Báo cáo thực tập mô hình xử lý nước thải

Nước thải có nhiều chất rắn  Nguyên nhân:  Thời gian cư trú của vi khuẩn trong bể quá lâu  Qúa trình khử nito diễn ra ở bể lắng:Do sự phát triển của các vi sinh vật hình sợi trong đi

MỤC LỤC

BÀI 1: XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG MÔ HÌNH AEROTANK 1

1.1 PHẦN LÝ THUYẾT 1

1.1.1 Công nghệ xử lý hiếu khí: 1

1.1.2 Bể Aerotank: 2

1.1.2.1 Các thông số cần kiểm soát trong quá trình vận hành bể Aerotank 5

1.1.2.2 Các sự cố thường gặp trong kiểm soát bùn của bể Aerotank 6

1.1.2.3 Các nghiên cứu và ứng dụng của bể Aerotank và kết quả đạt được 8

1.2 KẾT QUẢ TÍNH TOÁN 9

1.2.1 Hiệu quả loại bỏ COD: 9

1.2.2 Sự biến đổi của các hợp chất Nitơ theo thời gian: 11

1.2.2.1 Nitrate: 11

1.2.2.2 Nitrite: 12

1.2.2.3 Amoni 14

1.2.3 Hiệu quả xử lý photpho tổng theo thời gian 15

1.3 KẾT LUẬN 17

BÀI 2: XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG MÔ HÌNH LỌC HIẾU KHÍ GIÁ THỂ XƠ DỪA 18

2.1 PHẦN LÝ THUYẾT: 18

2.1.1 Tổng quan về công nghệ xử lý hiếu khí bám dính: 18

2.1.1.1 Định nghĩa: 18

2.1.1.2 Phân loại: 18

2.1.2 Cấu tạo và hoạt động của màng vi sinh vật: 19

2.1.2.1 Cấu tạo màng vi sinh vật: 19

2.1.2.2 Hoạt động của lớp màng: 21

2.1.3 Ưu – khuyết điểm của công nghệ lọc hiếu khí: 21

2.1.4 Cơ chế xử lý các chất: 22

2.1.4.1 Cơ chế xử lý Nitro của mô hình: 22

2.1.4.2 Cơ chế xử lý phosphor của mô hình: 23

2.1.4.3 Cơ chế xử lý chất hữu cơ của mô hình: 24

2.1.5 Các nghiên cứu, ứng dụng công nghệ hiếu khí bám dính và những kết quả đạt được: 24 2.2 KẾT QUẢ TÍNH TOÁN: 27

2.2.1 Hiệu quả loại bỏ COD: 27

2.2.2 Hiệu quả xử lý phosphor tổng theo thời gian: 29

2.2.3 Hiệu quả loại bỏ Nitrate: 32

2.2.4 Hiệu quả xử lý Nitrit: 33

2.2.5 Hiệu quả xử lí Amonia (N-NH4+) 35

2.3 KẾT LUẬN 36

BÀI 3: XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG MÔ HÌNH MBR (MEMBRANE BIOREACTOR) HIẾU KHÍ ĐẶT NGẬP 37

3.1 PHẦN LÝ THUYẾT: 37

3.1.1 Nguyên tắc hoạt động của bể MBR: 37

3.1.2 Ưu nhược điểm của bể MBR: 38

3.1.3 So sánh giữa các mô hình MBR 38

3.1.4 Vấn đề nghẹt màng: các yếu tố ảnh hưởng và các biện pháp giảm thiểu 40

3.1.5 Các nghiên cứu, ứng dụng của MBR và các kết quả đạt được 42

3.2 KẾT QUẢ TÍNH TOÁN 44

3.2.1 Khả năng xử lý COD 44

3.2.2 Hiệu quả xử lý Phosphore 46

3.2.3 MLSS 47

3.2.4 Sự biến đổi các hợp chất Nito theo thời gian 48

3.2.4.1 Nitrite (N-NO2-) 48

3.2.4.2 Nitrate (N-NO3-) 49

3.2.4.3 Amonia (N-NH4+) 50

3.3 KẾT LUẬN 52

BÀI 4: XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG MÔ HÌNH UASB 53

4.1 PHẦN LÝ THUYẾT 53

4.1.1 Tổng quan về quá trình xử lý kỵ khí và bể UASB 53

Quá trình xử lý kỵ khí 53

4.1.1.2 Bể UASB 55

4.1.2 Cấu tạo bể UASB 57

4.1.2.1 Nguyên tắc hoạt động của bể UASB 57

4.1.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình xử lý của UASB 57

4.1.2.3 Các yếu tố cần kiểm soát trong vận hành bể UASB 61

4.1.3 Các nghiên cứu và ứng dụng bể UASB trong xử lý nước thải và các kết quả đạt được 62

4.2 KẾT QUẢ 64

4.2.1 pH 64

4.2.2 Độ kiềm 65

4.2.3 Amoni 66

4.2.4 Phostpho 67

4.2.5 COD 68

4.3 KẾT LUẬN 71

BÀI 5: XỬ LÝ NƯỚC THẢI PHẨM MÀU BẰNG QUÁ TRÌNH OXY HÓA NÂNG CAO FENTON 72

5.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 72

5.1.1 Sơ lược về nước thải phẩm màu 72

5.1.2 Các phương pháp xử lý nước thải phẩm màu 73

5.1.2.1 Phương pháp tách chất rắn lơ lửng 73

5.1.2.2 Phương pháp oxy hóa bậc cao bằng hệ oxy hóa Fenton 74

5.2 MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM 77

5.3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 78

5.3.1 Xây dựng đường chuẩn 78

5.3.2 Khảo sát lượng H2O2 tối ưu 79

5.3.3 Khảo sát lượng Fe2+ tối ưu 80

5.3.4 Khảo sát pH tối ưu 82

5.3.5 Khảo sát thời gian xử lý tối ưu 83

5.3.6 Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ đầu vào 84

5.3.7 Khảo sát ảnh hưởng của các anion vô cơ 85

5.3.7.1 Ảnh hưởng của ion clorua 85

5.3.7.2 Ảnh hưởng của ion bicarbonat 86

5.4 KẾT LUẬN 87

MEN

MEN

MEN

MEN MEN

BÀI 1: XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG MÔ HÌNH AEROTANK

Cơ chế gồm 3 giai đoạn:

 Giai đoạn 1: Bị oxy hóa toàn bộ chất hữu cơ có trong nước thải để tạo ra năng lượng:

 Các đặc điểm chung của xử lý hiếu khí:

 Tổng hợp tế bào vi khuẩn mới (vi khuẩn dị dưỡng) →đồng hóa

 Cần phải cung cấp oxy bằng tự nhiên hoặc thiết bị sục khí

 Nhu cầu dinh dưỡng C:N:P = 100:5:1

 Hiệu suất tạo sinh khối cao Y = 0,4 ~ 0,6 mgVSS/mgBOD5

 Hiệu suất xử lý BOD cao, có thể đến 95%

Các hệ thống xử lý hiếu khí:

 Thể lơ lửng: bùn hoạt tính

 Thể bám dính: lọc sinh học nho giọt

 Ưu điểm – nhược điểm:

Ưu điểm Nhược điểm Giảm mùi hôi, giảm lượng khí thải ammonia,

giảm các khí gây hiệu ứng nhà kính

Xử lí đầy đủ hơn, hiệu quả xử lí cao hơn và

triệt để hơn so với xử lí kị khí

Không gây ô nhiễm thứ cấp như phương

Cấu trúc bể Earotank phải thỏa mãn 3 điều kiện:

 Giữ được liều lượng bùn cao trong Aerotank

 Cho phép vi sinh phát triển liên tục ở giai đoạn “bùn trẻ”

 Bảo đảm lượng oxy cần thiết cho vi sinh ở mọi điểm của aerotank

 Phân loại bể Aerotank:

 Theo nguyên lý làm việc

 Bể Aerotank thông thường: công suất lớn

 Bể Aerotank xử lý sinh hoá không hoàn toàn: BOD20 ra ≈ 60-80 mg/l

 Bể Aerotank xử lý sinh hoá hoàn toàn: BOD20 ra ≈ 15-20

 Bể Aerotank sức chứa cao: BOD20 > 500 mg/l

 Theo sơ đồ công nghệ

 Các quá trình sinh hóa sảy ra trong bể Earotank:

 Quá trình tăng sinh khối

 Quá trình chuyển hóa cơ chất

 Quá trình khử Nitơ và nitrat hóa

 Giun tròn

 Một số động vật không xương sống khác

 Yếu Tố Ảnh Hưởng Đến Khả Năng Làm Sạch Nước Thải Aerotank:

 Lượng oxy hòa tan trong nước

 Thành phần dinh dưỡng đối với vi sinh vật

 Lượng chất ô nhiễm hữu cơ trong nước thải

 Các chất độc tính có trong nước thải

 pH của nước thải

 Nhiệt độ

 Lượng chất lơ lửng

So sánh ưu điểm và nhược điểm của Aeratank so với MBR

Ưu điểm - Dể xây dựng và vận hành

- Giảm 80 – 95% BOD và cặn lơ lửng trong nước thải

- Có khả năng lắng nhanh do hạt bùn lớn

- Cơ cấu đơn giản

- Có khả năng xử lý nhiều loại nước thải khác nhau

- Tốn ít diện tích

- Hiệu quả xử chất thải lý cao

- Dễ xử dụng

Nhược điểm - Tốn diện tích

- Nước thường có mùi hôi

- Các hạt bùn dễ bị phá vỡ khi thaya đỗi môi trường

- Hiệu quả sử lý không cao

- Đòi hỏi người sử dụng có kỉ thuật cao

- Nồng độ chất thải thấp, phải kiểm soát nồng độ đầu vào thường xuyên

- Thiết bị bảo trì còn gặp nhiều khó khăn

1.1.2.1 Các thông số cần kiểm soát trong quá trình vận hành bể Aerotank

 Lưu lượng:

Quyết định khả năng chịu tải của hệ thống, tải lượng bề mặt của hệ thống Tải lượng hữu cơ và tải lượng bề mặt quá cao hay quá thấp đều ảnh hưởng đến quá trình lắng sinh khối

Tải lượng bề mặt thích hợp: 0,3 – 1 m3/m2/h Cần bảo đảm lưu lượng ổn định trước khi vào công trình sinh học

 Nồng độ và tốc độ tuần hoàn bùn hoạt tính:

Người vận hành phải duy trì sự tuần hoàn bùn hoạt tính tiếp diễn trong hệ thống nếu tốc độ này quá thấp, bể hiếu khí có thể bị quá tải thủy lực, làm giảm thời gian thông khí Nồng độ tuần hoàn cũng rất quan trọng bởi vì nó có thể dùng ñể xác ñịnh tốc ñộ tuần hoàn cần thiết ñể giữ MLSS cần thiết

 Tỷ lệ F/M:

Thích hợp khoảng 0,2 – 0,6 Hạn chế tình trạng pH giảm, bùn nổi, lắng kém

- Ổn định tỷ lệ F/M trong suốt quá trình vận hành

Kiểm tra thường xuyên BOD và COD tránh hiện tượng thiếu tải hay quá tải, BOD/COD

> 5 thích hợp cho phân hủy sinh học

 Chất dinh dưỡng N, P:

Đảm bảo tỷ lệ BOD:N:P = 100:5:1, nếu thiếu, phải bổ sung nguồn từ bên ngoài

 Các chất độc:

Kim loại nặng, dầu mỡ, hàm lượng Cl, sulfate, N-NH3 cao,…

 Nhiệt độ nước thải:

Nhiệt độ ảnh hưởng trực tiếp đến hoạt động của vi sinh vật

1.1.2.2 Các sự cố thường gặp trong kiểm soát bùn của bể Aerotank

1.1.2.2.1 Hiệu suất loại BOD hòa tan thấp

 Nguyên nhân:

 Thời gian cư trú của vi sinh vật trong bể quá ngắn

 Thiếu N và P:

+ pH quá cao hoặc quá thấp

+ Nước thải đầu vào có chứa độc tố

+ Sục khí chưa đủ

+ Khuấy đảo chưa đủ hoặc do hiện tượng ngắn mạch

 Khắc phục:

 Giảm lượng bùn thải bằng cách xây thêm bể điều lưu

 Cung cấp thêm dưỡng chất cho nước thải đầu vào

 Xây thêm bể điều lưu để trung hòa nước thải đầu vào, loại bỏ các độc chất trong nước thải

 Tăng công suất thiết bị sục khí bằng cách phân bố lại các ống phân phối nước, gắn thêm các đập phân phối nước

1.1.2.2.2 Nước thải có nhiều chất rắn

 Nguyên nhân:

 Thời gian cư trú của vi khuẩn trong bể quá lâu

 Qúa trình khử nito diễn ra ở bể lắng:Do sự phát triển của các vi sinh vật hình sợi (trong điều kiện thời gian cư trú của vi khuẩn ngắn, thiếu N và P, sục khí chưa đủ).Tỉ lệ hoàn lưu bùn quá thấp

 Khắc phục:

 Tăng lượng bùn thải

 Giảm thời gian giữ bùn trong bể lắng bằng cách tăng tỉ lệ bùn hoàn lưu bằng cachs: gắn thêm gàu múc bùn, và Tăng lượng bùn thải

 Tăng công suất thiết bị sục khí bằng cách phân bố lại các ống phân phối nước

 Giảm thời gian giữ bùn trong bể lắng bằng cách tăng tỉ lệ bùn hoàn lưu bằng cachs: gắn thêm gàu múc bùn, và Tăng lượng bùn thải

 Hiện tượng: bông bùn hình cầu nhỏ, đường kính 50 - 100µm  lắng kém

 Nguyên nhân: thiếu thức ăn, không có vi sinh vật dạng sợi

 Khắc phục: tăng cường chất dinh dưỡng

 Đảm bảo DO tối thiểu 2 mg/L (DO giảm khi nhiệt độ tăng)

 Tăng cường dinh dưỡng đảm bảo hàm lượng Nvô cơ > 1mg/L, PO4

3->0.2 mg/L

 Diệt vi sinh vật dạng sợi: dùng Cl, H2O2

 Dùng polymer hữ cơ tổng hợp, vôi, muối Fe để tăng tính lắng của bùn

 Hiện tượng: có bọt, tạo váng trên bề mặt bể, gây mùi hôi, tăng SS, BOD đầu ra

 Nguyên nhân: sự phát triển của Nocardia và Microthrix parvicella

1.1.2.3 Các nghiên cứu và ứng dụng của bể Aerotank và kết quả đạt được

Xử lý nước thải tinh bột mì bằng công nghệ Hybrid (lọc sinh học – Aerotank):

Phương án xử lý sinh học, áp dụng công nghệ hybrid (Lọc sinh học hiếu khí kết hợp Aerotank) có khả năng xử lý 98% COD; 95% N-NH ở tải trọng tối ưu 1 kg COD/m3.ngđ,

thời gian lưu nước 1 ngày Hàm lượng vi sinh vật trong hệ thống có thể đạt đến 10.000

mg/L Nước sau xử lý đạt TCVN 5945-2005 loại B (Tạp chí phát triển KH&CN, TẬP 12,

số 02 – 2009)

BIOFAST là hệ thống xử lý nước thải theo công nghệ Mỹ có cấu hình module, công

nghệ xử lý gồm đầy đủ các công đoạn yếm khí, hiếu khí, oxy hóa, khử trùng, khử mùi Đây

là một trong những công nghệ Aerotank cải tiến Sau khi xử lý yếm khí, nước thải tiếp tục được bơm qua bể hiếu khí (Container SupAeroTM) Tại đây nước thải sẽ được khuếch tán khí O2 bởi hệ thống Super Aerobic, gọi là kỹ thuật “Siêu khuếch tán” Thiết bị SupAero tạo ra hiệu ứng Sinh học – Động lực (Bio-Kinetic effect) Nhờ hiệu ứng này, quá trình phản ứng vi sinh hiếu khí và hiệu quả oxy hóa sẽ tăng lên gấp 3 lần, so với các bể “aeroten” công nghệ cũ

1.2 KẾT QUẢ TÍNH TOÁN

1.2.1 Hiệu quả loại bỏ COD:

Công thức tính toán: =( – ) . .

ẫ

Trong đó: Vo: thể tích Fe(II) chuẩn mẫu trắng

V: thể tích Fe(II) chuẩn mẫu N: nồng độ Fe(II)

 Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến xử lí COD:

 Nồng độ: Nếu nồng độ quá cao sẽ dẫn đến sock tải, ngược lại quá thấp thì VSV thiếu thức ăn => đều cho hiệu quả xử ly kém (Vì thế cần có bể điều hòa để ổn định nồng

độ, lưu lượng trước khi xử lý sinh học)

 Tải trọng thủy lực và tải trọng chất hữu cơ:

 Tải trọng thủy lực: quá nhỏ hay quá lớn sẽ làm giảm hiệu suất xử lí

 Tải trọng chất hữu cơ cao sẽ làm giảm thời gian xử lí vì vi sinh vật được cung cấp đầy đủ chất dinh dưỡng Tuy nhiên nếu nhiều quá sẽ dàn đên ô nhiễm do

vi sinh vật không tiêu thụ kịp

 Tỉ lệ F/M: tỉ lệ này đóng vai trò rất quan trọng: Cần ổn định tỷ lệ F/M trong suốt quá trình vận hành

 Nếu F/M thấp: là do Vi khuẩn co cấu trúc đặc biệt – nấm

 Nếu F/M cao: DO thấp, quá tải, bùn đen, lắng kém, có mùi tanh, hiếu quả xử

lý thấp

 Thời gian lưu nước:

 Tốc độ nước thải quá cao (thời gian lưu ngắn) sẽ làm giảm MLSS, giảm mật

độ bùn, gia tăng SVI, giảm MCRT (thời gian lưu tế bào trung bình), tăng tỷ

Mẫu 4h COD tăng lên 600 mg/L và hiệu suất 47.83 có thể trong quá trình lấy mẫu bị lẫn bùn vào trong mẫu và khi đem đi li tâm không loại hết dẫn đến COD tăng trở lại

1.2.2 Sự biến đổi của các hợp chất Nitơ theo thời gian:

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5

Phương trình hồi qui: y = 0.604x – 0.1144

Hệ số tương quan: R 2 = 0.9406

 Bảng số liệu va kết quà:

Sau 1h Sau 2h Sau 3h Sau 4h

- Sau 2h tiếp theo bắt đầu diễn ra quá trình khử nitrate nên nồng độ nitrate giảm dần từ2.17 – 0.534 mg/L

Phương trình hồi quy tuyến tính: y = 3.0834x – 0.0311

Hệ số tương quan: R 2 = 0.9888

y = 3.0834x - 0.0311 R² = 0.9888

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7

 Bảng số liệu và kết quà:

Sau 1h Sau 2h Sau 3h Sau 4h

- Sau 2h tiếp theo nồng độ nitrite giảm từ 0.253 – 0.148, ở giai đoạn này chủ yếu diễn ra quá trình nitrate hóa, hầu hết lượng nitrite bị chuyển thành nitrate

- Sau 1h tiếp theo thì nồng độ nitrite có tăng từ 0.148 – 0.286, do ở gian đoạn này chủ yếu diễn ra quá trình khử nitrate, hầu hết lượng nitrate bị chuyển hóa thành các dạng nitơ khác như N2O hay N2, một phần nhỏ chuyển hóa thành giai đoạn trung gian đó là nitrite

V0 V1 V2 NHCl CN-NH4

(mg/L)

Hiệu suất

xử lí(%) Đầu vào 25 5.7

 Đồ thị:

 Phương trình hồi quy tuyến tính: y = 0.5095x + 0.0465

 Hệ số tương quan: R2 = 0.9741

 Kết quả phân tích:

Đầu vào Đầu ra

Sau 2h Sau 2h Sau 3h Sau 4h

Độ hấp thu A 0.1725 0.1499 0.1333 0.1192 0.0960 Nồng độ CP

(µg/mL)

0.2473 0.2029 0.1704 0.1427 0.0971

y = 0.5095x + 0.0465 R² = 0.9741

0 0.1

1.3 KẾT LUẬN

Bảng tóm tắt hiệu quả xử lý của mô hình Aerotank

 Sử dụng tay để lấy mẩu làm ảnh hưởng đến chất lượng nước đầu ra

 Do thường xuyên bị nghẹt bùn nên quá trình tuần hoàn bùn hay bị gián đoạn làm cho nồng độ bùn trong bể Aerotank không ổn định

Chỉ tiêu Amoni trong mô hình giảm từ 63.87 mg/l xuống còn 20.16 đạt hiệt suất cao 68%

Mô hình Aerotank không xử lý nitrate, nitrite do là quá trình sinh học hiếu khí nên chỉ xảy ra quá trình nitrate hóa, chuyển hóa ammoni thành nitrite sau đó thành nitrate:

 Ở chỉ tiêu nitrate nồng độ tăng lên từ 0.418 đến 0.534 mg/L là do xảy ra quá trình nitrate hóa nên nồng độ nitrate tăng lên cao

 Ở chỉ tiêu nitrite nồng độ tăng lên từ 0.117 đến 0.286 mg/L là do xảy ra quá trình nitrate hóa không hoàn toàn, một lượng nhỏ nitrite chưa bị chuyển hóa thành nitrate

 Đối với chỉ tiêu photpho nồng độ giảm từ0.2473 xuống 0.0971 mg/L đạt hiệu suất rất thấp 16.1% do Phospho trong nước thải tồn tại chủ yếu ở dạng Photphate và rất ít ở dạng P hữu cơ mà hệ thống Aerotank chỉ xử lý được các chất hữu cơ tức chỉ xử lý được

P ở dạng hữu cơ nên hiệu suất xử lý P rất thấp

BÀI 2: XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG MÔ HÌNH LỌC HIẾU KHÍ

GIÁ THỂ XƠ DỪA 2.1 PHẦN LÝ THUYẾT:

2.1.1 Tổng quan về công nghệ xử lý hiếu khí bám dính:

2.1.1.2 Phân loại:

Dựa trên nguyên tắc hoạt động quá trình màng vi sinh vật được chia thành quá trình kị khí và quá trình hiếu khí Tuy nhiên sự phân loại này mang tính tương đối bởi vì trong quá trình màng vi sinh vật hiếu khí vẫn luôn tồn tại các vi sinh kị khí ở lớp màng phía trong, nhiều hay ít tùy thuộc vào cường độ cấp khí Do đó dựa vào cấu tạo thiết bị xử lý , quá trình màng vi sinh vật chia thành 3 loại:

- Lọc sinh học ngập nước

- Thiết bị sinh học tiếp xúc quay

- Thiết bị lọc nhỏ giọt

2.1.2 Cấu tạo và hoạt động của màng vi sinh vật:

2.1.2.1 Cấu tạo màng vi sinh vật:

Màng vi sinh vật có cấu trúc rất phức tạp cả về cấu trúc vật lý và vi sinh Cấu trúc cơ bản của một hệ thống màng vi sinh vật bao gồm:

Vật liệu lọc (đá, sỏi, chất dẻo, than… với nhiều loại kích thước và hình dạng khác nhau)

có bề mặt rắn làm môi trường dính bám chi vi sinh vật

Lớp màng vi sinh vật phát triển dính bám trên bề mặt vật liệu lọc Lớp màng vi sinh ( microbial films) được chia thành 2 lớp: lớp màng nền (base films) và lớp màng bề mặt (surface films)

Màng vi sinh vật bao gồm vi khuẩn , nấm, động vật bậc thấp liên kết trong ma trận bởi các polymer ngoại bào do vi sinh vật sản sinh trong quá trình trao đổi chất, quá trình phân hủy tế bào và do có sẵn trong nước Thành phần cơ bản của các polymer ngoại bào là polisacharic và protein

Do chiều sâu của lớp màng lớn hơn nhiều so với đường kình của khối vi sinh vật nên oxy hòa tan trong nước chỉ khuếch tán vvaof gần bề mặt màng và làm cho lớp màng phía ngoài là màng hiếu khí, lớp màng bên trong không tiếp xúc với oxy trở thành kị khí Màng vi sinh vật có cấu trúc phức tạp, cấu trúc cơ bản của một hệ thống màng vi sinh vật bao gồm:

Khi nước thải được tưới quá lớp vật liệu lọc bằng các phân tử rắn xốp, các vi khuẩn sẽ được hấp thụ, sinh sống và phát triển trên bề mặt đó Vi khuẩn dính bám vào vật rắn nhờ gelatin do chúng tiết ra và có thể di chuyển dễ dàng trong lớp màng nhầy này Đầu tiên vi khuẩn tập trung ở một khu vực, sau đó chúng phát triển lan dần phủ kín bề mặt vật liệu lọc Các chất dinh dưỡng như muối khoáng, hợp chất hữu cơ và oxy có mặt trong nước tahir khuếch tán qua màng vi sinh vật và có thể vào tận lớp cellulose đã tích lũy phía trong cùng Sau một thời gian màng vi sinh vật được hình thành và chia làm 2 lớp: lớp ngoài cùng là lớp hiếu khí được oxy khuếch tán xâm nhập, lớp trong là lớp kị khí Bề dày của 2 lớp này phụ thuộc vào vật liệu lọc, cường độ gió và nước qua lớp lọc Sau một thời gian hoạt động, màng vi sinh vật dày lên và màng bị tách ra khỏi lớp vật liệu lọc Sự hình thành các lớp màng vi sinh vật mới lại được tiếp diễn

2.1.2.2 Hoạt động của lớp màng:

Quá trình tiêu thụ cơ chất và làm sạch nước:

Đầu tiên cơ thất từ chất lỏng tiếp xúc với bề mặ màng sau đó chuyển vận vào màng vi sinh theo cơ chế khuếch tán Trong màng vi sinh vật diễn ra quá trình tiêu thụ cơ chất và quá trình trao đổi chất của vi sinh vật trong màng Đối với những loại cơ chất ở thể rắn, dạng lơ lửng hoặc có phân tử khối lớn không thể khuếch tán vào màng sẽ được phân hủy thành dạng có phân tử khối nhở hơn tại bề mặt màng sau đó mới tiếp tục quá trình vận chuyển và tiêu thụ trong màng vi sinh giống như trên Sản phẩm cuối cùng của quá trình trao đổi được vận chuyển ra khỏi màng vào chất lỏng Quá trình tiêu thụ cơ chất được mô

tả bởi công thức sau:

Màng hiếu khí: CHC + oxy + nguyên tố vết  sinh khối + sản phẩm cuối cùng

Màng kị khí: CHC + nguyên tố vết  sinh khối + sản phẩm cuối cùng

Quá trình sinh trưởng, phát triển và suy thoái của màng vi sinh vật:

Quá trình vi sinh vật phát triển dính bám trên vật liệu lọc được chia thành 3 giai đoạn sau:

Giai đoạn 1: có dạng logarit, luc này màng vi sinh vật còn mỏng và chưa bao phủ hết

bề mặt vật liệu lọc Trong điều kiện này tất cả vi sinh vật phát triển cùng nhau, cùng điều kiện

Giai đoạn 2: độ dày màng trở nên lớn hơn bề dày hiệu quả Trong giai đoạn này tốc độ phát triển là hằng số vì beef dày màng hiệu quả là không thay đổi, tổng lượng vi sinh vật cũng đang phát triển không thay đổi trong suốt quá trình, lượng cơ chất chỉ dùng để duy trì

sự trao đổi chất của vi sinh vật và không có sự gia tăng sinh khối

Giai đoạn 3: bề dày lớp màng trở nên ổn định, khi tốc độ phát triển màng cân bằng với tốc độ suy giảm bởi sự phân hủy nội bào Trong giai đoạn này, vi sinh vật thay đổi cả về chủng loại và chất lượng Lúc đầu hầu hết là vi khuẩn sau đó là protozoas và metazoas hình thành nên hệ sinh thái

2.1.3 Ưu – khuyết điểm của công nghệ lọc hiếu khí:

Ưu điểm Nhược điểm

- Dễ dàng vận hành hệ thống xử lý

- Hệ thống xử lý ít công trình đơn vị

xử lý hơn

- Thời gian khởi động hệ thống nhanh

(khoảng 2 tuần với thiết bị lọc sinh học

ngập nước và tiếp xúc quay và lâu hơn

với thiết bị lọc nhỏ giọt)

- Khả năng loại bỏ những cơ chất phân

hủy chậm

- Khả năng chịu biến động về nhiệt độ

và tải lượng ô nhiễm

2.1.4 Cơ chế xử lý các chất:

2.1.4.1 Cơ chế xử lý Nitro của mô hình:

Màng vi sinh vật luôn có loài kị khí dù ít hay nhiều ngay cả trong quá trình hiếu khí Thường lớp ngoài cùng của màng là lớp hiếu khí, bên trong là lớp kị khí Bề dày của lớp hiếu khí không thay đổi trong một điều kiện hoạt động nhất định, khi bề dày của lớp hiếu khí tăng theo tốc độ phát triển của vi sinh vật, phía trong của lớp hiếu khí sẽ chuyển thành

kị khí vì thiếu oxy Sự tồn tại của 2 lớp màng hiếu khí và kị khí có khả năng loại bỏ nito trong nước thải, bởi xảy ra đồng thời quá trình nitrate hóa và khử nitrate Theo đó lớp hiếu khí đóng vai trò nitate hóa và lớp kị khí đóng vai trò khử nitrate Một phần nitrate sản sinh

ra trong lớp hiếu khí đi ra chất lỏng, phần còn lại bị lớp kị khí chuyển thành N2 Khi nồng

độ oxy hòa tan cao, bề dày lớp hiếu khí lớn thì quá trình nitrate hóa nhanh và mạnh hơn nhưng tỷ lệ khử nitrate giảm vì bề dày lớp kị khí giảm Ngược lại, nếu lượng oxy hòa tan quá thấp thì khử nitrate diễn ra mạnh mẽ hơn nhưng khả năng nitrate hóa lại giảm Do đó,

lượng oxy hòa tan tối ưu sẽ loại bỏ nito tốt nhất, vậy cần phải sục khí thích hợp để có được

sự loại bỏ nito lớn nhất

 Quá trình nitrate hóa:

Dưới tác dụng của Nitrosomonas và Nitrobacter, quá trình nitrate hóa xảy ra theo các phương trình phản ứng sau đây:

NH3 + 3/2O2 NO2- + H+ + H2O + sinh khối : Nitrosomonas

NO2- + ½O2 NO3- + sinh khối : Nitrobacter

Khi môi trường cạn nguồn carbon hữu cơ, các loại vi khuẩn (Nitrosomonas,Nitrobacter )

sẽ thực hiện quá trình nitrobacter theo 2 giai đoạn:

55NH4+ + 76O2 + 109HCO3-  C5H7O2N + 54NO2- + 57H2O + 104 H2CO3 400NO2- +

NH4+ + 4H2CO3 + HCO3- + 195O2 C5H7O2N + 3H2O + 400NO3

- Quá trình khử nitrate: NO3- NO2- NO  N2O  N2

Hai hệ enzyme tham gia vào quá trình khử nitrate:

Đồng hóa (assimilatory): NO3- NH3,tổng hợp tế bào, khi N-NO3- là dạng nitơ duy nhất tồn tại trong môi trường:

3NO3- + 14CH3OH + CO2 + 3H+ 3C5H7O2N + H2O

Dị hóa (dissimilatory)  quá trình khử nitrate trong nước thải

Bước 1: 6NO3- + 2CH3OH  6NO2- + 2CO2 + 4H2O

Bước 2: 2NO2- + 3CH3OH  3N2 + 3CO2 + 3H2O + 6OH-

6NO3- + 5CH3OH  5CO2 + 3N2 + 7H2O+ 6OH-

Tổng quá trình khử nitrate:

NO3- + 1,08CH3OH+ H+ 0,065C5H7O2N + 0,47N2 + 0,76CO2 + 2,44H2O

2.1.4.2 Cơ chế xử lý phosphor của mô hình:

Các dạng phosphor trong nước thải: othorphosphate, polyphosphate và phospho liên kết với chất hữu cơ Vi sinh vật trong nước thải có tác dụng chuyển hóa polyphosphate thành orthphosphat Các muối phosphate của orthphosphat được vi sinh vât, thực vật phù

du, tảo… sử dụng làm nguồn dinh dưỡng phosphor, tham gia vào thành phần chủ yếu của

acid nucleic trong chất nhân (AND, ARN), các phospholipid, các polymer của màng tế bào

Đầu tiên vi khuẩn trong môi trường hiếu khí hấp thu phosphor cao hơn mức bình thường, phosphor lúc này không chỉ cần cho việc tổng hợp, duy trì tế bào, vận chuyển năng lượng mà còn được vi khuẩn chứa thêm 1 lượng dư vào trong tế bào để sử dụng ở những giai đoạn hoạt động tiếp sau Sau đó các tế bào này liên kết với nhau tạo thành bông cặn bám trên vật liệu lọc, tạo nên lớp yếm khí trước Sau đó vi khuẩn trong điều kiện yếm khí tác động đến các acid béo bay hơi có sẵn trong nước tạo thành các sản phẩm chứa bên trong

tế bào đồng thời giải phóng phosphor Cũng như có một số vi khuẩn có khả năng chứa lượng dư phosphor như là polyphosphate trong tế bào

2.1.4.3 Cơ chế xử lý chất hữu cơ của mô hình:

Các chất hữu cơ phức tạp như protein, tinh bột, chất béo… sẽ bị thủy phân bởi các enzim ngoại bào thành các chất hữu cơ đơn giản như acid amin, acid béo, acid hữu cơ, đường đơn…Các chất đơn giản này sẽ thấm qua màng tế bào và bị phân hủy tiếp hoặc bị chuyển hóa thành các vật liệu xây dựng tế bào mới bởi quá trình hô hấp nội bào cho sản phẩm cuối cùng là CO2 và H2O Cơ chế gồm:

Bước 1: oxy hóa chất hữu cơ:

CxHyOzN + (x+y/4+z/3+3/4)O2 → xCO2 + [(y-3)/2]H2O + NH3

Bước 2: quá trình đồng hóa:

Hình Phân loại các công nghệ xử lý hiếu khí bám dính

- Năm 1868, ông Edward Frankland một thành viên của Hội đồng Anh đã nghiên cứu phương thức lọc đối với nước thải ở Luân Đôn với một cột bên trong có chứa vật liệu dạng tấm làm từ sỏi thôi và đất có than bùn

- Năm 1882 Warrington đã chứng minh rằng có thể làm giảm chất ô nhiễm trong nước bằng sỏi sạch

- Lọc sinh học được áp dụng đầu tiên ở Mỹ tại trại thực nghiêm Lawrence bang Matsachuset năm 1891 và Anh năm 1893

- Năm 1901 hệ thống lọc sinh học đầu tiên được giới thiệu áp dụng tại Madison, Wisconsin Đến năm 1940, Mỹ có hơn 60% hệ thống xử lý nước thải áp dụng công nghệ lọc sinh học

- Năm 1960, đĩa quay sinh học đầu tiên được áp dụng ở Đức, sau đó ở Mỹ Ở Myc và Canada, 70% hệ thống đĩa quay sinh học được áp dụng để loại bỏ BOD, 25% để loại

bỏ BOD và Nitrate, 5% để loại bỏ Nitrate

- Những năm 1970, lọc sinh học trở nên phổ biến ở Đức

- Những năm 1980, lọc sinh học đước áp dụng để xử lý sự phát thải độc chất và sự phát tán chất ô nhiễm hữu cơ trong công nghiệp

- Đến những năm 1990 có hơn 500 hệ thống xử lý sử dụng biện pháp lọc sinh học trong

xử lý nước ở Đức và Hà Lan

Hiếu khí bám dính

Lọc hiếu khí

Lọc sinh học nhỏ giọt Đĩa quay sinh học

- Năm 1995, Guitonas và Alexious đã tiến hành thí nghiệm sử dụng 1 bể lọc sinh học hai giai đoạn là hiếu khí và khị khí với giá thể bằng chất dẻo Hiệu quả sử lý nito đạt được khá cao với nước thải đô thị ở nhiệt độ cao

- Năm 1996, nhà máy xử lý nước thải KCN Việt Nam – Singapore đã áp dụng hệ thống

xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học hiếu khí với giá thể gắn kết, sử dụng tấm PVC nhám làm giá thể dính bám cho vi sinh vật, hiệu quả xử lý BOD đạt trên 70%

- Năm 2004, Viện Hóa học Công nghệ đã phối hợp với Trung tâm Công nghệ môi trường quốc tế Nhật Bản (ICETT) chuyển giao công nghệ xử lý bằng vi sinh vật Công nghệ này được áp dụng để xử lý nước thải sông Tô Lịch cực kì ô nhiễm

 Các công nghệ sinh học đã được hình thành và được áp dụng trong thực tế:

Công nghệ lọc sinh học RBC

Lọc sinh học RBC (rotating Biological Contactor) là công nghệ tiên tiến trong xử lí nước thải nhằm giảm thiểu các chất ô nhiễm, đồng thời là công nghệ tiết kiệm năng lượng, tiết kiệm chi phí xử lý Hệ thống này được nghiên cứu và phát triển tại Đức vào những năm

1960, đến nay đã được ứng dụng rộng rãi tại 140 quốc gia trên thế giới Hệ thống thích hợp cho các nước thải có nguồn gốc sinh hoạt như nước thải tại các toà nhà, khu dân cư, bệnh viện và nước thải một số ngành sản xuất công nghiệp Ở Việt nam, Công ty Cổ phần Công nghiệp Môi trường (Viện Máy và Dụng cụ Công nghiệp đã nghiên cứu chế tạo và ứng dụng rất hiệu quả thiết bị này và đưa vào xử lý nước thải tại một số ngành công nghiệp thực phẩm và các khu dân cư sinh thái, các bệnh viện khách sạn Thiết bị được đánh giá

là một giải pháp tiết kiệm chi phí trong xử lý nước thải hiện nay

Công nghệ AFBR

Công nghệ AFBR (Advance Fixed Bed reactor) là một công nghệ được GREE phát triển từ công nghệ FBR (Fixed Bed Reactor) được bổ sung hệ thống sensor cảm biến DO

và hệ thống điều khiển tự động cung cấp khí giúp điều chinh oxy trong nước luôn ở nồng

độ tối ưu đem lại hiệu quả xử lí vượt trội và tiết kiệm điện năng.Hệ thống tích hợp cả 3 quá trình: sinh học bùn hoạt tính lơ lửng,quá trình tùy nghi khử N và P, quá trình vi sinh vật sinh trưởng ở dạng bám dính trên vật liệu tiếp xúc trong hệ thống.Hệ thống phân phối khí

bọt mịn trong hệ thống AFBR được GREE thiết kế có thể tăng lượng ôxy hoà tan trong nước lên đến 28% Quá trình thực hiện đạt hiệu quả cao có thể tiết kiệm điện năng tiêu thụ cho hệ thống cung cấp dưỡng khí khoảng 40% Hơn nữa, AFBR có thể giảm thiểu việc sử dụng hoá chất bằng cách tăng nồng độ MLSS của các chủng vi sinh nuôi cấy.Hệ thống AFBR của GREE có khả năng điều chỉnh giảm công suất máy thổi khí trong thời gian đầu khi dự án đi vào quá trình hoạt động mà vẫn chưa hoạt động hết công suất giúp tiết kiệm chi phí vận hành và bảo trì luôn ở mức thấp nhất

Công nghệ MBBR

MBBR là từ viết tắt của cụm từ Moving Bed Biofilm Reactor, được mô tả một cách dễ hiểu là quá trình xử lý nhân tạo trong đó sử dụng các vật làm giá thể cho vi sinh dính bám vào để sinh trưởng và phát triển, là sự kết hợp giữa Aerotank truyền thống và lọc sinh học hiếu khí.Công nghệ MBBR là công nghệ mới nhất hiện nay trong lĩnh vực xử lý nước thải

vì tiết kiệm được diện tích và hiệu quả xử lý cao Vật liệu làm giá thể phải có tỷ trọng nhẹ hơn nước đảm bảo điều kiện lơ lửng được Các giá thể này luôn chuyển động không ngừng trong toàn thể tích bể nhờ các thiết bị thổi khí và cánh khuấy Mật độ vi sinh ngày càng gia tăng, hiệu quả xử lý ngày càng cao.Tương tự Aerotank truyền thống, bể MBBR hiếu khí cũng cần một MBBR thiếu khí (Anoxic) để đảm bảo khả năng xử lý nitơ trong nước thải Thể tích của màng MBBR so với thể tích bể được điều chỉnh theo tỷ lệ phù hợp, thường là

<50% thể tích bể.Ứng dụng cho hầu hết các loại nước thải có ô nhiễm hữu cơ: trường học, khu dân cư, bệnh viện, thủy sản, sản xuất chế biến thực phẩm, đồ uống đóng hộp, nước thải công nghiệp, dệt nhuộm…

2.2 KẾT QUẢ TÍNH TOÁN:

2.2.1 Hiệu quả loại bỏ COD:

Công thức tính toán: =( – ) . .

ẫ

Trong đó: Vo: thể tích Fe(II) chuẩn mẫu trắng

V: thể tích Fe(II) chuẩn mẫu N: nồng độ Fe(II)

f: độ pha loãng

Vị trí lấy

mẫu

Thể tích mẫu đem đi phân tích (mL)

Hệ số pha loãng (f)

VFe 0,025N (mL)

COD (mg/L)

Hiệu quả

xử lý COD (%)

2.2.2 Hiệu quả xử lý phosphor tổng theo thời gian:

Phương trình đường chuẩn: A=0.4005C+0.1176 với r 2 =0.9901

4005,0

1176,0

Nhận xét:

Tại thời điểm 2h, lượng Phospho tổng trong bể là thấp nhấtkhả năng xử lí cao nhất, với hiệu suất là 82.27.Từ 3h-4h, khả năng xử lí giảm và độ chênh lệch giữa hai mức thời gian là không đáng kể Nguyên nhân là do trong giai đoạn 1h,vi sinh vật bắt đầu thích nghi

ĐỒ THỊ BIỂU DIỆN HIỆU SUẤT XỬ LÝ

T-P THEO THỜI GIAN

và phát triển mạnh mẽ nên hiệu quả xử lí T-P tăng dần, chúng dùng phospho để tổng hợp, duy trì tế bào và vận chuyển năng lượng Tới giai đoạn 2h vi sinh vật phất triển đạt cực đại, chúng cần lượng phospho nhiều hơn nữa nên hiệu quả xử lí là lớn nhất (82.27%) Từ giờ thứ 3-4, vi sinh vật trong bể suy giảm số lượng do đó khả năng xử lí giảm xuống còn 76.02-71.38%

2.2.3 Hiệu quả loại bỏ Nitrate:

 Đường chuẩn Nitrate:

độ nitrate tăng lên từ 0.184-0.343, và đến giờ thứ 4 nồng độ này vẫn không thay đổi Điều

đó cho thây sau 4h hoạt động, khả năng xử lí của vi sinh vật giảm và đang ở mức bão hòa 2.2.4 Hiệu quả xử lý Nitrit:

Đường chuẩn nitrit

ĐỒ THỊ BIỂU DIỄN NỒNG ĐỘ NITRATE

THEO THỜI GIAN

ĐỒ THỊ BIỂU DIỄN NỒNG ĐỘ NITRIT

THEO THỜI GIAN

 Nhận xét:

Nồng độ nitrite đầu vào bằng 0 do ban đầu trong nước thải N tồn tại ở 2 dạng là nitrate

và amoni Sau 2h xử lí, trong bể diễn ra quá trình khử ntrate và chuyển hóa amon tạo nitrite

Do đó kết quả nồng độ nitrite tăng từ 0-0.272 mg/l.Từ giờ xử lí thứ 3, trong bể diễn ra quá trình nitrate hóa nên nồng độ nitrate giảm xuống còn 0.146 và giờ thứ 4 là 0.142.Sau 4h hoạt động, có thể thấy khả năng xử lí của vi sinh vật giảm xuống

2.2.5 Hiệu quả xử lí Amonia (N-NH4+)

= − × × 14.0067 × 1000

 V1: thể tích dung dịch HCl dùng để chuẩn độ mẫu, mL

 V2: thể tích dung dịch HCl dùng để chuẩn độ mẫu trắng, mL, V2 = 0,1 mL

 Vo :thể tích mẫu đem đi phân tích, mL

Nhận xét:

Hiệu suất xử lí amonia giảm theo thời gian do trong bể diễn ra quá trình amon hóa Hiệu suất xử lí giảm dần do sự sinh trưởng theo pha của vi sinh vật

2.3 KẾT LUẬN

Bảng tóm tắt hiệu quả xử lí của mô hình

xử lí nước thải bị nhiễm amonia cao