luận án chất thải môi trường

ảnh hưởng của các thông số vận hành bao gồm pH và tải trọng đến tính chất lắng của bùn hoạt tính

i Lời cám ơn Trước khi đi vào nội dung luận văn em xin chân thành cảm ơn đến: Thầy Nguyễn Phước Dân đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ em trong suốt quá trình thực hiện để hoàn thành luận văn này. Cô Nguyễn Thị Thanh Phượng đã tận tình chỉ bảo em trong suốt quá trình vận hành mô hình thí nghiệm. Cùng toàn thể thầy cô khoa môi trường đã tận tình giảng dạy, chỉ bảo, truyền đạt nguồn kiến thức và những kinh nghiệm quý báu cho em trong suốt thời gian học tập tại trường. Xin cảm ơn đến tất cả bạn bè, những người đã giúp đỡ tôi trong suốt thời gian học tập cũng như thực hiện tốt luận văn tốt nghiệp. Em cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành đến gia đình, bố mẹ em đã tạo điều kiện cho em hoàn thành tốt luận văn tốt này. Mặc dù đã nỗ lực hết mình, nhưng do khả năng, kiến thức và thời gian có hạn nên không thể tránh được những sai sót trong lúc thực hiện luận văn này, em kính mong quý thầy cô chỉ dẫn, giúp đỡ em để ngày càng hoàn thiện hơn vốn kiến của mình và có thể tự tin bước vào cuộc sống với vốn kiến thức có được. ii Lời mở đầu Môi trường là một trong những vấn đề mà hiện nay hầu hết ai cũng quan tâm, vấn đề không những tự nó phát sinh mà nguyên nhân chính là do nhu cầu cuộc sống của con người gây ra. Trong nhiều thập niên qua tình trạng ô nhiễm môi trường ngày càng trở nên nghiêm trọng, đó là sự phát thải bừa bãi các chất ô nhiễm vào môi trường mà không được xử lý, gây nên hậu quả nghiêm trọng tác hại đến đời sống toàn cầu. Việt Nam chúng ta đã và đang chú trọng đến việc cải tạo môi trường và ngăn ngừa ô nhiễm. Tại Thành phố Hồ Chí Minh, tình trạng ô nhiễm môi trường khá nghiêm trọng, hầu hết các con kênh rạch trong Thành phố đều ô nhiễm nặng nề, những làn khói bụi thoát ra từ các nhà máy, xe cộ đã gây ảnh hưởng không nhỏ đến sức khỏe của người dân. Vấn đề cấp bách đặt ra cho cấp lãnh đạo thành phố hiện nay là cần ngăn chặn các nguồn ô nhiễm và tái tạo lại môi trường thành phố. Tuy nhiên, để ngăn chặn sự ô nhiễm trước tiên phải xử lý các nguồn gây ô nhiễm thải vào môi trường, có nghĩa là các nhà máy, xí nghiệp, các khu thương mại trong quá trình hoạt động và sản xuất phát sinh chất thải phải được xử lý triệt để. Muốn vậy, cần phải ngăn ngừa, giảm thiểu và xử lý triệt để các loại chất thải phát sinh là điều tất yếu phải làm đối với mỗi chúng ta. iii Mục lục CHƯƠNG 1. MỞ ĐẦU 1 1.1. GIỚI THIỆU 1 1.2. MỤC ĐÍCH 1 1.3. PHẠM VI ĐỀ TÀI . 1 1.4. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU . 2 CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN . 3 2.1. GIỚI THIỆU VỀ BÙN HOẠT TÍNH . 3 2.1.1. Lịch sử phát triển của quá trình bùn hoạt tính 3 2.1.2. Quần thể vi sinh vật trong bùn hoạt tính . 3 2.1.3. Sự tăng trưởng sinh khối 4 2.1.4. Tính chất tạo bông bùn hoạt tính 10 2.2. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH BÙN HOẠT TÍNH . 12 2.2.1. Ảnh hưởng của pH . 12 2.2.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ . 13 2.2.3. Ảnh hưởng của kim loại nặng 14 2.2.4. Ảnh hưởng của các chất dầu mỡ trong nước thải 15 2.2.5. Ảnh hưởng của các chất hoạt động bề mặt . 15 2.2.6. Sự lên men của nước thải . 15 2.2.7. Nhu cầu oxy . 16 2.2.8. Lượng dinh dưỡng . 16 2.2.9. Tỉ số F/M (Tỉ số thức ăn trên sinh khối) . 19 2.2.10. Lượng bùn tuần hoàn . 19 2.2.11. Thời gian lưu bùn 19 2.3. NGUYÊN NHÂN VÀ HẬU QUẢ CỦA NHỮNG VẤN ĐỀ THƯỜNG GẶP KHI VẬN HÀNH BÙN HOẠT TÍNH 20 2.3.1. Bùn phát triển phân tán (Dispersed growth) . 20 2.3.2. Bùn không kết dính được (Pinpoint flocs) 21 2.3.3. Bùn tạo khối do vi khuẩn dạng sợi (Filamentous bulking) 21 2.3.4. Bùn tạo khối nhớt (vicous bulking) hay là sự phát triển của Zoogloeal (Zoogloeal growth) 24 2.3.5. Bùn nổi (Rising sludge) . 26 2.3.6. Bọt váng (Foam/Scum) 27 a. Bọt . 29 b. Váng 30 2.4. LỊCH SỬ VÀ SỰ PHÁT TRIỂN CỦA CÁC PHƯƠNG PHÁP KIỂM SOÁT QUÁ TRÌNH BÙN TẠO KHỐI VÀ TẠO BỌT 31 2.4.1. Bùn tạo khối 31 2.4.2. Bọt váng 36 CHƯƠNG 3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU . 39 3.1. NỘI DUNG THỰC HIỆN 39 3.2. THÍ NGHIỆM 1: ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA TẢI TRỌNG ĐẾN TÍNH CHẤT LẮNG CỦA BÙN HOẠT TÍNH ĐỐI VỚI NƯỚC THẢI THUỘC DA 39 3.3. THÍ NGHIỆM 2: ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA TẢI TRỌNG ĐẾN TÍNH CHẤT LẮNG CỦA BÙN HOẠT TÍNH ĐỐI VỚI NƯỚC THẢI CHẾ BIẾN MEN THỰC PHẨM MAURINE – LA NGÀ . 42 iv 3.4. THÍ NGHIỆM 3: ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA pH ĐẾN TÍNH CHẤT LẮNG CỦA BÙN HOẠT TÍNH ĐỐI VỚI NƯỚC THẢI CHẾ BIẾN MEN THỰC PHẨM MAURINE – LA NGÀ . 44 CHƯƠNG 4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN . 47 4.1. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM THAY ĐỔI TẢI TRỌNG ĐỐI VỚI NƯỚC THẢI THUỘC DA 47 4.2. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM THAY ĐỔI TẢI TRỌNG ĐỐI VỚI NƯỚC THẢI CHẾ BIẾN MEN THỰC PHẨM 58 4.3. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM THAY ĐỔI pH ĐỐI VỚI NƯỚC THẢI CHẾ BIẾN MEN THỰC PHẨM . 69 CHƯƠNG 5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ . 81 5.1. KẾT KUẬN . 81 5.2. KIẾN NGHỊ . 81 v Danh sách các bảng Bảng 2.1 Các đặc tính trong q trình sinh trưởng của vi sinh vật .9 Bảng 2.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến q trình bùn hoạt tính 13 Bảng 2.3 Các chất dinh dưỡng cần thiết cho hoạt động sống của tế bào vi khuẩn 16 Bảng 2.4 Phần trăm thành phần của các ngun tố chính trong tế bào vi khuẩn tính trên trọng lượng khơ .16 Bảng 2.5 Giá trị dinh dưỡng cần thiết để khử BOD (g/kg BOD) .17 Bảng 2.6 Thời gian lưu bùn tiêu biểu cho q trình bùn hoạt tính . 18 Bảng 2.7 Các lồi vi khuẩn dạng sợi thường gặp gây ra hiện tượng bùn tạo khối 21 Bảng 2.8 Các yếu tố ảnh hưởng đến bùn khối nhớt . 23 Bảng 2.9 Các dấu hiệu nhận biết có q trình khử nitrat .24 Bảng 2.10 Các dạng vi khuẩn gây bọt váng thường gặp 25 Bảng 2.11 Ảnh hưởng của sự thay đổi về sinh học, hóa học và lý học đến sự hình thành bọt/váng 26 Bảng 2.12 Những dạng bọt chính trong bùn hoạt tính .27 Bảng 2.13 Kiểm sốt bọt do thiếu dinh dưỡng 33 Bảng 2.14 Kiểm sốt bọt do chất béo, dầu mỡ 35 Bảng 3.1 Các thơng số đầu vào của nước thải thuộc da . 36 Bảng 3.2 Các điều kiện vận hành của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải thuộc da 36 Bảng 3.3 Số lần pha lỗng theo từng tải trọng . 37 Bảng 3.4 Thể tích dung dịch KH2PO4 cần châm vào các mơ hình 38 Bảng 3.5 Các thơng số đầu vào của nước thải chế biến men thực phẩm 38 Bảng 3.6 Các điều kiện vận hành của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải chế biến men thực phẩm . 39 vi Bảng 3.7 Số gam mật rỉ đường tương ứng với từng tải trọng 39 Bảng 3.8 Thể tích dung dịch dinh dưỡng ứng với mỗi tải trọng 40 Bảng 3.9 Các điều kiện vận hành của thí nghiệm thay đổi pH đối với nước thải chế biến men thực phẩm .41 Bảng 3.10 Các phương pháp phân tích các chỉ tiêu .42 Bảng 4.1 COD đầu ra của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải thuộc da 44 Bảng 4.2 COD đầu vào và COD đầu ra trung bình sau khi ổn định của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải thuộc da . 45 Bảng 4.3 Biến thiên clorua của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải thuộc da .47 Bảng 4.4 Độ đục đầu ra của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải thuộc da48 Bảng 4.5 Biến thiên chỉ số SVI của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải thuộc da 49 Bảng 4.6 Biến thiên MLSS của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải thuộc da .51 Bảng 4.7 Kết quả trung bình ổn định của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải thuộc da . 52 Bảng 4.8 COD đầu ra của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải chế biến men thực phẩm . 54 Bảng 4.9 COD đầu vào, COD đầu ra trung bình ổn định của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải chế biến men thực phẩm . 55 Bảng 4.10 Độ đục đầu ra của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải chế biến men thực phẩm .57 Bảng 4.11 Biến thiên chỉ số SVI của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải chế biến men thực phẩm . 59 Bảng 4.12 Biến thiên MLSS của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải chế biến men thực phẩm .60 vii Bảng 4.13 Kết quả trung bình ổn định của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải chế biến men thực phẩm 61 Bảng 4.14 COD đầu ra của thí nghiệm thay đổi pH (pH = 4 – 11) đối với nước thải chế biến men thực phẩm . 64 Bảng 4.15 COD đầu ra của mô hình pH = 12 . 64 Bảng 4.16 COD đầu vào và COD đầu ra trung bình ổn định của nước thải chế biến men thực phẩm .65 Bảng 4.17 Độ đục đầu ra của thí nghiệm thay đổi pH đối với nước thải chế biến men thực phẩm . 66 Bảng 4.18 Độ đục đầu ra của mô hình pH = 12 .67 Bảng 4.19 SVI đầu ra của thí nghiệm thay đổi pH đối với nước thải chế biến thực phẩm . 68 Bảng 4.20 SVI đầu ra của mô hình pH = 12 68 Bảng 4.21 Biến thiên MLSS của thí nghiệm thay đổi pH đối với nước thải chế biến thực phẩm . 69 Bảng 4.22 Biến thiên MLSS của mô hình pH = 12 đối với nước thải chế biến men thực phẩm . 69 Bảng 4.23 Biến thiên pH đầu ra của thí nghiệm thay đổi pH đối với nước thải chế biến men thực phẩm .71 Bảng 4.24 Kết quả trung bình ổn định của thí nghiệm thay đổi pH đối với nước thải chế biến thực phẩm .72 viii Danh sách các hình Hình 2.1 Trùng biến hình (amoebae) 5 Hình 2.2 Trùng roi (flagellate) 5 Hình 2.3 Trùng tiên mao bơi (free – swimming ciliate) .6 Hình 2.4 Trùng tiên mao bò (crawling ciliated protozoa) 7 Hình 2.5 Trùng tiên mao có cuống (stalk ciliated protozoa) 8 Hình 2.6 Giun tròn sống tự do (free – living nematode) 8 Hình 2.7 Trùng bánh xe (rotifer) .9 Hình 2.8 Bùn ở giai đoạn hô hấp nội bào 9 Hình 2.9 Bùn hoạt tính kết bông tốt 11 Hình 2.10 Bùn liên kết yếu .12 Hình 2.11 Bùn tạo khối do vi khuẩn dạng sợi .21 Hình 2.12 Hình minh họa bùn dạng bọt váng Nocardia . 26 Hình 4.1 COD đầu ra của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải thuộc da .44 Hình 4.2 COD đầu vào, COD đầu ra trung bình ổn định của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải thuộc da . 46 Hình 4.3 Hiệu quả xử lý COD của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải thuộc da 46 Hình 4.4 Clorua đầu ra cúa thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải thuộc da47 Hình 4.5 Độ đục đầu ra của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải thuộc da48 Hình 4.6 Biến thiên SVI của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải thuộc da .50 Hình 4.7 Biến thiên MLSS của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải thuộc da .51 Hình 4.8 COD đầu ra và clorua đầu ra trung bình ổn định của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải thuộc da . 52 ix Hình 4.9 Độ đục và SVI đầu ra trung bình ổn định của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải thuộc da 53 Hình 4.10 MLSS trung bình ổn định của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải thuộc da . 53 Hình 4.11 COD đầu ra của thí nghiệm thay đổi tải trọng (0.3; 0,5; 1,0; 1,5 kg COD/m3.ngày) đối với nước thải chế biến men thực phẩm .55 Hình 4.12 COD đầu ra của thí nghiệm thay đổi tải trọng (2,0; 4,0; 6,0 kg COD/m3.ngày) đối với nước thải chế biến men thực phẩm .55 Hình 4.13 COD vào, COD ra trung bình của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải chế biến men thực phẩm 56 Hình 4.14 Hiệu quả xử lý COD của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải chế biến men thực phẩm .57 Hình 4.15 Độ đục đầu ra của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải chế biến men thực phẩm .58 Hình 4.16 Biến thiên chỉ số SVI của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải chế biến men thực phẩm . 59 Hình 4.17 Biến thiên MLSS của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải chế biến men thực phẩm .60 Hình 4.18 COD đầu ra và độ đục đầu ra trung bình của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải chế biến men thực phẩm 62 Hình 4.19 SVI và MLSS trung bình ổn định của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải chế biến men thực phẩm 63 Hình 4.20 COD đầu ra khi pH đầu vào thay đổi từ 4 – 11 .64 Hình 4.21 COD đầu ra của mô hình pH = 12 65 Hình 4.22 Hiệu quả xử lý COD của thí nghiệm thay đổi pH đối với nước thải chế biến men thực phẩm .66 Hình 4.23 Độ đục đầu ra khi pH đầu vào thay đổi từ 4 – 11 67 x Hình 4.24 Độ đục đầu ra của mô hình pH = 12 .67 Hình 4.25 Biến thiên SVI khi pH đầu vào thay đổi từ 4 – 11 68 Hình 4.26 SVI của mô hình pH = 12 .69 Hình 4.27 Biến thiên MLSS khi pH đầu vào thay đổi .70 Hình 4.28 MLSS của mô hình pH = 12 .70 Hình 4.29 pH đầu ra khi pH đầu vào thay đổi .71 Hình 4.30 SVI trung bình ổn định của thí nghiệm thay đổi pH đối với nước thải chế biến men thực phẩm .72 Hình 4.31 MLSS và COD đầu ra trung bình ổn định của thí nghiệm thay đổi pH đối với nước thải chế biến men thực phẩm 73 Hình 4.32 COD đầu ra và độ đục đầu ra trung bình ổn định của thí nghiệm thay đổi pH đối với nước thải chế biến thực phẩm 73 Hình 4.33 pH đầu ra trung bình ổn định khi pH đầu vào thay đổi 74 [...]... trong vòng 3 tháng, bao gồm 3 thí nghiệm như sau: Thí nghiệm 1: Đánh giá ảnh hưởng của tải trọng đến tính chất lắng của bùn hoạt tính đối với nước thải thuộc da của công ty Đặng Tư Ký thuộc Khu Công Nghiệp Lê Minh Xuân 1 CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU Thí nghiệm 2: Đánh giá ảnh hưởng của tải trọng đến tính chất lắng của bùn hoạt tính đối với nước thải chế biến thực phẩm Maurine – La Ngà Thí nghiệm 3: Đánh giá ảnh hưởng... QUAN DO Số lượng vi khuẩn Vị trí vi khuẩn Thấp Thấp Phân tán Loài ưu thế Trùng biến hình và trùng roi Chất rắn mịn Đáng kể Thấp Trung bình Trung bình Nhiều Cao Nhiều Nằm trong Nằm trong bông bùn bông bùn Trùng tiên mao Trùng tiên mao Trùng tiên mao bơi bò bò và trùng tiên mao có cuống Đáng kể Không đáng kể Không đáng kể Phân tán 2.1.4 Tính chất tạo bông bùn hoạt tính Bùn hoạt tính gồm các cá thể vi... lượng trùng bánh xe không nhiều Yếu tố thứ hai là do sự xáo động trong môi trường bùn hoạt tính gây khó khăn cho vi sinh vật đực và cái gặp nhau Chúng sẽ tăng nhanh trong môi trường ổn định và có tuổi bùn cao, thường là trong các hồ sinh học Hình 2.5 Trùng tiên mao có cuống (stalk ciliated protozoa) Hình 2.6 Giun tròn sống tự do (free – living nematode) 8 CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN Hình 2.7 Trùng bánh xe (rotifer)... mỡ trong nước thải Chất béo thường gặp trong nước thải sinh hoạt là các chất bơ, margarine, dầu thực vật, dầu ăn Chất béo cũng được tìm thấy ở thịt, đậu phộng… Chất béo và dầu mỡ thường bền vững và khó bị phân hủy Trong quá trình bùn hoạt tính, các hợp chất này sẽ bao phủ các bông bùn và can thiệp vào hoạt động vi khuẩn cũng như cấu trúc bông bùn Các chất béo, dầu, mỡ này có cấu trúc hoá học tương tự... vi khuẩn Các hợp chất này khi ở trên bề mặt tế bào sẽ làm tăng nồng độ MLVSS Một số hợp chất béo, dầu mỡ khó phân hủy sẽ tích tụ trong bông bùn và chuyển thành dạng kị khí gây độc như metan 2.2.5 Ảnh hưởng của các chất hoạt động bề mặt Khi trong nước thải hiện diện các chất hoạt động bề mặt như xà bông hoặc thuốc tẩy, hoạt động của các trùng tiên mao và các động vật đa bào sẽ bị gián đoạn hoặc ngừng... bùn nhỏ Có thể khái quát các nguyên nhân gây ra hiện tượng bùn phát triển phân tán như sau: - Trong nước thải có các thành phần hữu cơ khó phân hủy, tải trọng bùn lớn - Quá trình quang hợp của các vi sinh vật cũng bị hạn chế bởi sự hiện diện của các chất độc hại, các hợp chất ức chế trong nước thải Bùn phát triển phân tán không phải là vấn đề thường gặp trong xử lý thông thường hay khử dinh dưỡng bằng... ngày Nó có thể xuất hiện ở giai đoạn đầu hoặc sau khi một lượng lớn vi sinh vật trôi ra khỏi hệ thống Nước thải đô thị do thành phần có nhiều hợp chất cao phân tử, các chất keo, các chất rắn lơ lửng nên thường kết bông tốt hơn nước thải tổng hợp từ cống rãnh Tại trung tâm nghiên cứu xử lý nước thải nổi tiếng Los Angeles Hyperion, người ta đã thử chuyển xử lý thông thường sang xử lý ở tải trọng cao bằng... bùn Vi khuẩn dạng sợi phát triển ở những điều kiện khác nhau Một số loại vi khuẩn dạng sợi như Beggiatoa và Thiothrix phát triển tốt ở môi trường có hydrosunfit và ít chất nền nói cách khác các vi khuẩn này sống tốt ở nước thải bị lên men Khi trong nước thải có nhiều chất béo bay hơi và có các gốc sunfua, Thiothrix phát triển mạnh Ngoài gây ra hiện tượng bùn khối khó lắng trong quá trình bùn hoạt tính,... với nhau không chặt ii/ Nước thải lên men 23 CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN Nước thải bị lên men biểu hiện ở mùi trứng thối (do khí H2S sinh ra) và thường có màu đen (do kết tủa sunfua sắt) Thành phần của nước thải lên men chứa nhiều gốc sunfua và các axit hữu cơ như: axit acetic, axit butyric….Đây là môi trường sống thuận lợi của vi khuẩn dạng sợi Khí hậu nóng ẩm cũng dễ làm nước thải dễ lên men Nồng độ sunfua... hành Ngoài ra, chúng còn làm thay đổi sức căng bề mặt của nước Vì vậy đôi khi cũng sinh ra bọt váng (foam) Một vài chất hoạt động bề mặt còn hiện diện như là độc tố 2.2.6 Sự lên men của nước thải Nước thải lên men là do sự hiện diện của quá nhiều acid và rượu đơn giản, hoà tan Đây sẽ là môi trường sống rất thuận lợi cho các vi khuẩn dạng sợi Nồng độ sunfit 15 CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN khoảng 3mg/l hay nhiều . niên qua tình trạng ô nhiễm môi trường ngày càng trở nên nghiêm trọng, đó là sự phát thải bừa bãi các chất ô nhiễm vào môi trường mà không được xử lý,. tái tạo lại môi trường thành phố. Tuy nhiên, để ngăn chặn sự ô nhiễm trước tiên phải xử lý các nguồn gây ô nhiễm thải vào môi trường, có nghĩa