Onodera va cộng sự, 2013)

u N 32