Thủy sản là ngành chế biến từ nguyên liệu tươi, sử dụng rất nhiều nước trong quá trình sản xuất nên vấn đề đặt ra là chất lượng nước thải gây ô nhiễm nghiêm trọng cho môi trường nếu khôn
TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI CHẾ BIẾN THỦY SẢN VÀ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ KỴ KHÍ
Tổng quan về nước thải chế biến thủy sản
2.1.1 Hiện trạng của ngành công nghiệp chế biến thủy sản ở Việt Nam
Việt Nam có nhiều đặc điểm thuận lợi cho ngành nghề nuôi trồng, đánh bắt và chế biến thủy sản phát triển Với diện tích đất liền 329.200 km 2 , và diện tích đặc quyền kinh tế vùng biển khoảng 1 triệu km 2 , có đường bờ biển dài trên 32.000 km 2 cùng hệ thống sông ngòi dày đặc gồm 2.360 con sông có chiều dài trên 10 km Tổng diện tích mặt nước tiềm năng cho nuôi trồng thủy sản, khai thác thủy sản nước ngọt và nghề cá hồ chứa ước tính khoảng 1,7 triệu ha (FICEN) Biển Việt Nam có tính đa dạng sinh học cao, hệ động thực vật biển vô cùng phong phú Theo số liệu của những năm 1980 -1990 thì hệ thực vật thủy sinh có tới 1.300 loài và phân loài gồm 8 loài cỏ biển và gần 650 loài rong, gần 600 loài phù du, khu hệ động vật có 9.250 loài và phân loài trong đó có khoảng 470 loài động vật nổi, 6.400 loài động vật đáy, trên 2.000 loài cá, 5 loài rùa biển, 10 loài rắn biển Tổng trữ lượng cá ở tầng trên vùng biển Việt Nam khoảng 1,2 – 1,3 triệu tấn, khả năng khai thác cho phép là 700.000 – 800.000 tấn/năm Tổng trữ lượng tôm, hẹ khoảng 55.000 – 70.000 tấn/năm, khả năng cho phép khai thác là 50.000 tấn/năm Các nguồn lợi giáp xác khác là 22.000 tấn/năm Nguồn lợi nhuyễn thể (mực) là 64.000 – 67.000 tấn/năm với khả năng khai thác cho phép là 13.000 tấn/năm (Nguyễn Lâm Phương, 2012)
Ngành thuỷ sản có thể được coi là ngành đi tiên phong trong quá trình đổi mới, mở đường cho sự tăng trưởng liên tục, phát triển kinh tế thuỷ sản trong suốt hơn hai thập kỷ qua Trong những năm cuối thế kỷ 20 và đầu thế kỷ 21, ngành thuỷ sản đã thu được những kết quả quan trọng như: Tổng sản lượng thuỷ sản lần lượt vượt qua
1 triệu tấn vào năm 1990, đứng vào hàng ngũ những nước có sản lượng khai thác hải sản trên 1 triệu tấn kể từ năm 1997, đạt 2 triệu tấn năm 2000, 3 triệu tấn vào năm 2004, qua mốc 4 triệu tấn năm 2007 Kim ngạch xuất khẩu đã vượt qua mức
500 triệu USD năm 1995, vượt ngưỡng 1 tỷ USD năm 2000, năm 2002 đạt 2 tỷ USD, trên 3 tỷ USD năm 2006 và qua mức 4 tỷ USD, năm 2008 đạt 4,5 tỷ USD Ngành Thuỷ sản Việt Nam liên tục tăng trưởng trong những gần đây, đã đóng góp khoảng 4% GDP cho nền kinh tế quốc dân và chiếm tỷ trọng 19,8% trong cơ cấu GDP nông, lâm, thuỷ sản Xuất khẩu thuỷ sản đứng vào hàng thứ 3 trong số các sản phẩm xuất khẩu của Việt Nam (sau dầu thô và may mặc) Tăng trưởng kim ngạch xuất khẩu thuỷ sản bình quân trong những năm qua từ 10-15%/năm Thủy sản xuất khẩu Việt Nam đã và đang đứng vững trên trường quốc tế, thuộc vào tốp 10 nước xuất khẩu thủy sản hàng đầu thế giới với kim ngạch xuất khẩu đạt gần 4,3 tỷ USD vào năm 2009
Chế biến thủy sản là 1 trong những ngành công nghiệp chính sản xuất thực phẩm phục vụ nhu cầu trong nước và xuất khẩu Quy mô của các đơn vị chế biến thủy sản tăng mạnh trong những năm gần đây Những đơn vị chế biến mang tính công nghiệp đã tăng từ 102 vào năm 1990, tới 168 trong năm 1998, và 264 vào năm
2001 Vào năm 2005, có hơn 280 xí nghiệp với 394 đơn vị Những đơn vị chế biến thủy sản ở miền Bắc nhìn chung có quy mô nhỏ hoặc vừa (thường dưới 1000 tấn/1 năm), chiếm 27% tổng số lượng toàn quốc, và chủ yếu vận hành theo các dạng sản xuất kết hợp giữa những sản xuất nửa đông lạnh và sấy khô hoặc chế biến bằng tay Những nguyên liệu chính cho việc chế biến ngành công nghiệp cá ở miền Bắc khá đa dạng và có nguồn gốc từ những phá, đầm tự nhiên (ví dụ tôm đồng, tôm hùm, và những động vật thân mềm 2 vỏ) Những đơn vị chế biến thủy sản ở miền Trung đa phần có quy mô trung bình khoảng 1,200 – 3,500 tấn/ 1 năm, chiếm 30% tổng số lượng các đơn vị toàn quốc, các cơ sở có công suất lớn hơn (4,000 – 6,000 tấn/1 năm) đã bắt đầu sản xuất những sản phẩm cao cấp hơn (ăn liền, đông lạnh và sống – xuất sang thị trường Nhật Bản) Nguyên liệu chính của vùng này là tôm nhỏ, và đang phát triển nuôi tôm sú nhỏ, nhiều loại mực ống, bạch tuộc v.v Ở những tỉnh miền Nam chế biến thủy sản đã phát triển mạnh trong , với các cơ sở sản xuất trung bình và lớn (1,200 – 6,500 tấn/ 1 năm) chiếm số lượng lớn Số lượng các đơn vị chế biến là 132, chuyên về những sản phẩm cao cấp (chịu trách nhiệm cho gần 40% tổng số lượng trên toàn quốc) Những nguyên liệu chính cho khu vực này cũng là tôm sú, mực ống, bạch tuộc, cá da trơn, v.v… Hiện tại, những đơn vị chế biến mang tính công nghiệp ở Việt Nam chủ yếu là những đơn vị sản xuất đông lạnh; những sản phẩm được chế biến quan trọng có giá trị xuất khẩu cao cũng là đông lạnh Thiết bị và công nghệ áp dụng được dựa trên những sản phẩm chính và phụ thuộc vào khách hàng Mặt khác, những đơn vị sản xuất với quy mô nhỏ, chế biến bằng tay và chế biến theo hộ gia đình, tập trung chủ yếu và những sản phẩm truyền thống của ngành công nghiệp thủy sảnvà thị trường nội địa như nước mắm và cá khô, những sản phẩm này được sản xuất bằng thiết bị đơn giản Những đơn vị khác tập trung và những nguyên liệu thô cho những đơn vị sản xuất mang tính công nghiệp Quy trình công nghệ chế biến hàng đông lạnh nước ta hiện nay chủ yếu dừng ở mức độ sơ chế và bảo quản đông lạnh
2.1.2 Quy trình chế biến thủy sản
Quy trình chế biến thủy sản của từng doanh nghiệp phụ thuộc vào mục đích và nguyên liệu đầu vào của doanh nghiệp, vì vậy có những công đoạn khác nhau Nhưng nhìn chung quy trình chế biến thủy sản có thể thể hiện một cách đơn giản như sau: nguyên liệu thô (mực, tôm, cá…) được loại bỏ các thành phần không cần thiết (đầu tôm, ruột cá …), sau đó rửa sạch chuyển đến các quy trình chế biến và đóng gói:
Hình 2.1 Sơ đồ chế biến thủy sản tổng quát
Chế biến sản phẩm từ thủy sản chủ yếu là việc sản xuất thực phẩm, việc này bao gồm nhiều cách chế biến thực phẩm sử dụng cá, động vật có vỏ, và tảo biển Xếp loại theo sản phẩm, các kiểu chế biến hải sản được phân chia như sau:
Nước thải, máu, mỡ Nước
Xương, vây, vỏ, dầu, mỡ, máu, nguyên liệu không đủ chất lượng, tạp…
Làm sạch và kiểm tra Đóng gói, hộp
• Sản xuất những sản phẩm đóng hộp hoặc đóng chai làm từ cá hoặc thủy sản
• Sản xuất những sản phẩm khô và ướp muối làm từ cá
• Sản xuất thịt muối và xúc xích cá
• Sản xuất những sản phẩm làm từ cá theo mùa
• Sản xuất những sản phẩm thủy sản cá đông lạnh
• Sản xuất chế biến tảo biển
• Những loại khác (sản xuất nước mắm) v.v
Hình 2.2 Quy trình đóng gói hộp cá Ở Việt Nam, ngành công nghiệp chế biến thủy sản chính là sản xuất những thực phẩm làm từ thủy sản hoặc cá đông lạnh, đặc biệt là làm đông lạnh bằng phương pháp đông lạnh nhanh (IQF) Trước khi làm đông lạnh nhanh tiến hành rửa, cân, lọc bỏ ruột, và lọc xương từ những nguyên liệu thô, cá, cua, tôm, mực, và những động vật thân mềm
2.1.3 Thành phần của nước thải chế biến thủy sản
Thành phần, tính chất của nước thải thủy sản phụ thuộc vào quy trình, công nghệ chế biến thủy sản và loại động vật thủy sản Những vấn đề môi trường chính có liên kết với quá trình chế biến thủy sản là việc sử dụng nhiều nước, tiêu thụ năng lượng, và việc sinh ra nước thải có nồng độ hữu cơ cao do sự tồn tại của dầu, protein và SS Nước thải cũng có thể chứa photpho, nitrat và clo cao Nước thải có mức độ ô nhiễm cao do trong thời gian chất thải ở dạng rắn tiếp xúc với nước chứa máu và chất béo, nước được sử dụng để rửa và bôi trơn máy Việc lọc bỏ da những loại cá nhiều mỡ thải ra khối lượng dầu lớn vào trong nước thải Quy trình lọc bỏ da đóng góp khoảng 1/3 tổng số lượng chất ô nhiễm hữu cơ trong nước thải của quá trình róc xương cá Tỷ lệ và đặc điểm của quy trình gây ra nước thải phụ thuộc nhiều vào quá trình sản xuất
Dựa vào quy trình sản xuất, nước thải thủy sản có thể chia thành ba nguồn khác nhau: nước thải sản xuất, nước thải vệ sinh công nghiệp và nước thải sinh hoạt Cả ba loại nước thải trên đều có tính chất gần tương tự nhau Trong đó nước thải sản xuất có mức độ ô nhiễm cao hơn cả Nước thải của phân xưởng chế biến thuỷ sản có hàm lượng COD dao động trong khoảng từ 300- 3000 (mg/L), giá trị điển hình là
1500 (mg/L), hàm lượng BOD5 dao động từ 300-2000 (mg/L), giá trị điển hình là
1000 (mg/L) Trong nước thường có các vụn thuỷ sản và các vụn này dễ lắng, hàm lượng chất rắn lơ lửng dao động từ 200-1000 (mg/L), giá trị thường gặp là 500 (mg/L) Nước thải thuỷ sản cũng bị ô nhiễm chất dinh dưỡng với hàm lượng Nitơ khá cao từ 50-200 (mg/L), giá trị điển hình là 30 (mg/L) Ngoài ra, trong nước thải của ngành chế biến thuỷ hải sản có chứa các thành phần hữu cơ mà khi bị phân huỷ sẽ tạo ra các sản phẩm trung gian của sự phân huỷ các acid béo không bảo hoà, tạo mùi rất khó chịu và đặc trưng, gây ô nhiễm về mặt cảm quan và ảnh hưởng trực tiếp đến sức khoẻ công nhân làm việc Đối với các công ty thủy sản có sản xuất thêm các sản phẩm khô, sản phẩm đóng hộp thì trong dây chuyền sản xuất sẽ có thêm các công đoạn nướng, luộc, chiên thì trong thành phần nước thải sẽ có chất béo, dầu
Nước thải từ những nhà máy chế biến thủy sản có mức độ ô nhiễm cao hơn nhiều so với những tiêu chuẩn của nước thải công nghiệp B đối với ngành nuôi trồng thủy sản (QCVN 11 : 2008/BTNMT), ví dụ BOD5 cao hơn từ 10 – 20 lần so với tỉ lệ cho phép, và COD cao hơn từ 9 – 15 lần Tổng lượng Ni-tơ gần như ngang bằng với tỷ lệ tiêu chuẩn hoặc hơn khoảng 7 lần, chỉ số P cao hơn khoảng 5 – 7 lần, dầu: cao hơn 10 – 150 lần so với tỉ lệ cho phép Tuy nhiên, đáng chú ý là mức độ cao nhất trong các công đoạn chế biến thủy sản bằng với tỷ lệ ô nhiễm trung bình của nước thải trong những ngành công nghiệp khác, ví dụ như ngành dệt và may mặc, ngành thuộc da, và giày dép, v.v Dựa trên nghiên cứu và những số liệu về tỷ lệ ô nhiễm của nước thải của ngành chế biến thủy sản, phân lượng vi sinh vật như Coliform cao hơn 100 – 200 lần so với tỷ lệ cho phép, vì nước thải từ việc chế biến thủy sản có phân lượng protein, lipid cao, và là môi trường ưa thích cho vi sinh vật phát triển, đặc biệt trong khí hậu nóng ẩm của Việt Nam Trong những công ty chế biến thủy sản đông lạnh, có 1 lượng nhỏ Clo được sử dụng để rửa nhà xưởng Tuy nhiên, thành phần nước thải chế biến thủy sản chênh lệch lớn giữa các quy trình chế biến và nguồn nguyên liệu chế biến
Bảng 2.1 Thành phần nước thải từ các phân xưởng chế biến thủy sản (Nguyễn Trọng Lực, 2008)
Sò Cá Cá phi lê Mực Ghẹ
2.1.4 Tác động của nước thải thủy sản đến môi trường
Theo báo cáo “Đánh giá tác động môi trường trong lĩnh vực thuỷ sản năm 2002” thì tác động gây hại cho môi trường được xác định, tổng lượng chất thải rắn (đầu, xương, da, vây, vẩy ) ước tính khoảng 200.000 tấn /năm, đặc điểm của chất loại chất thải này là dễ lên men thối rữa, vì phần lớn chúng được hợp thành từ các vật thể sống nên phân huỷ rất nhanh dưới điều kiện thời tiết nóng ẩm (nhiệt độ thường vào khoảng
27 0 C và độ ẩm khoảng 80%) Việc phân huỷ các chất thải này tuy không độc nhưng cũng tạo ra sự thay đổi lớn cho chất lượng môi trường sống của những người lao động tại các cơ sở chế biến thuỷ sản nông nghiệp cũng như dân cư sống ở vùng phụ cận
Tổng quan về phương pháp xử lý kỵ khí
2.2.1 Quá trình phân hủy kỵ khí
Phân hủy kỵ khí là một trong những công nghệ ổn định nước thải được biết đến muộn nhất và thích hợp cho xử lý hầu hết các loại nước thải Do nhu cầu về xử lý nước thải chi phí thấp nên các hệ thống xử lý kỵ khí được phát triển
Quá trình phân hủy kỵ khí đã được thực hiện thành công trên khắp thế giới trong việc xử lý nhiều loại nước thải khác nhau có nguồn gốc công nghiệp và sinh hoạt Ưu điểm:
- Thay thế nhu cầu năng lượng, năng lượng có ích được tạo ra từ sự hình thành
- Thể tích bùn dư phát sinh tương đối thấp, bùn có khả năng tách nước cao và ổn định tốt Vì vậy giảm chi phí cho việc xử lý bùn
- Các quá trình kỵ khí có thể được áp dụng ở nhiều nơi và ở các quy mô khác nhau, có thể xử lý ở các tải trọng rất cao nhờ đó tiết kiệm diện tích cho hệ thống
- Các công trình kỵ khí được xây dựng với chi phí không cao do đơn giản về mặt công nghệ và chi phí các bể phản ứng không cao Vận hành với nhu cầu năng lượng nhỏ
- Có thể kết hợp với các phương pháp xử lý khác, nhờ đó các sản phẩm có ích như ammonia và sulphua có thể tái sinh
- Nhạy cảm với các loại chất độc
- Thời gian khởi động chậm
- Khả năng xử lý các loại chất dinh dưỡng thấp
Quá trình kỵ khí là quá trình phân hủy sinh học chất hữu cơ trong điều kiện không có oxy Phân hủy kỵ khí có thể chia làm 6 quá trình:
• Thủy phân polymer: thủy phân các protein, thủy phân polysaccharide, thủy phân chất béo
• Lên men các amino acid và đường
• Phân hủy kỵ khí các acid béo mạch dài và rượu (alcohols)
• Phân hủy kỵ khí các acid béo dễ bay hơi (ngoại trừ acid acetic)
• Hình thành khí methane từ acid acetic
• Hình thành khí methane từ hydrogen và CO2
Các quá trình này có thể hợp thành 4 giai đoạn, xảy ra đồng thời trong quá trình phân hủy kỵ khí chất hữu cơ: thủy phân, acid hóa, acetic hóa, methane hóa
Hình 2.3 Sơ đồ diễn tả 4 giai đoạn trong quá trình phân hủy kỵ khí
Thủy phân: trong giai đoạn này, dưới tác dụng của enzyme do vi khuẩn tiết ra, các phức chất và chất không tan (như polysaccharides, proteins, lipid) chuyển hóa thành các phức đơn giản hơn hoặc chất hòa tan (như đường, các amono acid, acid béo) Quá trình xảy ra chậm, tốc độ thủy phân phụ thuộc vào pH, kích thước hạt và đặc tính dễ phân hủy của cơ chất Chất béo thủy phân rất chậm
Acid hóa: vi khuẩn lên men chuyển hóa các chất hòa tan thành các chất đơn giản như acid béo dễ bay hơi, alcohols, acid lactic, methanol, CO2, H2, NH3, H2S và sinh khối mới Sự hình thành các acid có thể làm pH giảm xuống 4,0
Acetic hóa: vi khuẩn acetic chuyển hóa các sản phẩm của giai đoạn acid hóa thành acetate, H2, CO2 và sinh khối mới
Methane hóa: đây là giai đoạn cuối cùng của quá trình phân hủy kỵ khí Acid acetic, H2, CO2, acid formic và methanol chuyển hóa thành methane và sinh khối mới
Trong 3 giai đoạn thủy phân, acid hóa, acetic hóa COD trong dung dịch hầu như không giảm, COD chỉ giảm trong giai đoạn methane hóa
2.2.2 Vi sinh vật trong quá trình phân hủy kỵ khí
Nhiều nghiên cứu cho thấy có rất nhiều loại vi sinh vật tham gia vào quá trình phân huỷ chất hữu cơ 4 điều kiện kỵ khí: (Nguyễn Văn Phước, 2007)
Giai đ o ạ n th ủ y phân: Hydratcacbon, Protein, Lipit thành các Monome để có thể hấp thụ qua màng tế bào các vi sinh vật kỵ khí tùy tiện có chứa các hệ men ngoại bào như Proteaza, Lipaza, Cellulaza… Các vi sinh vật này rât phổ biến và phát triển nhiều trong tự nhiên trong đó có các nhóm vi khuẩn E.coli và B.subtilus
Giai đ o ạ n lên men acid: Nhóm khuẩn, nấm mốc và Protozoa không tạo CH4 thực hiện việc lên men axit các sản phẩm thủy phân thành các axit hữu cơ đơn giản Trong 3 nhóm vi khuẩn hiếu khí, kỵ khí, tùy nghi thì vi khuẩn tùy nghi là nhóm tạo acid chủ yếu Thường gặp nhất là những vi khuẩn kỵ khí tùy tiện phân hủy Protit và vi khuẩn Amon hóa acid Amin có thể kể đến là Clostridium spp; Lactobacillus spp;
Desulfovibrio spp; Corynebacterium spp; Actinomyces; Staphylococcus; Escherichia coli Vài loài vi khuan hiếu khí cũng tham gia vào giai đoạn đầu quá trình lên men kỵ khí acid như loài Pseudomonas, Flavobacterium, Alcaligenes, Micrococcus, Sarcinavulgaris, Escherichia coli Trong bể phân hủy kỵ khí còn thấy có mặt các vi khuẩn khử sunfat như Desulfovibrio, các vi khuẩn phân hủy Protit tạo Hydrosunfua Nhiêu loại nấm mốc như Penicillium, Fusarium, Mucor… các Protozoa cũng tham gia vào quá trình lên men axít Nhưng nhìn chung trong giai đoạn này vi khuẩn kỵ khí đóng vai trò chủ yếu còn vi khuẩn hiếu khí, nấm mốc,
Protozoa chỉ đóng vai trò thứ yếu
Hình 2.4 Nhóm vi sinh vật thủy phân chất hữu cơ, nhóm vi sinh vật tạo acid
Giai đ o ạ n lên men ki ề m: các acid béo dễ bay hơi và các sản phẩm trung gian sẽ tiếp tục phân hủy thành CH4 và CO2 làm môi trường trở nên kiềm hóa Trong giai đoạn chuyển hóa lên men acid sang lên men kiềm, các vi sinh vật thiếu khí bị tiêu diệt dần dần và hoàn toàn Các vi sinh vật kỵ khí bắt buộc phát triển mạnh và vi khuẩn metan phát triển rất mạnh Giai đoàn này các vi khuẩn metan đóng vai trò chủ yếu trong phân hủy tiếp các chất hữu cơ Đây là loại vi khuẩn kỵ khí rất khó phân lập Các vi khuẩn metan hiện đã được phân lập là Methanobacterium,
Methanosacrina, Methanococcus, Methanobrevibacter, Methanothrix Các loại vi khuẩn CH4 khác nhau chỉ có thể sử dụng một số chất nền nhất định trong môi trường khác nhau làm nguồn dinh dưỡng
Hình 2.5 Nhóm vi sinh vật tạo khí metan
2.2.3 Phân loại xử lý sinh học kỵ khí
2.2.3.1 Quá trình kỵ khí sinh trưởng lơ lửng
PHƯƠNG PHÁP VÀ MÔ HÌNH NGHIÊN CỨU
Đối tượng nghiên cứu
Nước thải được dùng trong nghiên cứu này là nước thải chế biến thủy sản của 1 cửa hàng bán cá chợ Bà Hạt Nước thải chủ yếu là nước từ khâu rửa cá Nước thải trước khi qua hệ thống được qua rây để lắng và tách dầu mỡ, vẩy cá
Bảng 3.1 Đặc tính của nước thải chế biến thủy sản chợ Bà Hạt
STT Thông số Đơn vị Giá trị
(Nguồn: kết quả được xác định tại phòng thí nghiệm khoa Môi trường – Đại học
Kết quả trên được tổng kết lại sau 1 tháng khảo sát Nước thải được lấy từ chợ về, sau đó được pha loãng 1,5 – 2 lần và đem phân tích ngay trong phòng thí nghiệm.
Mô hình nghiên cứu
Mô hình Armfield Anaerobic Digester gồm 2 bể phản ứng mỗi bể có thể tích 5L, giữa 2 bể có một bể nhỏ đóng vai trò bể trung gian trong trường hợp xử lý nối tiếp nhau Về cấu tạo, mô hình có thiết bị điều chỉnh lưu lượng đầu vào từ 0.2 – 5 L/ngày tương ứng với thời gian lưu nước trong mỗi bể từ 24 – 600 h Nhiệt độ mỗi bể phản ứng được kiểm soát bởi sự làm nóng tấm trải cuộn màu cam bên ngoài bể với mục đích giúp phân phối nhiệt độ bên trong mỗi bể phản ứng đều và ổn định sao cho mức chênh lệch được duy trì ± 0.5° C Nhiệt độ bể phản ứng có thể cài đặt riêng tại các giá trị trong phạm vi quanh 55° C Tuy nhiên, trong nghiên cứu này chỉ sử dụng 1 bể phản ứng và sẽ cài đặt nhiệt độ là 30 0 C là nhiệt độ tương ứng với điều kiện khí hậu ở khu vực miền Nam – Việt Nam (Hình 3.2)
Hình 3.1 Sơ đồ mô hình làm nghiên cứu
Hình 3.2 Mô hình Armfield Anaerobic Digester dùng làm thí nghiệm
Bên trong bể phản ứng bao gồm:
- Bùn kỵ khí được lấy từ hầm Biogas của hệ thống xử lý nước thải tinh bột mì của công ty TNHH tinh bột mì Việt Mã – Tây Ninh
- Cây phân phối nước giúp cho nước phân phối đều theo hướng từ dưới lên trên
- Cây dò nhiệt độ dùng đo nhiệt độ trong bể để có thể điều chỉnh nhiệt độ từ bên ngoài theo mong muốn thông qua tấm trải cuộn màu cam bao quanh bể bên ngoài
- Tấm chắn bùn đặt ở phía trên bể để khi khí kéo bùn lên bùn sẽ va vào tấm chắn bùn và lắng ngược trở lại
- Phía trên tấm chắn bùn là ống thu nước đầu ra
- Trên cùng có bố trí một ống thu khí sẽ dẫn khí sang bể thu khí
Bể phản ứng là bộ phận quan trọng nhất trong mô hình
Bể trung gian được sử dụng trong trường hợp sử dụng nối tiếp hai bể phản ứng, đầu ra của bể thứ nhất sẽ được đưa vào bể trung gian để làm đầu vào của bể thứ hai (Hình 3.4)
Bể thu khí bên ngoài có chia vạch dùng để đọc mức khí, bên trong có chứa dung dịch NaOH 5% dùng để hấp thụ khí CO2 sinh ra Mức dung dịch NaOH hạ xuống chính là do khí CH4 sinh ra đẩy dung dịch ra ngoài (Hình 3.5), các khí CO2,
H2S đã được NaOH giữ lại
Trong mô hình Armfield Anaerobic Digester thời gian lưu nước trong thí nghiệm cho mục đích nghiên cứu là 48h, 24h, 16h, 8h, 6h, 4h, 2h không nằm trong khoảng điều chỉnh của bơm gắn kèm theo mô hình vì vậy sử dụng bơm lưu lượng khác kết hợp với mô hình Mô hình dùng bơm thay thế là bơm CHEM – TECH có model: X030 – XB – BAAC165, áp suất tối đa là 100 Psi, 7 bar (Hình 3.6)
Hình 3.7 Thu nước đầu ra
Có vị trí phía trên tấm chắn bùn Nước sau khi đi từ dưới lên, được xử lý sinh học khi đi qua lớp bùn, nước trong theo ống dẫn nước đi ra ngoài (Hình 3.7)
Phía dưới tận cùng của bể phản ứng có bố trí van rút bùn, van rút bùn có thể sử dụng để rút bùn dư (Hình 3.8)
Van xả nước bố trí bên dưới bể thu khí, nước từ bể thu khí sau khi bị đẩy ra khỏi bể sẽ được dẫn qua van xả nước đi ra ngoài (Hình 3.9)
3.2.2 Vật liệu sử dụng – PVA gel
Polyvinyl Alcohol được sử dụng có nhiều đặc tính phù hợp cho ứng dụng trong xử lý nước thải, một số tính chất nổi bật của PVA đạt được sau khi qua xử lý đặc biệt (KURARAY AQUA CO., LTD.):
Cấu trúc phân tử: dạng tổ ong, chứa hàm lượng nước cao do độ mở rộng lỗ xốp của nó vì vậy thuận lợi cho khả năng thẩm thấu oxy và chất dinh dưỡng cho các vi khuẩn bên trong hạt
Khối lượng riêng: 1,025g/cm3 Đường kính hạt PVA lựa chọn: 4mm
Tính kết dính cao Độ dẻo và dai cao
Khả năng chống thấm cao
Có tính ức chế khí
Khả năng chống ăn mòn cao
Xử lý nước thải với PVA gel sản lượng bùn thấp hơn nhiều so với phương pháp sử lý sinh học truyền thống
Tùy thuộc vào điều kiện hoạt động, hạt PVA gel có thể chứa tới 1 tỷ vi sinh vật
Hình 3.10 PVA gel khi chưa sử dụng
Phương pháp nghiên cứu
Mẫu được lấy theo từng tải trọng, lấy trực tiếp đầu vào và đầu ra từ mô hình và được đem đi phân tích các chỉ tiêu ngay sau khi lấy
Vị trí lấy mẫu: mẫu đầu vào được lấy trực tiếp trong bể chứa nước thải Mẫu đầu ra được lấy tại ống dẫn nước đầu ra Sau đó đem đi phân tích trong phòng thí nghiệm khoa môi trường
Mẫu được lấy vào mỗi buổi sáng ngay sau khi kiểm tra mô hình trong điều kiện hoạt động bình thường Mẫu được lấy theo tiêu chuẩn Việt nam TCVN 5999-1995 (ISO 5667-10 : 1992) Mẫu được đánh giá phải chọn phương pháp phân tích thích hợp phụ thuộc vào mục đích, yêu cầu và hàm lượng của các hợp phần cần xác định
Lấy mẫu và bảo quản mẫu theo TCVN 5999-1995 (ISO 5667-10 : 1992): Mẫu nước được lấy trực tiếp vào chai chứa mẫu nước bằng dụng cụ lấy mẫu, mẫu sau khi lấy được đem phân tích ngay Nếu chưa kịp phân tích phải bảo quản mẫu ở
4 0 C sau khi đã ly tâm cho các chỉ tiêu phân tích ngày hôm sau
3.3.2 Phương pháp phân tích và xử lý số liệu
3.3.2.1 Phương pháp phân tích mẫu
Bao gồm các chỉ tiêu: COD, TN, Phosphate, Nitơ Ammonia, VFAs, độ kiềm
Cách phân tích các chỉ tiêu dựa vào tài liệu: Thí nghiệm hóa kỹ thuật môi trường – Phần 1: Phân tích chất lượng nước (Nguyễn Văn Phước, Nguyễn Thị Thanh Phượng, Phan Xuân Thạnh) ngoài ra còn dựa vào tài liệu: Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater (APHA, Eaton DA, and AWWA Joint eds 1998) (Bảng 3.2)
Bảng 3.2 Các phương háp phân tích mẫu
Chỉ tiêu Phương pháp Đơn vị Thiết bị Độ chính xác pH 4500 – H+ B Electrometric
COD là thông số quan trọng để khảo sát, đánh giá hiện trạng ô nhiễm và xác định hiệu quả của các công trình xử lý nước Được xác định dựa trên nguyên tắc: Hầu hết các chất hữu cơ đều bị oxy hóa bởi K2Cr2O7 trong môi trường acid ở nhiệt độ 150 0 C Phản ứng diễn ra theo phương trình sau:
CnHaOb + cCr2O7 2- + 8cH + nCO2 + (a/2 + 4c)H2O + 2cCr 3+
DO Điện cực oxy hoà tan- máy đo oxy mg/L Hanna Hi 9143 ± 0,01
Solids Dried at 103 – 105 o C mg SS/L
Tủ nung Cân phân tích ± 0,1
5220 C Closed Reflux, Titrimetric Method mgCOD/L Tủ nung 150 0 C -
BOD5 Winkler cải tiến mgBOD/L Tủ ủ 20 0 C -
Method mgN/L Bộ chưng cất
VFAs SMEWW, 2005 mg/L Bộ chưng cất
Sau khi phản ứng oxy hóa xảy ra hoàn toàn, ta định phân lượng diromatkali dư bằng Fe(NH4)2SO4 theo phương trình:
Trị số COD chính là lượng oxy tính từ hàm lượng K2Cr2O7 tham gia phản ứng bị oxy hóa
Nitơ là một trong những nguyên tố hết sức quan trọng, ảnh hưởng đến quá trình sống của tất cả động vật và thực vật Các số liệu về nitơ được sử dụng vào các mục đích như:
- Đánh giá mức độ ô nhiễm, khả năng tự làm sạch của dòng chảy
- Khảo sát sự thay đổi các biến dưỡng của vi khuẩn tự do
- Kéo dài và gia tăng hiệu suất diệt khuẩn của quá trình chloride hóa nước sinh hoạt
- Xác định sự thay đổi hàm lượng sinh khối
- Đánh giá hiệu suất các công trình xử lý
Trong luận văn này sử dụng phương pháp chưng cất để phân tích N – Ammonia và TKN
Trong nước phosphate tồn tại ở ba trạng thái : ortho (PO4 3- , HPO4 2- , H2PO4), meta hoặc poly phosphate và phosphate hữu cơ
Hầu như tất cả các poly phosphate dần dần bị thủy phân trong nước và chuyển lại thành dạng ortho ban đầu, tốc độ chuyển ngược phụ thuộc nhiệt độ và độ giảm pH Ở nhiệt độ cao, trong môi trường acid các dạng của phosphate được chuyển về dạng orthophosphate và sẽ phản ứng với ammonium molybdate để phóng thích acid molybdophotphoric, sau đó acid này sẽ bị khử bởi SnCl2 cho molybdenum màu xanh dương
PO4 3- + 12 (NH4)2MO4 + 24 H + ặ (NH4)3PO4.12MO3 + 21 nh4 + + 12 H2O (NH4)3PO4.12MO3 + Sn 2+ ặ Molybdenum (màu xanh dương) + Sn 4+
Sau đó đợi khoảng 10 phút đem đi so màu ở chương trình 960, bước sóng 690nm
3.3.2.2 Phương pháp xử lý số liệu
Tất cả các số liệu được phân tích lặp lại hai lần và kết quả lấy giá trị trung bình
Thể tích FAS dùng cho mẫu trắng, mL
Thể tích FAS dùng cho mẫu, mL
M- nồng độ mol của FAS
Vm – thể tích mẫu, mL f- hệ số pha loãng mẫu
Hiệu quả xử lý COD
Hiệu quả xử lý COD (%) = − × 100 v r v
CODv – nồng độ COD đầu vào, mg/L
CODr – nồng độ COD đầu ra, mg/L
Tính độ kiềm Độ kiềm tổng, mg CaCO3 = 50 1000 × × ×
V - Thể tích acid HCl dùng để chuẩn độ, mL
CM – nồng độ acid HCl dùng để chuẩn độ, M
Vm – thể tích mẫu, mL
V – thể tích H2SO4 dùng để chuẩn mẫu, mL
Vt – thể tích H2SO4 dùng để chuẩn mẫu trắng, mL
CN – nồng độ đương lượng mol của H2SO4 dùng để chuẩn độ, N
Vm – thể tích mẫu, mL
Sinh khối bám dính trên hạt được xác định vào tải trọng cuối cùng sau khi đã vận hành xong mô hình bằng cách:
Sấy 2 cốc ở 105 0 C trong 2 giờ, hút ẩm 15 phút, cân 4 số lẻ được m1, m2
Lấy 50 hạt PVA gel chưa sử dụng cho vào cốc 1, 50 hạt PVA gel đã sử dụng cho vào cốc 2 Đem 2 cốc sấy ở 105 0 C trong 4 giờ, hút ẩm 30 phút, cân 4 số lẻ được m3, m4
MLSS mg/50 hạt PVA gel = (m4 – m2) – (m3 – m1)
Quá trình nghiên cứu trải qua 2 giai đoạn: vận hành mô hình với bùn hoạt tính và vận hành mô hình có sử dụng vật liệu mang PVA gel
- Giai đoạn vận hành với bùn hoạt tính: Cho bùn hoạt tính vào với MLSS trong bể phản ứng khoảng 11.600 mg/L Vận hành với với các tải trọng thích nghi là 0,5 kgCOD/m 3 /ngày Sau khi đã thích nghi, vận hành với các tải trọng 1, 2, 3, 4,
6 kgCOD/m 3 /ngày tương ứng với thời gian lưu nước là 12h, 10h, 8h, 6h, 4h
- Giai đoạn vận hành với vật liệu mang PVA gel: Cho thêm vật liệu PVA gel, vận hành mô hình với tải trọng thích nghi là 0,5 kgCOD/m 3 /ngày để vi sinh vật bám lên hạt Tiến hành tiếp với các tải trọng 1, 2, 3, 4, 6, 8 kgCOD/m 3 /ngày tương ứng với thời gian lưu nước là 12h, 10h, 8h, 6h, 4h, 2h.
KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ NHẬN XÉT
GIAI ĐOẠN VẬN HÀNH MÔ HÌNH SỬ DỤNG BÙN HOẠT TÍNH51
Bùn hoạt tính được lấy từ hầm Biogas của hệ thống xử lý nước thải tinh bột mì của công ty TNHH tinh bột mì Việt Mã – Tây Ninh Hàm lượng MLSS trong bể phản ứng khoảng 11.600 mg/L, hàm lượng MLVSS khoảng 10.200 mg/L Quá trình thích nghi được vận hành ở tải trọng 0,5 kg COD/m 3 /ngày Hiệu suất xử lý những ngày đầu thấp do vi sinh vật chưa kịp thích nghi, càng về sau vi sinh vật đã thích nghi nên hiệu suất tăng dần lên và ổn định Trong giai đoạn này, hiệu suất xử lý COD đạt từ 89% đến 92 %, thể tích khí CH4 sinh ra là 280 cm 3
Hình 4.1 Sự biến thiên và hiệu suất xử lý COD trong giai đoạn thích nghi
Quá trình vận hành mô hình trong giai đoạn sử dụng bùn hoạt tính được tiến hành với tải trọng tăng dần từ 1 – 6 kg COD/m 3 /ngày
4.1.1 pH pH là yếu tố quan trọng trong quá trình vận hành mô hình pH hoạt động của quá trình kỵ khí là 6,7 – 7,4; pH tối ưu của quá trình kỵ khí từ 7,0 – 7,2 Trong quá trình vận hành mô hình, duy trì pH từ 6,9 – 7,2 pH vào luôn nhỏ hơn pH ra, chứng tỏ quá trình kỵ khí diễn ra tốt, vi sinh vật hoạt động hiệu quả
Hình 4.2 pH vào và pH ra trong quá trình vận hành mô hình
4.1.2 Hiệu quả xử lý COD
Hình 4.3 Nồng độ COD và hiệu suất xử lý theo thời gian Ở tải trọng 1 kg COD/m 3 /ngày hiệu quả loại bỏ COD đạt được từ 84% đến 91% Do có sự thay đổi tải trọng nên những ngày đầu vi sinh vật chưa thích nghi kịp nên hiệu suất còn thấp và chưa ổn định, sau đó vi sinh vật thích nghi thì hiệu suất xử lý được tăng lên Hiệu suất xử lý COD cũng đạt từ 87% đến 91% ở tải trọng
2 kgCOD/m 3 /ngày và 3 kgCOD/m 3 /ngày; 88% đến 91% ở tải trọng 4 kg COD/m 3 /ngày và sang đến tải trọng 6 kg COD/m 3 /ngày hiệu quả xử lý COD chỉ đạt từ 77% đến 83% Chất lượng nước thải đầu ra chưa đạt được QCVN 11:2008/BTNMT cột B
Kết quả này có thể giải thích do ở các tải trọng ban đầu từ 1 kg COD/m 3 /ngày đến 4 kg COD/m 3 /ngày, điều kiện trong bể vẫn thuận lợi cho vi sinh vật hoạt động Lúc này vi sinh vật dễ dàng phân hủy các chất hữu cơ có trong nước thải như phương trình sau:
Chất hữu cơ + vi sinh vật CH4 + CO2 + CO2 + sinh khối
Tuy nhiên, khi tăng tải trọng lên 6 kg COD/m 3 /ngày, lưu lượng nước đầu vào tăng lên, có hiện tượng bùn trong bể trôi ra nhiều làm mất một lượng lớn sinh khối trong bể Lúc này vi sinh vật bị ức chế do tải trọng hữu cơ cao, vi sinh vật không phân hủy hết chất hữu cơ nên hiệu suất giảm xuống
Hình 4.4 COD đầu vào, đầu ra và hiệu suất xử lý trung bình
Từ hình 4.4 ta thấy hiệu suất xử lý của mô hình ổn định đến tải trọng 4 kgCOD/m 3 /ngày, hiệu suất trung bình đạt trên 90%, có nghĩa mô hình hoạt động tốt đến tải trọng 4 kgCOD/m 3 /ngày tương ứng với thời gian lưu nước là 6h Vậy mô hình hoạt động tối ưu ở tải trọng 4 kgCOD/m 3 /ngày
4.1.3 Hiệu quả xử lý BOD 5
Sau cuối mỗi tải trọng, lấy mẫu đem phân tích BOD5 Nước thải đầu vào có hàm lượng BOD5 trong khoảng từ 720 đến 824 mg/L, BOD5 đầu ra nằm trong khoảng từ 51 đến 64 mg/L, hiệu suất xử lý BOD5 đạt từ 91 đến 93% Chất lượng nước đầu ra vẫn chưa đạt được cột B theo QCVN 11:2008/BTNMT Tại tải trọng 3
Kỵ khí kgCOD/m 3 /ngày hiệu suất xử lý BOD5 cao nhất đạt 93,5 %, tại các tải trọng 1 kgCOD/m 3 /ngày, 2 kgCOD/m 3 /ngày hiệu suất xử lý BOD5 đạt trên 92%, ở tải trọng
4 kgCOD/m 3 /ngày đạt trên 91%, sang tải trọng 6 kgCOD/m 3 /ngày hiệu suất xử lý BOD5 giảm xuống còn 78% Kết quả loại bỏ BOD5 được thể hiện như trong hình 4.5
Hình 4.5 Nồng độ BOD5 đầu vào, BOD5 đầu ra và hiệu suất loại bỏ BOD5 theo các tải trọng khác nhau
4.1.4 Nồng độ SS đầu ra
Hình 4.6 Nồng độ SS đầu ra theo thời gian trong giai đoạn vận hành với bùn hoạt tính
Nồng độ SS đầu ra ở tải trọng 1 kgCOD/m 3 /ngày từ 58 – 240 mg/L Giá trị SS những ngày đầu cao, sau đó giảm dần Nguyên nhân do những ngày đầu, vi sinh chưa thích nghi nên hiệu quả lắng bùn kém nên bùn trôi ra nhiều, khi đã thích nghi hiệu quả lắng của bùn tăng lên thì nồng độ SS đầu ra cũng giảm xuống và đạt QCVN 11:2008/BTNMT cột B Ở tải trọng 2 đến 4 kgCOD/m 3 /ngày thì nồng độ SS đầu ra đã vượt quy chuẩn cột B từ 1,1 đến 5,8 lần; lượng bùn trôi ra nhiều hơn Tuy nhiên, hiệu quả xử lý COD ở các tải trọng này vẫn rất cao trên 90% Như vậy, nồng độ SS tăng lên khi vận hành ở tải trọng cao Điều này có thể giải thích do lưu lượng nước thải đầu vào tăng lên cộng thêm chiều cao cột ngắn nên bùn khả năng lắng của bùn bị hạn chế Đến tải trọng 6 kgCOD/m 3 /ngày thì nồng độ SS đầu ra vượt quy chuẩn cột B cao nhất lên tới 6,7 lần Lúc này hiệu quả xử lý COD giảm xuống rõ rệt còn 80% Có kết quả này do khi tăng đến tải trọng 6 kgCOD/m 3 /ngày thì lưu lượng nước tăng lên 8h làm động vật nguyên sinh trong bể giảm xuống Lúc này vi sinh vật vừa chịu lưu lượng cao, tải trọng lớn nên bùn trôi ra nhiều
Hình 4.7 Nồng độ T-P đầu vào, đầu ra và hiệu suất xử lý
Nồng độ T-P đầu vào trong khoảng 9 – 22 mg/L, T-P đầu ra trong khoảng 7 –
18 mg/L, hiệu suất xử lý từ 5,3 – 28 % Quá trình loại bỏ phospho xảy ra do: Phospho trong nước thải đầu vào được hấp thụ vào trong tế bào sinh khối, sau đó được thải ra ngoài Vi sinh vật tích lũy phospho (PAOs) được kích thích tăng trưởng
Việc khử phospho trong hệ thống sinh học dựa trên những khả năng sau:
- Nhiều vi khuẩn có khả năng dự trữ một lượng dư phospho như polyphosphate trong tế bào của chúng
- Dưới điều kiện kỵ khí, PAOs sẽ chuyển hóa những sản phẩm lên men (như acid béo bay hơi) thành những sản phẩm dự trữ bên trong tế bào, đồng thời phóng thích phospho từ những polyphosphat được dự trữ
- Dưới điều kiện hiếu khí, năng lượng được sinh ra từ phản ứng oxihóa những sản phẩm dự trữ và khi đó polyphosphate tích lũy trong tế bào tăng lên (Sedlak, 1991)
Trong mô hình vận hành chỉ có điều kiện kỵ khí nên hiệu quả xử lý phospho không cao
Nồng độ N-NH4 + đầu vào trong khoảng 67 – 165 mg/L, nồng độ N-NH4 + đầu ra trong khoảng 74 – 183 mg/L Ta thấy nồng độ N-NH4 + đầu ra tăng so với N-NH4 + đầu vào trong suốt giai đoạn vận hành do một số vi khuẩn phân hủy protein và acid amin đang hoạt động Chúng phân giải các protein, acid amin có trong nước thải về dạng N-NH4 + làm nồng độ N-NH4 + tăng
Hình 4.8 Sự biến thiên của N-NH4 + trong quá trình vận hành
Hình 4.9 Nồng độ VFAs ra ứng với từng tải trọng
VFAs là các acid dễ bay hơi, chúng dễ dàng được phân hủy tạo thành khí CH4 nhờ quá trình biến đổi sinh học Hàm lượng VFAs đầu ra càng thấp, hiệu quả xử lý chất hữu cơ càng cao Ở các tải trọng 1- 4 kg COD/m 3 /ngày nồng độ VFAs trong khoảng 45,2 – 75,2 mg/L, lúc này hiệu suất xử lý COD cao trên 90% Tuy nhiên, đến tải trọng 6 kg COD/m 3 /ngày nồng độ VFAs tăng lên đến 132 – 152 mg/L và hiệu suất xử lý COD giảm
Hình 4.10 Thể tích khí CH4 tạo thành ở từng tải trọng
Khí CH4 tạo thành do các vi sinh vật phân hủy các acid béo dễ bay hơi và các sản phẩm trung gian thành CH4 và CO2 làm môi trường trở nên kiềm hóa Trong giai đoạn chuyển hóa lên men acid sang lên men kiềm, các vi sinh vật thiếu khí bị tiêu diệt dần dần và hoàn toàn Các vi sinh vật kỵ khí bắt buộc phát triển mạnh và vi khuẩn metan phát triển rất mạnh
Hình 4.11 Thể tích CH4 được tạo thành tương ứng với mỗi gCOD đầu vào ở các tải trọng
GIAI ĐOẠN VẬN HÀNH MÔ HÌNH CÓ SỬ DỤNG VẬT LIỆU
Vật liệu được đưa vào mô hình với thể tích 0,5 L chiếm 10% thể tích mô hình, bổ sung bùn vào để MLSS trong mô hình khoảng 11.000 mg/L Vận mô hình với tải trọng 0,5 kg COD/m 3 /ngày để bùn bám lên hạt trong vòng 60 ngày Trong quá trình chờ bùn bám lên hạt hiệu quả xử lý COD trung bình đạt 91% Sau 60 ngày, bên ngoài hạt có một lớp màng vi sinh mỏng bám lên bề mặt của hạt
Hình 4.12 Nồng độ COD đầu vào, đầu ra và hiệu suất xử lý giai đoạn thích nghi
Hình 4.13 Hạt PVA gel sau 60 ngày vận hành
Hình 4.14 Sự biến đổi pH trong quá trình vận hành mô hình với PVA-gel
Ta thấy pH đầu ra luôn cao hơn pH đầu vào chứng tỏ vi sinh vật kỵ khí hoạt động ổn định pH đầu vào nằm trong khoảng 6,6 – 7,2; pH đầu ra nằm trong khoảng 6,8 -7,8
4.2.2 Hiệu quả xử lý COD
Hình 4.14 thể hiện sự thay đổi của nồng độ COD đầu vào và COD đầu ra theo thời gian, tương ứng với các tải trọng Hiệu quả xử lý COD đạt trên 91% ở các tải trọng từ 1-6 kg COD/m 3 /ngày, đến tải trọng 8 kg COD/m 3 /ngày hiệu suất giảm xuống còn khoảng 80% Vi sinh vật bám trên hạt hoạt động tốt Ở tải trọng 4 kgCOD/m 3 /ngày lượng khí sinh ra nhiều làm xáo trộn liên tục giúp vi sinh vật phân bố đều hơn trong mô hình Ở tải trọng 8 kg COD/m 3 /ngày có hiện tượng hạt trôi ra khỏi mô hình do lưu lượng lớn, chiều cao cột ngắn; hiệu quả xử lý cũng giảm xuống
Trong quá trình vận hành với hạt PVA-gel, vi sinh vật tồn tại trong mô hình vừa có dạng sinh trưởng lơ lửng và sinh trưởng bám dính nên khả năng xử lý tốt hơn Hiệu suất trung bình ở các tải trọng từ 1 – 6 kgCOD/m 3 /ngày đạt 91% cao hơn so với vận hành với bùn hoạt tính là 90% So sánh hình 4.4 và hình 4.16 ta thấy, khả năng xử lý của mô hình tăng lên khi kết hợp với hạt PVA-gel, mô hình xử lý tốt đến tải trọng 6 kgCOD/m 3 /ngày trong khi với bùn hoạt tính chỉ đến 4 kgCOD/m 3 /ngày Kết quả này do hạt PVA-gel đóng vai trò là vật liệu mang giúp vi sinh vật bám trên đó, làm tăng khả năng xử lý so với bùn hoạt tính thông thường Ngoài ra PVA-gel có khối lượng riêng là 1,04 g/cm 3 cao hơn khối lượng riêng của nước nên giúp tăng khả năng lắng của bùn
Hình 4.15 Sự thay đổi nồng độ COD và hiệu quả xử lý theo thời gian
Hình 4.16 Nồng độ COD đầu vào, COD đầu ra và hiệu suất xử lý COD trung bình trong quá trình vận hành với hạt PVA -gel
4.2.3 Nồng độ SS đầu ra
Hình 4.17 Nồng độ SS đầu ra theo tải trọng vận hành với PVA – gel
Nồng độ SS đầu ra được thể hiện ở hình 4.17 Nồng độ SS đầu ra ở tải trọng 1 kgCOD/m 3 /ngày từ 40 mg/L đến 86 mg/L đạt QCVN 11:2008/BTNMT cột B, lượng bùn dư sinh ra ở tải trọng cũng rất ít chủ yếu đi theo dòng thải đầu ra Khi tăng tải trọng lên 2 kgCOD/m 3 /ngày nồng độ SS đầu ra từ 44 mg/L đến 98 mg/L, lúc này nồng SS đầu ra vẫn đạt QCVN 11:2008/BTNMT cột B Tuy nhiên, khi tăng tải trọng lên 3 kgCOD/m 3 /ngày đến 8 kgCOD/m 3 /ngày, nồng độSS đầu ra từ 89 –
168 mg/L vượt quy chuẩn cột B từ 1 đến 2,5 lần Lượng bùn trôi ra nhiều hơn do lưu lượng nước đầu vào tăng
Như vậy so với giai đoạn vận hành với bùn hoạt tính, giai đoạn này nồng độ SS đầu ra đã giảm đi đáng kể đạt QCVN 11:2008/BTNMT cột B ở tải trọng 1 kgCOD/m 3 /ngày và 2 kgCOD/m 3 /ngày Các tải trọng tiếp theo nồng độ SS vượt tiêu chuẩn nhưng thấp hơn nhiều so với giai đoạn trước Kết quả này chứng tỏ vai trò của PVA-gel đã góp phần tăng hoạt tính của bùn, tăng khả năng lắng của bùn
4.2.4 Hiệu quả xử lý TP
Hình 4.18 Sự thay đổi nồng độ và hiệu quả xử lý T-P theo thời gian
Nồng độ photpho nước thải đầu vào dao động từ 8,5 -24,5 mg/L, nồng độ photpho nước thải đầu ra dao động từ 6,2 – 23,4 mg/L, hiệu quả loại bỏ T-P từ 1,4 – 32,5 % Hiệu suất loại bỏ P không cao Hình 4.18 thể hiện sử thay đổi nồng độ và hiệu quả xử lý T-P theo thời gian
Hình 4.19 Sự biến đổi nồng độ N-NH4 + đầu vào và đầu ra trong suốt quá trình
Nồng độ N-NH4 + đầu vào trong khoảng 44 – 173 mg/L, nồng độ N-NH4 + đầu ra trong khoảng 56 – 179 mg/L Nồng độ N-NH4 + đầu ra tăng so với N-NH4 + đầu vào trong suốt giai đoạn vận hành chứng tỏ vi khuẩn phân hủy protein và acid amin đang hoạt động tốt Chúng phân giải các protein, acid amin có trong nước thải về dạng N-NH4 + làm nồng độ N-NH4 + tăng
Hình 4.20 Thể tích CH4 tạo thành tương ứng với từng tải trọng hữu cơ
Hình 4.21 Sản lượng khí CH4 /g COD ở từng tải trọng
Sản lượng khí CH4 sinh ra trong giai đoạn vận hành này cao hơn trong giai đoạn vận hành mô hình với bùn hoạt tính ở tải trọng 6 kg COD/m 3 /ngày là lớn nhất đạt 18,37 cm 3 /gCOD nhỏ hơn nhiều so với lý thuyết là 350 cm 3 CH4/gCOD (Metcalf và
Eddy, 2003) Có thể một phần do lượng COD loại bỏ được dùng để tạo thành lớp màng vi sinh bám dính trên hạt, phần khác có thể do có sự rò rỉ trong mô hình hoặc đường ống dẫn khí
4.2.7 Sinh khối bám trên hạt
Sau khi kết thúc quá trình xử lý, đem 50 hạt đã qua sử dụng đi sấy khô ở 105 0 C trong 4 giờ được m1, 50 hạt chưa sử dụng sấy khô ở 105 0 C trong 4 giờ được m2 Khối lượng sinh khối bám dính trên 50 hạt được tính theo công thức: m = m1-m2 Lượng sinh khối bám trên hạt là 0,172 mg TS/hạt
Hình 4.22 Hạt PVA gel sau khi sử dụng
Cuối quá trình các hạt PVA gel có một lớp sinh khối mỏng bám dính Tuy nhiên theo quan sát lượng sinh khối bám trên hạt không đồng đều Có hiện tượng này do dòng nước đầu vào được đưa qua một ống dẫn nhỏ xuống dưới đáy mô hình sau đó nước sẽ chảy ngược lên tạo ra dòng xoáy ốc để lên phía trên Vì vậy, sẽ tạo ra vận tốc khác nhau ở các vị trí giữa và ngoài vòng xoáy.