tìm hiểu và đánh giá hiệu quả của một số giá thể trong xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học bám dính

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP. HCM KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: TÌM HIỂU VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ CỦA MỘT SỐ GIÁ THỂ TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC BÁM DÍNH Ngành : MÔI TRƯỜNG VÀ CÔNG NGHỆ SINH HỌC Chuyên ngành: MÔI TRƯỜNG Sinh viên thực hiện: NGUYỄN XUÂN NGHỊ MSSV:0811110056 Lớp: 08CSH2 TP.Hồ Chí Minh,2011 Bài Khóa Luận Tốt Nghiệp Khoa: MT & CNSH SVTH:NGUYỄ XUÂN NGHỊ 1 MSSV:0811110056 MỤC LỤC Danh mục viết tắt iv Danh mục hình v Danh mục bảng vi CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU 1.1. Đặt vấn đề 1 1.2. Mục tiêu – Đối tượng nghiên cứu đề tài 1 1.3. Nội dung nghiên cứu 2 1.4. Phạm vi nghiên cứu 2 1.5. Phương pháp nghiên cứu 2 CHƯƠNG 2:TỔNG QUAN CÁC PHƯƠNG PHÁP SINH HOC TRONG XỬ LÝ NƯ ỚC THẢI 2.1. Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học sinh trưởng lơ lửng 3 2.1.1. Sinh trưởng lơ lửng - Bùn hoạt tính 3 2.1.2. Các công trình hiếu khí nhân tạo xử lý nước thải dựa trên cơ sở sinh trưởng lơ lửng của vi sinh vật 8 2.1.2.1 Bể phản ứng sinh học hiếu khí – Aeroten 8 a. Đặc điểm và nguyên lý làm việc của aeroten 8 b. Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng làm sạch nước thải của aeroten 9 c. Phân loại aeroten: Có nhiều cách phân loại aeroten 9 2.2. Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học sinh trưởng dinh bám 12 2.2.1 Sinh trưởng dính bám (cố định hay gắn kết) – Màng sinh học 12 2.2.2 Các công trình hiếu khí nhân tạo dựa trên cơ sở sinh trưởng dính bám của vi sinh vật 14 Bài Khóa Luận Tốt Nghiệp Khoa: MT & CNSH SVTH:NGUYỄ XUÂN NGHỊ 2 MSSV:0811110056 2.2.2.1. Lọc sinh học (Biofilter) 14 2.2.2.2. Lọc sinh học có lớp vật liệu không ngập trong nước (Lọc trong nước) 14 2.2.2.3. Lọc sinh học với lớp vật liệu ngập trong nước 18 2.2.2.4. Lọc sinh học với lớp vật liệu là các hạt cố định 19 2.2.2.4.1. Biofor 20 2.2.2.4.2. Biodrof 20 2.2.2.4.3. Oxiazur 21 2.2.2.4.4. Nitrazur 21 2.2.2.5. Đĩa quay sinh học RBC 21 2.3. Các vi sinh vật tham gia vào quá trình xử lý nước thải 22 2.3.1. Vi khuẩn (Bacteria) 23 2.3.2. Virus và thực khuẩn thể 28 2.3.3. Vi nấm(Fungi) 29 2.3.4. Nấm men 30 2.3.5. Nấm móc 31 2.3.6. Tảo (Algae) 32 2.3.7. Nguyên sinh động vật (Protozoa) 33 2.4. Lịch sử nghiên cứu và ứng dụng phương pháp sinh trưởng dính bám trong xử lý nước thải 34 2.4.1. Xử lý nước thải bằng phương pháp hiếu khí với sinh trưởng dính bám 34 2.4.2. Xử lý nước thải bằng phương pháp kị khí với sinh trưởng dính bám 36 2.4.3. Vật liệu làm giá thể 38 Bài Khóa Luận Tốt Nghiệp Khoa: MT & CNSH SVTH:NGUYỄ XUÂN NGHỊ 3 MSSV:0811110056 CHƯƠNG 3: ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ CỦA MÔT SỐ GIÁ THỂ TRONG XỬ LÝ SINH HỌC DÍNH BÁM 3.1. Giá thể sơ dừa 42 3.1.1 Đánh giá hiệu quả xử lý của giá thể sơ dừa trên nước thải sinh hoạt 42 a. Nước thải sinh hoạt có đầu vào 42 b. Hiệu quả xử lý COD,SS 43 3.1.2 Đánh giá hiệu quả xử lý của giá thể sơ dừa trên nước thải chế biến kẹo dừa 44 a. Nước thải chế biến kẹo dừa có đầu vào 44 b. Hiệu quả xử lý COD 45 3.2. Giá thể cước nhựa 50 3.1.1 Đánh giá hiệu quả xử lý của giá thể sơ dừa trên nước thải sinh hoạt 50 a. Nước thải sinh hoạt có đầu vào 50 b. Hiệu quả xử lý COD,SS 51 3.3. Giá thể mùn cưa 53 3.3.1. Đánh giá hiệu quả xử lý của giá thể mùn cưa trên nước thải ngành thủy hải sản 53 a. Nước thải ngành thủy hải sản có đầu vào 53 b. Hiệu quả xử lý COD,SS 53 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Bài Khóa Luận Tốt Nghiệp Khoa: MT & CNSH SVTH:NGUYỄ XUÂN NGHỊ 4 MSSV:0811110056 DANH MỤC VIẾT TẮT SVI : Sludge Volume Index MLSS: Mix Liquoz Suspendids Solids KCN : Khu công nghiệp CHLB: Cộng hòa liên bang ADN : Axit dezoxyribonucleic ARN :Axit ribonucleic BOD : Nhu cầu oxi sinh hóa – Biochemical oxigen Demand COD : Nhu cầu oxi hóa học – Chemical oxigen Demand SS : Suspendids Solids RBC : Rotating biological contactors Bài Khóa Luận Tốt Nghiệp Khoa: MT & CNSH SVTH:NGUYỄ XUÂN NGHỊ 5 MSSV:0811110056 DANH MỤC HÌNH Hình 2.1: Sơ đồ hệ thống bùn hoạt tính đơn giản 4 Hình 2.2: Sơ đồ hệ thống bùn hoạt tính thông thường 4 Hình 2.3: Sơ đồ làm việc của bể aeroten truyền thống 10 Hình 2.4: Sơ đồ làm việc của bể aeroten nạp theo bậc 11 Hình 3.1: Hiệu quả phân hủy COD theo thời gian(giá thể sơ dừa) 43 Hình 3.2: Hiệu quả phân hủy SS theo thời gian(giá thể sơ dừa) 44 Hình 3.3: Hiệu quả phân hủy COD theo thời gian(giá thể sơ dừa) 45 Hình 3.4: Diễn biến pH theo thời gian(giá thể sơ dừa) 45 Hình 3.5: Hiệu suất xử lý nồng độ COD ban đầu(giá thể sơ dừa) 46 Hình 3.6: Diễn biến pH theo thời gian(giá thể sơ dừa) 47 Hình 3.7: Hiệu suất phân hủy COD theo thời gian(giá thể sơ dừa) 48 Hình 3.8: Hiệu suất xử lý nồng độ COD ban đầu(gia thể sơ dừa) 48 Hình 3.9: Hiệu quả xử lý COD ở các tải trọng khác nhau(giá thể sơ dừa) 49 Hình 3.10: Hiệu quả xử lý pH ở các tải trong khác nhau(giá thể sơ dừa) 50 Hình 3.11: Hiệu quả phân hủy COD theo thời gian(giá thể cước nhựa) 52 Hình 3.12: Hiệu quả phân hủy SS theo thời gian(giá thể cước nhựa) 53 Hình 3.13: Biến thiên SS trong bể phản ứng ở giai đoạn xử lý(giá thể mùn cưa) 54 Hình 3.14: Biến thiên hiệu quả xử lý SS trong bể phản ứng ở giai đoạn x ử lý(giá thể mùn cưa) 54 Hình 3.15: Biến thiên COD trong bể phản ứng ở giai đoạn xử lý 55 Hình 3.16: Biến thiên hiệu quả xử lý COD trong bể phản ứng ở giai đoan xử lý 55 Bài Khóa Luận Tốt Nghiệp Khoa: MT & CNSH SVTH:NGUYỄ XUÂN NGHỊ 6 MSSV:0811110056 DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1: Một số giống chính trong quần thể vi khuẩn có trong bùn hoạt tính 5 Bảng 2.2 : Tính chất vật lý của một số vật liệu dùng ở cho lọc nhỏ giọt 15 Bảng 2.3: Phân biệt tải trọng trong các bể lọc sinh học nhỏ giọt 17 Bảng 3.1: Các thông số hoạt động của mô hình ứng với từng tải trọng 42 Bảng 3.2: Kết quả nghiên cứu trên mô hình tĩnh 47 Bảng 3.3: Kết quả nghiên cứu trên mô hình tĩnh 49 Bảng 3.4: Các thông số mô hình ứng với từng tải trọng 51 Bảng 3.5: Tổng hợp kết quả xử lý đạt hiệu quả tốt nhất của các giá thể 62 Bài Khóa Luận Tốt Nghiệp Khoa: MT & CNSH SVTH:NGUYỄ XUÂN NGHỊ 7 MSSV:0811110056 CHƯƠNG I : MỞ ĐẦU 1.1. Đặt vấn đề: • Trong môi trường sống nói chung, vấn đề bảo vệ và cung cấp nước sạch cho sự sống của muôn loài sinh vật là vô cùng quan trọng. Đồng thời với việc bảo vệ và cung cấp nguồn nước sạch, việc thải và xử lý nước bị ô nhiễm trước khi đổ vào nguồn là một vấn đề bức xúc đối với toàn thể loài người. Trong quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước, chúng ta cũng không ngoài hoàn cảnh chung này. • Các công nghệ xử lý nước thải đã và đang đư ợc phát triển hằng ngày. Nhiều kĩ thuật xử lý tỏ ra khá hiệu quả và góp phần trong công tác xử lý ô nhiễm nước cũng như bảo vệ và cải thiện chất lượng nguồn nước của nhân loại trước mối nguy hiểm từ ô nhiễm. Có rất nhiều công nghệ xử lý nước thải như công nghệ vật lý, hóa học, công nghệ sinh học và công nghệ tích hợp lý – hóa – sinh giúp tăng cường hiệu quả xử lý và tiết kiệm, đồng thời cung cấp nhiều sự lựa chọn trong các giải pháp cho các nhà môi trường trước các hình thức ô nhiễm nước khác nhau. • Hiện nay, xử lý nước thải theo kĩ thu ật dùng các giá thể sinh học theo phương pháp sinh trưởng dính bám khá phổ biến và tỏ ra có hiêụ quả với một số loại nước thải nhất là nước thải đô thị hay nước thải sinh hoạt. Các loại giá thể được dùng rất đa dạng tùy theo tính chất và mức độ ô nhiễm của chất thải. Mỗi loại giá thể sẽ khác nhau về cấu trúc không gian, diện tích bề mặt tiếp xúc, khối lượng, vật liệu… và vì thế, tính năng cũng như giá thành đều khác. Việc tìm ra giá thể mới, rẽ tiền, dễ sản xuất hiệu quả xử lý cao là vấn đề khoa học nghiêm túc. • Đề tài “Tìm hiểu và đánh giá hiệu quả của một số giá thể trong xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học dính bám” được hình thành dựa trên các cơ sở khoa học chuyên môn về xử lý nước thải. Việc làm này nhằm tìm hiểu và khẳng định khả năng xử lý nước thải của các giá thể sinh học dùng để xử lý nước thải. 1.2. Mục tiêu – Đối tượng nghiên cứu của đề tài: a) Mục tiêu: Tìm hiểu và đánh giá hiệu quả của một số giá thể trong xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học dính bám. Bài Khóa Luận Tốt Nghiệp Khoa: MT & CNSH SVTH:NGUYỄ XUÂN NGHỊ 8 MSSV:0811110056 b) Đối tượng: 1.3. Nội dung nghiên cứu: Các giá thể sinh học dùng để xử lý nước thải. • Tổng quan các phương pháp sinh học trong xử lý nước thải bằng phương pháp lơ lửng và dính bám. • Giới thiệu và đánh giá hiệu quả của một số giá thể trong xử lý sinh học dính bám. 1.4. Phạm vi nghiên cứu: • Nghiên cứu dựa trên cơ sở lý thuyết. • Dùng một số thí nghiệm để đánh giá khả năng xử lý nước thải của một số giá thể sinh học. 1.5. Phương pháp nghiên cứu: • Thu thập tài liệu trong và ngoài nước có liên quan đến nội dung nghiên cứu. • Tổng hợp phân tích, so sánh và đánh giá lựa chọn hướng nghiên cứu phù hợp. Bài Khóa Luận Tốt Nghiệp Khoa: MT & CNSH SVTH:NGUYỄ XUÂN NGHỊ 9 MSSV:0811110056 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN CÁC PHƯƠNG PHÁP SINH HOC TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI 2.1. Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học sinh trưởng lơ lửng: 2.1.1. Sinh trưởng lơ lửng - Bùn hoạt tính: • Trong nước thải, sau một thời gian làm quen, các tế bào vi khuẩn bắt đầu tăng trưởng, sinh sản và phát triển. Nước thải bao giờ cũng có các hạt chất rắn lơ lửng khó lắng. Các tế bào vi khuẩn sẽ dính vào các hạt lơ lửng này và phát triển thành các hạt bông cặn có hoạt tính phân hủy các chất hữu cơ nhiễm bẩn nước thể hiện bằng BOD. Các hạt bông này nếu được thổi khí và khuấy đảo sẽ lơ lửng trong nước và dần được lớn dần lên do hấp thụ nhiều hạt chất rắn lơ lửng nhỏ, tế bào vi sinh vật, nguyên sinh động vật và các chất độc. Những hạt bông này khi ngừng thổi khí hoặc các chất hữu cơ làm cơ chất dính dưỡng cho vi sinh vật trong nước cạn kiêt chúng sẽ lắng xuống đáy bể hoặc hồ thành bùn. Bùn này gọi là bùn hoạt tính. • Bùn hoạt tính là tập hợp các vi sinh vât khác nhau, chủ yếu là vi khuẩn, kết lại thành dạng hạt bông với trung tâm là các chất rắn lơ lửng ở trong nước. Các bông này có màu vàng nâu dễ lắng có kích thước từ 3 đến 150 m. Những bông này gồm các vi sinh vật ( khoảng 30 – 40% thành phần cấu tạo bông, nếu hiếu khí bằng thổi khí và khuấy đảo đầy đủ trong thời gian ngắn thì con số này khoảng 30%, thời gian dài khoảng 35% và kéo dài tới vài ngày có thể tới 40%). Những vi sinh vật sống ở đây chủ yếu là vi khuẩn, ngoài ra còn có nấm men, nấm mốc, xạ khuẩn, động vật nguyên sinh, dòi, giun… • Bùn hoạt tính lắng xuống là “bùn già”, hoạt tính giảm. Nếu được hoạt hóa (trong môi trường thích hợp có sục khí đầy đủ) sẽ sinh trưởng trở lại và hoạt tính được phục hồi. • Số lượng vi khuẩn trong bùn hoạt tính dao động trong khoảng 10 8 đến 10 12 trên 1 mg chất khô. Phần lớn chúng là Pseudomomonas, Achomobacter, Alcaligenes, Bacillus, Micrococus, Flavobac terium. [...]... khí khử lưu huỳnh và khử nitrat Desulfovibrio Như vậy, hệ sinh vật trong màng sinh học của phin lọc là các cá thể tùy tiện • Màng sinh học này được dùng trong các phin lọc sinh học hiếu khí và đ quay ĩa sinh học • Phần dưới cùng của màng là lớp quần thể vi sinh vật với sự có mặt của động vật ngun sinh và một số vi sinh vật khác Các loại này ăn vi sinh vật và sử dụng một phần màng sinh học để làm thức... lọc tốt là vào khoảng 11000 m3/0.4 ha.ngày • Hiệu quả của phin lọc chậm có thể giữ được tới 99% vi khuẩn có trong nước Các cơng trình hiếu khí nhân tạo dựa trên cơ sở sinh trưởng dính bám của vi 2.2.2 sinh vật: 2.2.2.1 • Lọc sinh học (Biofilter): Về ngun lý của phương pháp lọc sinh học là dựa trên q trình hoạt động của vi sinh vật ở màng sinh học, oxi hóa các chất bẩn hữu cơ có trong nước • Trong q trình... trường có sự thay đổi của oxi hòa tan của vi khuẩn hoại sinh là rất quan trong trong quy trình phân hủy chất hữu cơ của nước thải trong các công trình xử lý - Nhiệt độ của nước thải có ảnh hưởng rất lớn đến quá trình hoạt động và sinh sản của vi khuẩn, phần lướn vi khuẩn hoại sinh hoạt động có hiệu quả cao và phát triển mạnh mẽ ở nhiệt độ từ 20-400C Một số loài vi khuẩn trong xử lý cặn phát triển mạnh... tham gia vào q trình xử lý nước thải: - Ở loại nước thải thường có những vi sinh vật đặc trưng riêng, phụ thuộc chủ yếu vào thành phần vật chất có trong nước thải Phần lớn vi sinh đóng vai tr r ất quan ò trọng trong q trình chuyển hóa, chúng có tác dụng làm giảm chất hữu cơ trong nước thải, đồng thời giúp ổn định nồng độ chất hữu cơ trong các dòng ch ảy Trong nước thải số lượng và chủng loại vi sinh vật... CNSH Dịch nước thải (phần dịch trong) để ngun có cân bằng dinh dưỡng bằng cách bổ sung nguồn N và P  Dịch nước thải pha lỗng với nước có thêm các ngun tố khống theo tỉ lệ 1 : 1, 1 : 2 hoặc 1 : 3 và cân bằng dinh dưỡng (N và P) Ứng dụng kỹ thuật bùn hoạt tính trong xử lý hiếu khí nước thải cần chú ý các điểm sau: • Cân bằng dinh dưỡng cho mơi trường lỏng (nước thải trong các cơng trình xử lý, đặc biệt... có trong nước Nước thải sau khi xử lý sơ bộ còn chứa phần lớn các chất hữu cơ ở dạng hòa tan cùng các chất lơ lửng đi vào aeroten Các chất lơ lửng này là một số chất rắn và có thể là các chất hữu cơ chưa phải là dạng hòa tan Các chất lơ lửng làm nơi vi sinh bám vào để cơ trú, sinh sản và phát triển, dần thành các hạt cặn bơng Các hạt này dần dần to và lơ lửng trong nước Chính vì vậy, xử lý nước thải. .. với nước chảy từ trên xuống, sau đó nước thải đã được làm sạch được thu gom xả vào lắng 2 Nước vào lắng 2 có thể kéo theo những mãnh vỡ của màng sinh học bị tróc ra khi lọc làm việc • Lọc sinh học đang được dùng hiện nay chia làm 2 loại:  Lọc sinh học có vật liệu tiếp xúc khơng ngập trong nước  Lọc sinh học có vật liệu tiếp xúc đặt ngập trong nước 2.2.2.2 Lọc sinh học có lớp vật liệu khơng ngập trong. .. vi khuẩn dính bám • Ít bi vỡ vụn và chịu đựng được axit - Các vật liệu có hai nhiệm vụ: • Làm giá thể mang màng sinh học (các vi sinh vật) • Tác dụng lọc - Các lọc sinh học có lớp vật liệu hạt Biolite rất thích hợp cho việc xử lí nước sạch sinh hoạt, nước thải đơ thị, nước thải cơng nghiệp Các loại nước thải này cần phải xử lí sơ bộ, đặc biệt là qua lắng 1, trước khi cho vào lọc - Lọc sinh học với lớp... đây là một bậc Nạp theo bậc có tác dụng làm cân bằng tải trọng BOD theo thể SVTH:NGUYỄ XN NGHỊ 17 MSSV:0811110056 Bài Khóa Luận Tốt Nghiệp Khoa: MT & CNSH tích bể, làm giảm sự thiếu hụt oxi ở đầu bể và lượng oxi được trải đều theo dọc bể làm cho hiệu suất sử dụng oxi tăng lên, hiệu suất xử lý sẽ cao hơn 2.2 Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học sinh trưởng dính bám: 2.2.1 Sinh trưởng dính bám (cố... định hay gắn kết) – Màng sinh học: • Trong dòng nước thải có những vật rắn làm giá đỡ (giá mang), các vi sinh vật (chủ yếu là vi khuẩn) sẽ dính bám trên bề mặt Trong số các vi sinh vật có những lồi sinh ra các polysacarit có tính chất như các chất dẻo (gọi là polymer sinh học) , tạo thành màng (màng sinh học) Màng này cứ dày dần thêm và thực chất đây là sinh khối vi sinh vật dính bám hay là cố định trên . Các giá thể sinh học dùng để xử lý nước thải. • Tổng quan các phương pháp sinh học trong xử lý nước thải bằng phương pháp lơ lửng và dính bám. • Giới thiệu và đánh giá hiệu quả của một số giá. 3: ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ CỦA MÔT SỐ GIÁ THỂ TRONG XỬ LÝ SINH HỌC DÍNH BÁM 3.1. Giá thể sơ dừa 42 3.1.1 Đánh giá hiệu quả xử lý của giá thể sơ dừa trên nước thải sinh hoạt 42 a. Nước thải sinh. tiền, dễ sản xuất hiệu quả xử lý cao là vấn đề khoa học nghiêm túc. • Đề tài Tìm hiểu và đánh giá hiệu quả của một số giá thể trong xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học dính bám được hình