Nghiên cứu xử lý nước thải có chứa phenol bằng phương pháp sử dụng bùn hoạt tính

Thực tập tốt nghiệp Lời Nói Đầu Hiện nay, với trình phát triển không ngừng kinh tế xã hội Việt Nam, trình sản xuất tạo cải vật chất để lại tác động xấu đến môi trờng, ô nhiễm nguồn nớc, đặc biệt ô nhiễm hợp chất hữu khó phân huỷ độc có thành phần nớc thải số ngành công nghiệp, vấn đề trội đáng đợc quan tâm nớc nguồn tài nguyên quan trọng sống toàn nhân loại Tuy nhiên lâu việc xử lý nớc thải bị nhà sản xuất coi nhẹ không phục vụ trực tiếp cho lợi ích kinh tế họ, tổ chức gây tổn thất Vì vậy, để phát triển cách bền vững đôi với trình sản xuất, phải quan tâm đến việc tìm phơng pháp tối u để bảo vệ môi trờng, đặc biệt môi trờng nớc Là sinh viên ngành CNSH, em nhận thức đợc vấn đề nghiêm trọng đó, đồng thời thấy đợc u điểm việc sử dụng biện pháp sinh học để xử lý nớc thải so với phơng pháp khác, từ em chọn đề tài Nghiên cứu xử lý nớc thải có chứa phenol phơng pháp sử dụng bùn hoạt tính để làm đề tài tốt nghiệp Thực tập tốt nghiệp I Tình hình, chất lợng nguồn nớc ô nhiễm môi trờng nớc ngành công nghiệp gây giới Việt Nam I.1 Tình trạng ô nhiễm nguồn nớc giới Từ Trung Quốc đến Mỹ, từ ấn Độ đến Nga qua Trung Đông, 1/2 số lợng sông giới bị khai thác mức bị ô nhiễm trầm trọng Hiện trạng nguy hiểm sông khiến Uỷ ban giới nớc (Cơ quan hành động thuộc Hội đồng nớc giới) lo ngại, làm báo cáo trình trớc Diễn đàn nớc giới Bản báo cáo rõ tình trạng ô nhiễm nớc sông làm ảnh hởng nghiêm trọng đến nguồn nớc cung cấp cho dân hệ thống sinh thái quanh Việc đồng thời có hại cho sức khoẻ ngời dân Danh sách sông gặp nguy hiểm dài nhng Uỷ ban đặc biệt quan tâm tới sông lớn dần đến hồi cạn kiệt Theo báo cáo Ngân hàng Thế giới (WB) chất lợng nớc bề mặt Trung Quốc bị giảm đáng kể đặc biệt sông Hoàng Hà, chảy qua vùng nông nghiệp phát triển Trung Quốc Con sông hầu nh bị tát cạn phần hạ lu năm 1997 bị ngời khai thác triệt để, kể lớp nớc ngầm, nhằm cung cấp nớc cho khoảng 400 triệu dân sống quanh Tốc độ khai thác dội đến mức sông không kịp "hồi sinh" thời gian khai thác gần Lý cạn kiệt nguồn nớc công nghiệp Trung Quốc phát triển mạnh mẽ năm gần tạo lợng lớn nớc thải nhng số có 7% số đợc xử lý mức độ khác Vì việc cung cấp nớc uống vệ sinh trở thành thách thức nhà máy cung cấp nớc Trong khoảng thời gian từ 1955 - 1990, lợng nớc cung cấp tính theo đầu ngời Trung Quốc giảm xuống nửa Dự báo đến 2025 số giảm xuống 10% giảm dân số tăng nhanh Theo tiêu chuẩn quốc tế nớc đợc chia thành loại theo chất lợng Theo thống kê 135 khúc sông chảy qua thành phố đợc giám sát năm 1995, có 18% khúc sông có nớc đáp ứng tiêu chuẩn loại có 35% chất lợng thuộc loại xử lý thành nớc sinh Thực tập tốt nghiệp hoạt Các sông phía bắc Trung Quốc có chất lợng nớc tồi tệ hơn, có 2-3% đáp ứng tiêu chuẩn nớc loại 75% thuộc loại Khả tự làm nguồn nớc bị giảm dần nguồn thải ngày nhiều Ngoài lý công nghiệp Trung Quốc phát triển, đập chắn sóng liên tiếp góp phần làm giảm tốc độ phân luồng, ứ đọng rác thải sông Không phần bi thảm tình trạng hai sông Amou-Daria sông Syr-Diria Nga Dòng chảy hai sông giảm 3/4 năm qua, kéo theo hạ thấp mực nớc biển Aral tới 16 m thời kỳ từ năm 1962 đến năm 1994 Sau sông Nil, sông Volga, sông khác nh sông Hằng (ấn Độ), sông Jourdain (Palestine), sông Colorado không thoát khỏi số phận chung cho sông ngày Bên cạnh gần chục sông có tình trạng ô nhiễm nguy kịch có hai sông lớn giới sông Amazone sông Congo giữ đợc nguồn nớc chúng chảy qua vùng dân khu cha bị công nghiệp hoá Cũng theo báo cáo, nớc sông bị ô nhiễm nh nên năm vừa có khoảng 25 triệu ngời "tỵ nạn môi sinh" Đây lần số ngời tỵ nạn ô nhiễm môi trờng cao số ngời tỵ nạn chiến tranh Bản báo cáo dự đoán đến năm 2025, số ngời sông lu vong "tàn sát" môi trờng tăng gấp lần so với Còn nữa, thiệt hại nh cân sinh thái, nhiều chủng loại động - thực vật bị tuyệt chủng tất yếu dẫn đến thảm hoạ kinh tế y tế, vô bất lợi cho nhân loại Nớc nhu cầu thiết yếu tỷ ngời toàn cầu Vậy mà sông hàng năm phải hứng chịu hàng triệu rác thải từ quy trình sản xuất, sinh hoạt thành phố, lợng rác ứ đọng không đợc giải toả nhanh chóng, gây ô nhiễm môi trờng trầm trọng Nhiều chuyên gia Thực tập tốt nghiệp đề xuất số dự án nhằm cứu vãn tình hình nhng xem cần nhiều thời gian sông hồ giới trở lại trạng thái nguyên thuỷ chúng I.2 Tình trạng ô nhiễm nguồn nớc Việt Nam Việt Nam có hệ thống sông, suối dày Trên toàn lãnh thổ có 4.400 sông lớn, nhỏ Trong có 2.360 sông có dòng chảy quanh năm Trong tất sông đợc khảo sát thuộc ba miền Bắc, Trung, Nam, hầu hết sông không đạt tiêu chuẩn nớc mặt loại A, nguồn cấp nớc sinh hoạt Đó kết luận nhà khoa học Trung tâm Môi trờng Độ thị Khu công nghiệp đa Trong đó, khoảng 9% dân số sử dụng nớc sông làm nớc sinh hoạt, 5% dân số sử dụng nớc suối làm nớc sinh hoạt Chất lợng nớc sông miền Bắc Các sông miền Bắc bao gồm hệ thống sông Hồng, hệ thống sông Thái Bình Sông Đuống sông Luộc nối hai hệ thống với Đặc điểm sông lu lợng dòng chảy không đều, phù sa nớc lớn Kết quan trắc nhiều năm cho thấy: sông Thao, phần sông Hồng, sông Đà, sông Lô có độ đục lớn, nớc sông chứa nhiều bùn, cát Riêng sông Hồng, đoạn Sơn Tây, lu lợng dòng chảy có cát, bùn trung bình nhiều năm đạt tới 3.500 kg/giây, tơng ứng với 110 triệu bùn cát năm Nếu theo tiêu chuẩn Việt Nam hai hệ thống sông miền Bắc hệ thống sông Hồng sông Thái Bình có thông số nhu cầu ôxy sinh hoá (BOD), nhu cầu ôxy hoá học (COD), tỷ lệ Coliform cao tiêu chuẩn cho phép từ 3-5 lần nớc loại A Các tiêu NH4+, NO2- gấp từ 1,2-2 lần Xét tổng thể, theo tiêu chuẩn nớc loại B, nớc sông đạt đợc Tuy nhiên, nhìn cục nớc sông chảy qua số vùng có khu công nghiệp, khu đô thị bị ô nhiễm với mức độ thực đáng lo ngại Sông Tam Bạc sông bẩn sông đồng sông Hồng Đáng ý thợng nguồn sông Hồng, Lào Cai, đoạn sông Hồng Thực tập tốt nghiệp chảy vào nớc ta, chuyên gia phát kim loại nặng Phenol nớc sông Mặc dù nồng độ dới mức tiêu chuẩn cho phép, nhng dây vấn đề cần ý theo dõi Bởi lẽ chất độc tích tụ thể ngời Tất sông miền Bắc khảo sát sông đạt tiêu chuẩn nớc mặt loại A Chất lợng nớc sông miền Trung Các sông miền Trung có đặc điểm sông ngắn, độ dốc lớn, lũ quét thờng xảy gây nhiều thiệt hại ngời tài sản cho nhân dân Nớc sông Hiếu thuộc thị xã Đông Hà có giá trị trung bình lần đo năm 1995 nh sau : BOD5, COD vợt 2-3 lần so với quy định, NH 4+, PO43- vợt 1,51,8 lần Nớc sông Hơng Huế mùa khô, có hàm lợng NH4+, BOD5, COD nhỏ tiêu chuẩn cho phép Tuy nhiên số điểm gần nguồn nớc thải nh chợ Đông Ba, khu vực bến tàu, khu vực ngã ba sông BOD vợt TCCP Tại khu vực nhà máy đông lạnh ( cách cửa sông 15,1 km) độ mặn mặt: 16%; sâu 4,5m: 5,5% Tại đập đá cách cửa sông 17,3 km, độ mặn mặt: 0,2%; sâu 3m: 0,8% Các sông thuộc khu vực Đà Nẵng, vào mùa ma, số điểm sông có hàm lợng dầu mỡ 0,1 mg/l đoạn sông vùng khai thác khoáng sản, khai thác trái phép, hàm lợng NH3 vợt từ 1,4-2,6 lần; hàm lợng cyanua vợt 1,6-2 lần Tại hồ Phú Ninh vào mùa ma, hàm lợng Hg vợt TCCP lần, nớc sông Tranh thuộc huyện Trà My có hàm lợng Hg vợt lần so với TCVN 59421995 Nhìn chung chất lợng nớc sông miền Trung tơng đối tốt Phần lớn thợng lu trung lu nh sông Vĩnh Phớc Đông Hà, sông Hơng Huế, sông Tuý Loan Đà Nẵng, sông Trà Khúc Quảng Ngãi đạt tiêu chuẩn loại A theo TCVN 5942-1995 Tuy nhiên vùng hạ lu sông Thực tập tốt nghiệp sông tiếp nhận nớc thải đô thị khu công nghiệp bị ô nhiễm thuộc nguồn loại B theo TCVN 5942-1995 Chất lợng sông miền Nam Nớc sông Đồng Nai Hoà An, cầu Cát Lái, Phớc Khánh, Đồng Tranh có hàm lợng dầu tới 0,3-0,4 mg/l, quy định nguồn nớc cấp nớc loại A không đợc chứa dầu Nớc sông Sài Gòn: BOD, COD cầu Phú Cờng vợt so với TCCP 2-4 lần; hàm lợng chất dinh dỡng nh N2 vợt quy định nhiều lần, bến nhà Rồng, lợng Coliform vợt tới 50-100 lần nhiều nơi chứa dầu xuất có mặt số kim loại nặng nh Pb, Hg, Cr, Cd Có thể nói sông Thị Vải kho chứa nớc thải công nghiệp tam giác phát triển kinh tế khu vực TP Hồ Chí Minh-Biên Hoà-VũngTàu Hàm lợng oxy hoà tan DO dới mg/l chiều dài 16km dới mg/l khoảng chiều dài 10 km Tại Gò Dậu, BOD COD vợt mức quy định 10-15 lần so với nguồn loại A, 2,5 lần so với loạiB Nồng độ chất dinh dỡng nh N2, P vợt mức giới hạn cho phép Hàm lợng H2S lớp bùn đáy cao điểm gần nguồn xả nớc thải Các sông thuộc đồng Nam Bộ nh sông Đồng Nai, sông Sài Gòn thành phố HCM, sông Cần Thơ, sông Vàm Cỏ có trị số BOD COD gần nh sông vùng đồng châu thổ sông Hồng II Phenol II.1 Đặc điểm tính chất phenol - Phenol(hay có tên khác acid cacbolic) có CTPT : C6H5OH - Khối lợng phân tử : 94,11 g/mol - Khối lợng riêng : 1,06 g/cm3 - Nhiệt độ tan chảy : 43oC, nhiệt độ sôi : 182oC - Khả hoà tan nớc ( 20oC ) : 70g/l Thực tập tốt nghiệp - Các dung môi hoà tan đợc phenol : etanol, ete, cloroform Phenol chất hoá học chủ yếu ngời tạo ra, đợc tìm they phế liệu động vật hợp chất hữu phân huỷ Nó đợc tìm thấy chng cất than đá vào năm 1834 có tên acid cacbolic Cho đến trớc chiến tranh giới thứ nhất, chng cất than đá gần nh cách để tạo phenol Tuy nhiên ngời ta tìm nhiều phản ứng để tổng hợp tạo phenol phơng pháp hoá học Phenol chất không màu màu trắng dạng tinh khiết, dạng phenol tinh thể rắn Tuy nhiên thông thờng tồn dạng lỏng Ngỡng ngửi mùi phenol 0,04 ppm nồng độ phenol có mùi cay, Ngoài ra, phenol dễ cháy II.2 Các ứng dụng phenol công nghiệp Trong công nghiệp, phenol đóng vai trò quan trọng, nguyên liệu nguồn nhiều ngành công nghiệp Ngành công nghiệp thể rõ ngành sản xuất keo, ngành sản xuất nhựa nhân tạo, ngành dệt, dầu khí Phenol dẫn xuất nguồn nguyên liệu sản xuất thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ thuốc nổ II.3 Những ảnh hởng phenol đến ngời Phenol thâm nhập vào thể ngời thông qua việc hô hấp tiếp xúc với da, mắt, màng nhầy ngời Phenol đợc xem chất cực độc với ngời vào thể ngời thông qua đờng miệng Khi ăn phải chất có hàm lợng phenol cao dẫn đến tợng chết ngời với triệu chứng nh co giật, khả kiểm soát, hôn mê dẫn tới rối loạn hô hấp, máu thể thay đổi dẫn đến tợng tụt huyết áp Phenol làm ảnh hởng tới gan, then tim ngời nhiễm độc Những điều đợc chứng minh ngời ta làm thí nghiệm LD50( LD50 đại lợng biểu thị chất độc có khả Thực tập tốt nghiệp gây tử vong 50% lợng súc vật bị nhiễm độc Thờng đợc biểu thị mg àg/1kg thể trọng) làm thí nghiệm với chuột thỏ - Những ảnh hởng lâu dài phenol Nhiều thí nghiệm liên quan đau bắp thịt, sng gan ngời tiếp xúc với phenol lâu ngày Phenol gây bỏng cho da, làm rối loạn nhịp tim Giới hạn tối đa cho phép phenol thể 0,6 mg/kg trọng lợng thể Hiện cha có nghiên cứu ảnh hởng phenol nồng độ thấp phát triển thể, nhiên nhiều nhà khoa học cho tiếp xúc thờng xuyên với phenol dẫn đến phát triển cách chậm trễ, gây biến đổi dị thờng hệ sau, tăng tỉ lệ đẻ non ngời mang thai - Khả gây ung th phenol Hiện cha có nghiên cứu cụ thể phenol có khả gây ung th ngời Tuy nhiên kết nghiên cứu động vật cho chúng ăn thờng xuyên thức ăn có chứa phenol hàm lợng cho phép động vật xuất khối u chất gây bệnh ung th da chuột EPA( Environmental Protection Agency) xét phenol vào nhóm D, nhóm có khả gây bệnh ung th ngời cha có số liệu liên quan tới hiệu ứng gây ung th ngời động vật II.4 Các đờng hớng chuyển hoá sinh hoá phenol dẫn xuất phenol Trong tự nhiên chuyển hoá hợp chất vòng thơm diễn theo nhiều đờng khác Tuy nhiên, khái quát chuyển hoá theo hai phơng thức Đó chuyển hoá vòng thơm dới điều kiện hiếu khí chuyển hoá dới điều kiện yếm khí Sự khác biệt đặc trng hai đờng hớng hệ vi sinh vật tham gia vào trình chuyển hoá Với trình chuyển hoá hiếu khí khu hệ vi sinh vật tham gia chủ yếu vào trình Thực tập tốt nghiệp chủng vi khuẩn hiếu khí, hiếu khí tuỳ tiện, nấm mốc, nấm men Còn đờng chuyển hoá yếm khí hệ vi sinh vật tham gia vi khuẩn yếm khí Trong tự nhiên hai trình diễn đồng thời có sản phẩm đợc chuyển hoá theo đờng hiếu khí ngợc lại chuyển hoá theo đờng yếm khí Do vậy, tự nhiên trình chuyển hoá hợp chất vòng thơm diễn nhịp nhàng Mặt khác trình chuyển hoá phụ thuộc trực tiếp vào điều kiện để diễn trình chuyển hoá kia, nên phải tự điều chỉnh để diễn theo cách có lợi II.5 Hệ vi sinh vật tham gia vào trình phân giải phenol Nh biết đâu tồn nguồn thức ăn tồn sống vi sinh vật Các vi sinh vật tự nhiên có phổ dinh dỡng đa dạng Do trình chuyển hoá hợp chất mạch vòng, khâu trình chuyển hoá có tham gia nhiều vi sinh vật khác Trong chuỗi thức ăn sản phẩm trao đổi chất vi sinh vật thức ăn vi sinh vật khác Tóm lại, vi sinh vật toàn trình chuyển hoá có mối quan hệ hữu linh động, phân bố nh số lợng loài trình chuyển hoá khác Nh phần trên, ta biết đợc rằng: phenol nói riêng hay hợp chất mạch vòng nói chung bị phân giải sinh hoá theo hai đờng phân giải hiếu khí phân giải yếm khí Chính mà hệ vi sinh vật cấu trúc quần xã hệ vi sinh vật kiểu phân giải có khác Đặc điểm chung hệ vi sinh vật tham gia vào trình chuyển hoá phenol Nhìn chung nghiên cứu cho thấy số loài có khả phân giải phenol cách độc lập nh chủng Pseudomonas putida, Pseudomonas paucimobilis, Rhodococcus, Bacillus sp, Cyanobacterium, Phormidium valderianum BDU 30501 phân giải phenol đợc diễn đồng thời dới tổ hợp quần xã vi sinh vật khu hệ , song dù vi Thực tập tốt nghiệp sinh vật quần thể vi sinh vật nhìn chung vi sinh vật có đặc điểm chung sau : - Vi sinh vật phải có khả sinh enzyme tối cần thiết để xúc tác cho trình phân giải cụ thể trình phân giải chung Điều đợc lý giải lẽ enzyme có tính đặc hiệu không cao cho phép kết hợp đợc với số loại chất khác Trong enzyme đặc hiệu khác xúc tác để phân cắt kiểu liên kết cụ thể hợp chất Các chủng vi sinh vật khác nhau, phân giải hợp chất nhiều chế phân giải khác phụ thuộc vào loại enzyme đợc đặc hiệu Tuy nhiên, với chủng vi sinh vật khác nhau, sinh sôi nảy nở chúng phụ thuộc vào khả cạnh tranh chúng với hợp chất hữu cơ, với oxy, khả chống chịu chúng điều kiện môi trờng khắc nghiệt Rất nhiều đờng hớng phân giải đợc nhận biết tổ hợp hoạt tính nhiều chủng không riêng chủng Có nhiều chế khác cho quan hệ hiệp trợ hoạt tính phân giải đợc nghiên cứu chi tiết nhng dờng nh thay đổi quần xã vi sinh vật Tuy nhiên, số chủng vi khuẩn lại có khả phân giải chất theo nhiều đờng hớng khác Trong trờng hợp này, yếu tố môi trờng nh oxy đợc định chuẩn để kiểm soát đờng hớng phân giải - Vi sinh vật phải sống môi trờng có tồn hoá chất cần xử lý Trong tự nhiên có mặt tất loại vi sinh vật, nhiên với môi trờng chứa chất cụ thể có số vi sinh vật có khả thích nghi cho tồn phát triển Do vậy, từ điều cho nhìn nhận vấn đề định đa vi sinh vật vào xử lý nớc thải, phải xem xét xem sống đợc nguồn chất không - Các chất ô nhiễm phải có khả chuyển hoá vi sinh vật 10 Thực tập tốt nghiệp cỏ tự làm ao hồ sinh học Vi sinh vật nằm lớp bề mặt đất, nớc tạo thành quần thể vi sinh vật mà trình hoạt động sống chúng làm nớc Biện pháp tăng cờng hoạt động vi sinh vật bùn màng sinh học Sự hình thành quần thể sinh vật trình hoạt động làm nớc thải thiết bị xử lý nớc thải, bể xục khí, bể lọc bể phản ứng lên men khí metan Có phơng pháp xử lý nớc thải biện pháp sinh học: - Phơng pháp xử lý hiếu khí - Phơng pháp xử lý yếm khí III.1 Phơng pháp xử lý hiếu khí - Nguyên tắc : Sử dụng vi sinh vật hiếu khí phân giải hợp chất hữu tạo thành chất dễ phân giải Các vi sinh vật cần oxy hoà tan nớc thải để thực trình trao đổi chất Sự oxy hoá hợp chất hữu số chất khoáng tế bào sống vi sinh vật đợc gọi hô hấp Nhờ lợng vi sinh vật khai thác đợc trình hô hấp nên chúng tổng hợp chất để sinh trởng phát triển - Cơ chế : gồm giai đoạn + Oxy hoá hợp chất hữu cơ: CxHyOz + O2 enzyme CO2 + H2O + H + Tổng hợp để xây dựng tế bào: CxHyOz + O2 + NH3 enzyme CO2 + H2O + tế bào vi khuẩn + C5H7NO2 - H + Oxy hoá chất liệu tế bào ( tự oxy hoá ): 14 Thực tập tốt nghiệp C5H7NO2 + O2 enzyme CO2 + H2O + NH3 H Trong phơng pháp xử lý hiếu khí NH3 đợc chuyển hoá oxy hoá khử sinh vật tự dỡng (quá trình nitrat hoá) Vi khuẩn tự dỡng hoá để khử CO2 cần ATP giàu lợng cần proton H+ có lực khử thông qua trình oxy hoá hợp chất vô (NH4+, NO2-, H2S, H2, Fe2+) 2NH4+ + 3O2 nitrosomonas 2NO2- + O2 NH4+ + 2O2 2NO2- + 4H+ + 2H2O + H 2NO3- VSV NO3- + H+ + H2O + H điều kiện cần thiết cho trình: pH =5,5 9,0 ,DO=0,5mg/l, to=5-40oC - Các tác nhân sinh học phơng pháp xử lý hiếu khí: Hệ sinh vật tác nhân sinh học trình xử lý nớc thải Các vi sinh vật tham gia trình xử lý nớc thải đợc sử dụng dới dạng bùn hoạt tính màng sinh học: + Bùn hoạt tính: Bùn hoạt tính tập hợp vi sinh vật khác dới dạng bùn Bùn có màu vàng nâu dễ lắng có kích thớc 3-150àm Những bùn bao gồm vi sinh vật sống chất rắn (40%) Những vi sinh vật sống vi khuẩn, nấm men, nguyên sinh động vật, loài giả túc, rong, tảo Các dạng vi sinh vật làm nớc thải không đơn việc phân huỷ hợp chất hữu cách nhanh chóng mà nhờ vào tạo thành dạng gắn kết chất keo, huyền phù vào cuộn để lắng xuống bể phản ứng điều kiện kiên việc làm nớc thải trình tạo thành bùn hoạt tính Những vi sinh vật dạng sợi tạo thành bùn hoạt tính bao gồm loại khác vi khuẩn dạng sợi, xạ khuẩn nấm Bản chất trình bám vi sinh vật thờng làm tăng kích thớc hạt nhờ việc hợp chất hạt nhỏ mà tạo thành hạt lớn 15 Thực tập tốt nghiệp Chẳng hạn nấm nhờ rễ giả sợi nấm giữ đợc nhiều hạt cuối liên kết chúng lại với cuối liên kết chúng lại với Zobell (1946) cho vi khuẩn tạo thành màng nhầy gây hiệu tơng tự Những nghiên cứu nhiều vi khuẩn tạo thành tiên mao hay ống pili gây kết đám hạt cực nhỏ Các vi khuẩn gắn hạt phù du tiên mao liên kết hạt lại với Năm 1914, hai nhà bác học ngời Anh Ardern Lockett thành công việc tạo thành bùn hoạt tính sử dụng bùn hoạt tính để xử lý nớc thải Nhiều phơng pháp tạo bùn hoạt tính trình xử lý đợc sử dụng, nhng chúng giống Kỹ thuật đợc sử dụng cách rộng rãi để xử lý nớc thải đô thị nớc thải công nghiệp Theo phơng pháp này, hợp chất hữu có tron nớc thải đợc vi sinh vật sử dụng điều kiện hiếu khí, khối vi sinh vật với cặn lắng xuống đáy bể gọi bùn hoạt tính Sau đồ thị biểu diễn mối quan hệ chuyển hóa chất hữu có nớc thải phát triển bùn Khối lượng bùn Chất hữu bùn S thời gian + Màng sinh học (màng sinh vật) Màng sinh học tập hợp loại sinh vật phát triển bề mặt vật liệu lọc có màng nhày, dày 1-3mm Phân tử màng sinh học có hình dạng khác nhau, kích thớc 15-30 àm với màu vàng xám màu nâu tối Tuy nhiên màu thay đổi tuỳ thuộc thành phần nớc thải 16 Thực tập tốt nghiệp Quá trình phân giải chất hữu chủ yếu sinh vật hiếu khí bề mặt tạo thành CO2 nớc Ngoài lớp màng sinh học có chứa vi sinh vật yếm khí đóng vai trò cho phân huỷ hợp chất hữu thành H2S, NH4-, axit hữu cơcác chất sau bị vi khuẩn yếm khí phân huỷ thành H 2SO4, HNO3, CO2, H2O theo thời gian màng sinh học ngày dày lên, lớp màng già bị bong vào dòng nớc thải Giới thiệu số hệ thống hoạt hoá bùn: bùn tuần hoàn dòng L2 dòng vào dòng thiết bị phản ứng thiết bị lắng bùn tuần hoàn bùn thải III.2 Phơng pháp xử lý yếm khí Từ thời xa xa ngời ta dùng phơng pháp để xử lý nớc thải nh kinh nghiệm dân gian Các phơng pháp xử lý yếm khí đợc dùng để lên men bùn cặn sinh trình xử lý phơng pháp sinh học, nh nớc thải công nghiệp chứa hàm lợng chất hữu cao (BOD=4000-5000mg/l) Đây phơng pháp cổ điển dùng để ổn định cặn bùn, sinh vật yếm khí (chủ yếu vi khuẩn) phân huỷ hợp chất hữu - Nguyên tắc : Sử dụng vi sinh vật yếm khí phân giải hợp chất hữu điều kiện O2 không khí, sản phẩm cuối hỗn hợp khí có CH 4, CO2,N2,H2 - Cơ chế : 17 Thực tập tốt nghiệp Quá trình chuyển hóa hợp chất hữu nớc thải vi sinh vật hô hấp yếm khí xảy theo giai đoạn : + Giai đoạn : vi sinh vật có sẵn nớc thải thuỷ phân hợp chất hữu phức tạp lipit thành hợp chất hữu đơn giản có trọng lợng nhẹ nh monosaccarit, aminoaxit để tạo nguồn thức ăn lợng cho vi sinh vật hoạt động + Giai đoạn : vi khuẩn tạo men axit biến đổi hợp chất hữu đơn giản thành axit hữu thờng axit axetic + Giai đoạn : vi khuẩn tạo metan chuyển hoá hydro axetic thành khí metan khí cacbonic Nhóm vi khuẩn gọi metan foocmơ Chúng có nhiều dày động vật nhai lại nh trâu, bò Vai trò quan trọng nhóm vi khuẩn tiêu thụ hydro axit axetic Chúng sinh trởng chậm trình xử lý yếm khí nớc thải đợc thực khí metan khí cacbonic thoát khỏi hỗn hợp - Các tác nhân sinh học phơng pháp xử lý yếm khí + Trong giai đoạn 1: tuỳ thuộc vào thành phần nguồn nớc thải mà có loài vi sinh vật chiếm u cụ thể Ví dụ môi trờng giàu dinh dỡng (tinh bột) vai trò Bactertum subtillus quan trọng Nếu môi trờng giàu xenlulo vai trò proten quan trọng Nếu môi trờng giàu protein vai trò Bacterium cali quan trọng Nếu môi trờng giàu lipit vai trò Bacterium điển hình (B propionicum) quan trọng Nếu môi trờng giàu Pectin vai trò Clotridium (vi khuẩn Butyric) phân giải pectin thành axit butyric quan trọng + Trong giai đoạn 2: hợp chất hữu lên men thành axit hữu 18 Thực tập tốt nghiệp Ngời ta phân lập đợc vi khuẩn lên men axit sau từ bể kị khí: Clotridium spp, Peptococus anaerobus, Bifidobactarium spp, Desulphovibrio spp, Corynebactarium spp, Lactobaciluss, Actinomyces Staphylococus Escherichia coli + Trong giai đoạn 3: ngời ta tìm thấy nhóm vi khuẩn có khả metan hoá axit hữu nhóm vi khuẩn metan hoá a ấm có to= 35-37oC, vi khuẩn thờng có dạng cầu khuẩn trực khuẩn, nhóm vi khuẩn metan hoá a ấm có nhóm vi khuẩn metan hoá a nóng có to=5055oC III.3 Một vài hệ thống thiết bị xử lý nớc thải Hệ thống Aeroten : Trong trình xử lý hệ thống aeroten, vi sinh vật trạng thái huyền phù Qúa trình làm trọng aeroten diễn theo mức dòng chảy qua hỗn hợp nớc thải bùn hoạt tính đợc xục khí Việc xục khí bảo đảm yêu cầu trình: làm tăng DO trì bùn hoạt tính trạng thái lửng lơ Trong bể aeroten tốc độ xục khí phụ thuộc vào yếu tố sau: - Tỷ số chất dinh dỡng số vi sinh vật (F/M) - Nhiệt độ môi trờng - Tốc độ sinh trởng hoạt động sinh lý vi sinh vật - Nồng độ sản phẩm độc tích tụ trình trao đổi chất - Lợng chất cấu tạo tế bào - Hàm lợng oxy hoà tan Sơ đồ hệ thống thiết bị hệ thống xử lý nớc thải aeroten: 19 Thực tập tốt nghiệp Trong đó: nước thải Aeroten sơ L1 Aeroten không khí L2 bùn hoạt tính L1: lắng sơ cấp L2: lắng thứ cấp Hệ thống UASB : Mô tơ Thùng yếm khí Khí Đệm Cửa quan sát Cánh khuấy Bùn Hệ thống xử lý nớc thải dựa nguyên tắc sử dụng vi sinh vật yếm khí phân giải hợp chất hữu Hệ thống đợc áp dụng để xử lý nhiều loại nớc thải công nghiệp nh: nớc thải nhà máy sản xuất đờng từ củ cải đờng, nớc thải nơi chng cất rợu, nhà máy bia Trong trình xử lý yếm khí UASB, nớc thải đợc đổ đầy vào bể phản ứng, chảy qua lớp đêm sinh học Khi lớp đệm tiếp xúc với lớp đệm 20 Thực tập tốt nghiệp trình phân giải diễn Các khí biogas đợc tạo thoát lên lam tuần hoàn nớc thải, điều giúp cho hình thành trì đệm sinh học Khí biogas đợc thu phía qua thiết bị có hình vòm Nớc thải đợc xử lý đợc đa qua khoang lắng chất rắn bị lắng xuống tạo thành bùn nớc phía bị tách Phần bùn đợc hồi lu lại bể yếm khí UASB để giữ cho đệm bùn hệ thống treo vân tốc chảy ngợc lên 6-9m/h Xử lý hệ thống thu đợc nớc sau xử lý mà thu đợc khí biogas sử dụng làm chất đốt IV Một số phơng pháp xử lý nớc thải có chứa phenol IV.1 Phơng pháp dùng CO2 tới hạn để xử lý nớc thải có chứa phenol IV.1.1 Cơ sở Nớc thải chứa phenol phần lớn đợc thải từ sở sản xuất thép Nồng độ phenol thờng thấy loại chất thải 6.8%.Trớc loại nớc thải đợc đa vào môi trờng, nồng độ phenol có nớc phải đợc giảm xuống 39 phần tỉ Dùng CO2 tới hạn phơng pháp để chiết suất phenol có nớc thải.Phơng pháp cho thấy tốn kinh phí so với phơng pháp khác nh đốt cháy, oxy hoá không khí ẩm ( oxy hoá nớc tới hạn) phơng pháp sinh học 21 Thực tập tốt nghiệp IV.1.2 Phơng pháp tiến hành Phơng pháp xử lý PFD đợc tiến hành nh sau: Nớc thải dòng đợc bơm làm lạnh tới chế hoạt động thiết bị tách Thiết bị tách T-301 đợc vận hành ngợc chiều để tách phenol khỏi nớc dòng 3, nớc đợc xử lý chứa CO2 đợc nén đun nóng để tách khí khỏi nớc Khí CO2 sau đợc tái sử dụng dòng 6, sau nớc đợc xử lý lại đợc làm lạnh nén tới áp suất không khí CO2 tới hạn, nớc, phenol đỉnh thiết bị tách đợc nén đun nóng CO2 dạng khí sau khíCO2 đợc tách khỏi nớc phenol đợc đa vào thiết bị khử khí V-302 CO2 đợc tái sử dụng dòng nớc phenol đợc tách thiết bị tách Phenol CO sót lại đợc đa khỏi đỉnh thiết bị tách V-302 Trong thiết bị khử khí T-303, CO2 lại đợc tái sử dụng dòng 10 Một phần nớc đợc sử dụng nh dòng ngợc thiết bị tách , phần lại đợc tái sử dụng nguồn cung cấp nớc thải Phenol khỏi đáy thiết bị tách chủ yếu nguyên chất , lại đợc làm lạnh nén tới áp suất không khí để lu trữ CO2 lại dòng 10 đợc nén kết hợp với CO2 dòng CO2 sau đợc nén làm lạnh tới chế vận hành để tái sử dụng thiết bị tách trình chủ yếu khí CO2 đợc tạo tái sử dụng, nhng lấy thêm khí CO2 từ bên vào thiết bị tách cần Một vài thông tin cần thiết dẫn: Trong thiết bị tách muốn tách phần khí CO nớc ngợc dòng nên ngời ta sử dụng máy tách thiết bị ngng tụ, thiết bị ngng tụ , tách khí , tách nớc đợc sử dụng thêm thiết bị tách rời Đối với điều kiện không tới hạn, ngời ta sử dụng áp suất không khí lí tởng với giá trị K ba pha LLV điều kiện này, sử dụng nhiều phơng pháp tối u Phơng pháp Peng-Robinson đợc sử dụng nh mô hình mẫu Đối với thiết bị tách , hầu nh thiết bị cho thấy có giá trị mặt lý thuyết Vì 22 Thực tập tốt nghiệp máy tách T-303 đợc lắp ráp nh máy tách thành phần với điều kiện lí tởng sở thông tin đợc công bố IV.2 Oxy hoá chất xúc tác nhiệt độ thấp nguồn n ớc thải có chứa phenol IV.2.1 Cở sở Phenol chất hữu thờng thấy có nguồn gốc từ ngành công nghiệp chế biến hoá học Với mà ta biết độ độc hại phenol, việc xử lý mục tiêu nhà nghiên cứu môi trờng nhiệt độ thấp, ô xi hoá chất xúc tác không đồng dạng lỏng hợp chất hữu phân huỷ có ý nghĩa lớn việc xử lý nớc bề mặt nớc ngầm bị ô nhiễm, nớc thải công nghiệp nguồn nớc thải khác Khả cho việc xử lý điều kiện không khí áp suất thích hợp ổn định, so với phơng pháp ôxi hoá nớc tới hạn không khí ẩm thành công thông qua việc sử dụng chất xúc tác thuộc dòng lỡng kim hoạt động cực mạnh Phơng trình phản ứng tổng quát oxy hoá hoàn toàn phenol thành hợp chất vô C6H5OH +CO2 -> 6CO 2+3H2O IV.2.2 Phơng pháp tiến hành 23 Thực tập tốt nghiệp Phơng pháp PFD đợc tiến hành nh sau: trình này, nớc thải chứa 6.8% phenol đợc bơm vào hệ thống dòng Lợng nớc sau đợc bơm vào máy bơm 901A/B đợc đun nóng máy nớc E-901 từ áp suất thấp lên tới áp suất nhiệt độ cần thiết Dòng chứa 200% khí O2 Ngời ta sử dụng không khí nh nguồn cung cấp oxy cho trình xử lý Dòng đợc nén thiết bị nén R-901 sau kết hợp với nớc thải trớc vào thiết bị phản ứng R-901 Trong thiết bị phản ứng ngời ta tính nớc ngng tụ với oxy Làm để hoàn thành đợc trình vấn đề tính toán khối lợng tơng đối phức tạp phải kết hợp với thiết kế thiết bị phản ứng Vì phải dùng tới vài loại thiết bị phản ứng đợc phun nớc Dòng thiết bị phản ứng lúc gồm có nớc, C02 , không chứa phenol Dòng chất lỏng sau vào máy tia V-902 nơi mà thứ đợc tách khỏi nớc tinh khiết IV.3 Xử lý nớc thải có chứa phenol phơng pháp bùn hoạt tính Đối với vấn đề xử lý phenol bùn hoạt tính nh ta thấy tác dụng bùn hoạt tính xử lý nớc thải nói trên, ta cần đề cập đến vấn đề làm để xử lý thật hiệu nớc thải có chứa phenol phơng pháp dùng bùn hoạt tính Với việc xử lý hệ thống Aeroten, sinh viên khoá trớc nghiên cứu để xử lý nớc thải có chứa phenol bùn hoạt tính , nhiên hệ thống số vấn đề - Thứ việc xử lý phenol với nồng độ cao( khoảng 1600 mg/l) cha đạt hiệu cao - Thứ hai mà lu lợng nớc đến khoảng 2000ml/ngày COD đầu hệ thống không đạt yêu cầu tiêu chuẩn nớc thải loại B Mặt khác lu lợng nh làm cho bùn tràn nhiều sang bể lắng khiến cho bơm tuần hoàn hoạt động không kịp, điều làm ảnh hởng đến 24 Thực tập tốt nghiệp hệ thống bùn bể Aeroten( < 3000 mg/l), làm giảm khả phân giải phenol hệ thống lợng bùn bị tràn sang bể lắng Vì em thấy đợc phải cố gắng nghiên cứu để hoàn thiện hệ thống aeroten để xử lý tốt đạt hiệu cao việc xử lý phenol có nớc thải phenol vốn chất độc thể ngời Kết luận Sau thời gian tìm hiểu nghiên cứu nớc thải phơng pháp xử lý nớc thải, em nhận thấy đợc nguồn nớc toàn nhân loại chung ta bị ô nhiễm trầm trọng, mà nớc nguồn tài nguyên thiên nhiên vô tận ngời chúng ta, ai phải nhận thức đợc cố gắng để bảo vệ môi trờng Đặc biệt sinh viên CNSH nh chúng em phải tham gia bảo vệ môi trờng mà phải cố gắng trực tiếp nghiên cứu để tìm phơng pháp để xử lý nớc thải- vấn đề làm đau đầu tổ chức bảo vệ môi trờng nạn khai thác nớc nhng không chịu xử lý nhà máy công nghiệp- Trong phơng pháp xử lý nớc thải, phơng pháp xử lý sinh học phơng pháp đạt hiệu cao, tốn gây ảnh hởng đến môi trờng xung quanh Nhận thức đợc mối hiểm hoạ ngời không tham gia bảo vệ môi trờng nên em định chọn đề tài xử lý nớc thải có chứa phenol để nghiên cứu làm đề tài tốt nghiệp cho 25 Thực tập tốt nghiệp Tài liệu tham khảo Trần Văn Nhân, Ngô Thị Nga Giáo trình công nghệ xử lý nớc thải- NXB Khoa học kĩ thuật, 2002 Trần Hiếu Nhuệ Tình hình chất lợng nguồn nớc mặt ô nhiễm khu CN VN Trần Hiếu Nhuệ Thoát nớc xử lý nớc thải công nghiệp- NXB Khoa học kĩ thuật,2002 Nguyễn Thị Kim Thái, Lê Hiền Thảo Sinh thái học bảo vệ môi trờng- NXB Xây Dựng, 1999 Toxicological Review : Phenol U.S Environmental Protection Agency- Washinton DC Janice Hamer Phenol Bioremediation Using Pseudomonas Biogilms, 1999 26 Thực tập tốt nghiệp Mục lục Lời nói đầu I.Tình hình, chât lợng nguồn nớc ô nhiễm môi trờng nớc ngành công nghiệp gây giới Việt Nam i.1.tình trạng ô nhiễm nguồn nớc giới I.2.Tình trạng ô nhiễm nguồn nớc Việt Nam II Phenol II.1 Đặc điểm tính chất phenol II.2 Các ứng dụng phenol công nghiệp II.3 Những ảnh hởng phenol đến ngời II.4 Các đờng hớng chuyển hoá sinh hoá phenol dẫn xuất phenol II.5 Hệ vi sinh vật tham gia vào trình phân giải phenol III Các phơng pháp sinh học xử lý nớc thải 12 III.1 Phơng pháp xử lý hiếu khí 14 III.2 Phơng pháp xử lý yếm khí 17 III.3 Một vài hệ thống thiết bị xử lý nớc thải 19 IV Một số phơng pháp xử lý nớc thải có chứa phenol 21 IV.1 Phơng pháp dùng CO2 tới hạn để xử lý nớc thải có chứa phenol 21 IV.1.1 Cơ sở 21 IV.1.2 Phơng pháp 22 IV.2 Oxy hoá chất xúc tác nhiệt độ thấp nguồn nớc thải có chứa phenol 23 27 Thực tập tốt nghiệp IV.2.1 Cở sở 23 IV.2.2 Phơng pháp tiến hành 24 IV.3 Xử lý nớc thải có chứa phenol phơng pháp bùn hoạt tính Kết luận 24 25 Tài liệu tham khảo 26 28