MỞ ĐẦU Việt Nam là một Quốc Gia có nghề nuôi trồng thủy sản phát triển, đóng góp một tỷ lệ lớn giá trị trong sản xuất nông nghiệp và xuất khẩu. Nuôi trồng thủy sản phát triển mạnh theo hướng thâm canh (công nghiệp) đòi hỏi một lượng rất lớn giống nuôi ổn định về số lượng cũng như chất lượng con giống. Để đáp ứng nhu cầu về giống cho sản xuất, hiện nay có khoảng 5000 trại nuôi giống thủy sản đang hoạt động với quy mô sản xuất chủ yếu là vừa và nhỏ. Cũng như nuôi thương phẩm, nước thải nuôi giống thủy sản bị ô nhiễm amôni, nitrit, nitrat là thành phần hình thành từ thức ăn dư thừa, từ quá trình trao đổi chất của loài nuôi và các chất bài tiết của chúng. Ở các nước tiên tiến trên thế giới (Mỹ, Úc, Israel, Tây Ban Nha, Ấn Độ, Đài Loan, Thái Lan…), nước nuôi giống thủy sản được xử lý trước khi thải ra môi trường, hoặc tái sử dụng nước nuôi theo mô hình sản xuất khép kín [48, 101, 102, 105]. Tại Việt nam, đại đa số các cơ sở để duy trì chất lượng nước nuôi giống thường áp dụng các giải pháp thay nước để pha loãng nồng độ các chất ô nhiễm trong môi trường nuôi (thay 15-200% trong ngày). Một số cơ sở (Cát Bà, Cửa Hội, Đại học Nha Trang) tiến hành xử lý nước nuôi giống bằng cách sử dụng công nghệ (nhập ngoại) lọc sinh học tầng tĩnh, tuy nhiên hiệu quả chưa cao do không tương thích với điều kiện sản xuất quy mô nhỏ và mang tính thời vụ như ở Việt Nam. Đối tượng chủ yếu cần phải xử lý trong nước nuôi giống là amôni, nitrit, đó là các loại tạp chất do vi sinh nitrat hóa (Nitrifiers) tiến hành xử lý. Nitrifiers là chủng vi sinh tự dưỡng thuộc loại có tốc độ phát triển thấp (so với vi sinh dị dưỡng [28]), hoạt động trong điều kiện nồng độ cơ chất thấp (amôni ít khi vượt 8 mg/l), trong điều kiện môi trường bị ức chế (độ muối 10-35% o ), mức độ đòi hỏi làm sạch rất sâu (>95 %). [51, 85, 86, 87] Nghiên cứu động học quá trình nitrat hóa trong điều kiện ức chế chính là thiết lập mối tương quan giữa nồng độ amôni theo thời gian phụ thuộc vào các điều kiện ức chế đó, hay chính là xác định sự ảnh hưởng của độ muối, nồng độ amôni đầu vào, sự có mặt chất hữu cơ và nhiệt độ [20, 27, 46, 51, 76, 78]… lên tốc độ phản ứng. Các nghiên cứu trước đây thường gán cho phản ứng theo bậc 1 (vùng nồng độ thấp) và bậc 0 (vùng nồng độ cao) gặp phải một số hạn chế không đánh giá được chi tiết khả năng cung cấp cơ chất (bậc phản ứng) khi sử dụng kỹ thuật màng vi sinh tầng chuyển động. Một kỹ thuật có ưu điểm hơn hẳn các kỹ thuật đang áp dụng như lọc nhỏ giọt, đĩa quay sinh học hay lọc tầng tĩnh [1, 2, 12, 37, 47, 77, 83, 100]. Với định hướng thiết lập giải pháp công nghệ xử lý đáp ứng được các tiêu chí: hiệu quả cao, thích hợp với quy mô vừa và nhỏ, có tính chất thời vụ, kỹ thuật màng vi sinh chuyển động hay màng vi sinh di động (Moving Bed Biofilm Reactor, MBBR) được lựa chọn là giải pháp với mục đích tăng khả năng tích lũy sinh khối trên một đơn vị thể tích và tăng cường quá trình chuyển khối trong hệ xử lý cũng như tính chọn lọc của loại vi sinh cần thiết. [7, 22, 23, 24, 26, 33, 35, 98] Để đạt được mục đích nêu trên, nội dung khoa học chính được nghiên cứu bao gồm: Nghiên cứu về chất mang vi sinh đáp ứng các tính năng: diện tích bề mặt lớn, độ xốp cao, dễ chuyển động, thích hợp cho vi sinh Nitrifier phát triển. 1. Nghiên cứu quá trình động học nitrat hóa trong điều kiện ức chế. 2. Nghiên cứu quá trình chuyển khối liên quan đến chuyển động của chất mang trong môi trường nước (thủy động lực), quá trình chuyển khối của oxy trong hệ phản ứng, và của quá trình chuyển khối trong màng vi sinh. 3. Mô hình hóa và mô phỏng quá trình xử lý nước thải nuôi giống thủy sản. 4. Tiến hành nghiên cứu thử nghiệm quy mô pilot để đánh giá và kiểm nghiệm hiệu quả của các kết quả thu được. 2 Đề tài “Nghiên cứu động học quá trình nitrat hóa trong môi trường bị ức chế theo kỹ thuật màng vi sinh chuyển động” với các nội dung trên nhằm cung cấp dữ liệu khoa học, góp phần thiết lập công nghệ xử lý và tái sử dụng nước nuôi giống thủy sản.
B GIO DC V O TO VIN HN LM KHOA HC V CễNG NGH VIT NAM HC VIN KHOA HC V CễNG NGH - PHM THI HễNG C NGHIấN CU NG HC QU TRèNH NITRAT HểA TRONG MễI TRNG BI C CH THEO K THUT MNG VI SINH CHUYN NG LUN N TIN S HểA HC H Ni 2016 MC LC LI CAM OAN! _ MC LC _ i DANH MC CAC KY HIU VIT TT v CAC THAM Sễ S DNG TRONG Mễ HINH ASM ix CAC H Sễ LIấN QUAN N SINH KHễI TRONG MNG VI SINH _ xi DANH MC CAC BNG xiv DANH MC CAC HINH VE xvi M U CHNG TNG QUAN 1.1 Nc thi nuụi ging thy sn v tỏi s dng nc thi. 1.2 Cụng ngh mng vi sinh di ng 1.2.1 Mng vi sinh, cht mang vi sinh s dng k thut mng vi sinh di ng _ 1.2.1.1 Mng vi sinh 1.2.1.2 Cht mang vi sinh 1.2.2 Chuyn h s dng mng vi sinh _ 10 1.2.2.1 Thy ng lc chuyn ngoi 10 1.2.2.2 Khuch tỏn mng vi sinh 16 1.3 Quỏ trỡnh nitrat húa _ 18 1.3.1 C ch _ 18 1.3.2 ng hc quỏ trỡnh nitrat húa _ 22 1.3.3 Cỏc yu t nh hng v c ch n quỏ trỡnh nitrat húa _ 26 1.3.3.1 nh hng ca nhit _ 26 1.3.3.2 nh hng ca oxy _ 27 i 1.3.3.3 c ch nh hng ca nụng amụni thp 29 1.3.3.4 nh hng ca mui 30 1.3.3.5 nh hng ca mt s yu t khỏc (pH, c t, amụniac v axit nitr, nụng amụni cao) 32 1.4 Mụ hỡnh húa cho h mng vi sinh di ng _ 33 1.4.1 Quỏ trỡnh chuyn c cht k thut MBBR _ 37 1.4.2 Phỏt trin mụ hỡnh ASM1 thnh ASM1_MBBR 44 1.4.3 Phỏt trin mụ hỡnh ASM3 thnh ASM3_MBBR 46 CHNG _ 51 THC NGHIM _ 51 2.1 Phng phap phõn tớch 51 2.1.1 Amụni _ 51 2.1.2 Nitrit 51 2.1.3 Nitrat 52 2.1.4 mui _ 52 2.1.5 oxy húa _ 52 2.1.6 Oxy hũa tan _ 52 2.1.7 Hụ hp k 53 2.2 Húa cht v võt liu, thit b nghiờn cu 54 2.2.1 Húa cht _ 54 2.2.2 Cht mang 55 2.2.2.1 Xỏc nh hm lng ph gia cht mang 55 2.2.2.2 Xỏc nh lng riờng thc, biu kin, v xp 56 2.2.2.3 Din tớch bờ mt, BET _ 57 2.2.2.4 Xỏc nh cu trỳc hỡnh thỏi vt liu mang 58 2.2.3 H thớ nghim mng vi sinh di ng _ 58 2.3 Thớ nghim 60 2.3.1 Thớ nghim ỏnh giỏ thy ng lc 60 ii 2.3.2 Thớ nghim ỏnh giỏ quỏ trỡnh chuyn ca oxy _ 60 2.3.3 Thớ nghim ỏnh giỏ tc nitrat húa 62 2.3.3.1 nh hng ca nụng amụni 63 2.3.3.2 nh hng ca mui _ 63 2.3.3.3 nh hng ca t l vt liu mang _ 64 2.3.3.4 nh hng ca thnh phn cht hu c _ 64 2.3.3.5 nh hng ca nhit _ 65 2.3.4 H thớ nghim quy mụ pilot 65 2.4 Phng phỏp phõn tớch cỏc s liu ng hoc _ 66 CHNG _ 70 KT QU V THO LUN _ 70 3.1 Cht mang vi sinh _ 70 3.2 Quỏ trỡnh chuyn _ 80 3.2.1 Thy ng lc hc ca pha rn k thut mng vi sinh di ng 80 3.2.2 Quỏ trỡnh chuyn ca oxy 91 3.3 nh hng ca cỏc yu t lờn quỏ trỡnh nitrat húa 95 3.3.1 nh hng ca mui _ 95 3.3.2 nh hng ca mt vt liu mang lờn tc quỏ trỡnh nitrat húa _ 104 3.3.3 nh hng ca kớch thc vt liu mang n nitrat húa v kh nitrat 105 3.3.4 nh hng ca nụng amụni u vo 107 3.3.5 nh hng ca cht hu c _ 109 3.3.6 nh hng ca nhit 115 3.4 Kt qu thớ nghim qui mụ pilot 120 3.5 Nghiờn cu mụ hỡnh húa v mụ phng _ 125 3.5.1 Mụ hỡnh ASM1_MBBR 125 3.5.2 Mụ hỡnh ASM3_MBBR 129 KT LUN 136 iii Ký hiu DANH MC CAC KY HIU VIT TT Danh phỏp AF Din tớch bờ mt mng vi sinh m2 D H s khuch tỏn cm2.ngy-1 I Tỏc nhõn quy i lng phỏp gTSSgCOD-1 K H s ng hc Ph thuc vo s chuyn húa Kx Hng s thy lc mgCODpmgCOD-1 K Hng s bỏn bóo hũa Monod mgL-1 vd Tc phõn hy g/m3/ngy ng H s cho s phỏt trin ca vi - sinh thiu khớ F Cỏc ht nh tr - ix Amụni thnh phn mgNmgCOD-1 L dy M V Th tớch m3 Q Tc dũng m3 ngy-1 KLa H s chuyn húa oxy h-1 r (v) Tc chuyn húa g.m-3.ngy-1 S Nụng c cht mg.L-1 WWTP H thng x lý nc thi HRT Thi gian lu thy lc H MLSS Cht rn l lng huyờn phự mg.L-1 MLVSS Cht rn l lng d bay hi mg.L-1 TN Tng nit mg.L-1 NH4+-N Amụni mg.L-1 NOx-N Nitrit + Nitrat (N) mg.L-1 v DO Oxy hũa tan mg.L-1 TSS Tng cht rn l lng mg.L-1 VSS Tng cht rn bay hi mg.L-1 TCOD Tng COD mg.L-1 FCOD COD lc hũa tan mg.L-1 CODsol COD tan mg.L-1 ASM Mụ hỡnh bựn hot tớnh - AS Bựn hot tớnh MBBR K thut mng vi sinh di ng X Y Z M Mt sinh ca cỏc ht mg.L-1 cht rn mg.mg-1 H s hiu sut sinh Khong cỏch ti bờ mt mng vi sinh M T trng trung bỡnh mng vi sinh Kg.m-3 Khong cỏch chiờu sõu thõm - nhp Mu Tc phỏt trin ti a ngy-1 V H s lng phỏp g.g-1 uf Tc chuyn húa ms-1 BA Vi sinh t dng huyờn phự BH Vi sinh d dng huyờn phự Anox Vi sinh d dng thiu khớ At Bỏm dớnh NH Amụni S Cht hu c tan vi OH Vi sinh d dng bóo hũa oxy OA Vi sinh t dng bóo hũa oxy NO Nitrat (N) H Thy phõn A Amụni cht hu c G Phỏt trin B Sinh P Ht I Tr ND Nit hu c i Loi c cht j Loi, h s v bin trng thỏi U Trờn BHad BAad Vi sinh d dng mng vi sinh Vi sinh t dng mng vi sinh Sim Mụ hỡnh húa Meas o c Var Bin Cal Chun húa kdt H s kt dớnh - kd Tc kt dớnh m.s-1 E Hiu sut - Bin sai s - Sav nhy - vii O u P Thụng s mg.l-1 viii CAC THAM Sễ S DNG TRONG Mễ HINH ASM Ký hiu S mụ t thụng s muA Tc phỏt Hiu chnh c trng 0,4 0,80 0,2-1 [60] 0,22 0,24 0,07- [60] [mgCODmgNH4 Khong Tham bin i kho n v [ngy1] trin ti a ca vi sinh d dng YA H s hiu sut ca vi sinh t N1] 0,28 dng KNH H s bóo hũa - 1,00 0,4-2 [60] [mgL1] 6,00 3,00 0,6-8 [60] [1/ngy] - 0,67 0,38- [60] mgCOD/mgCOD cho amụni muH Tc phỏt trin ti a ca vi sinh d dng YH H s hiu sut ca vi sinh d 0,75 dng Ks H s bóo hũa 20,00 15,00 5-225 [60] [mgL1] 0,20 0,015- [60] [mgL1] [60] [mgL1] cho cht hu c KOH H s bóo hũa vi sinh - d 0,2 dng cho oxy KOA H s bóo hũa 0,20 0,40 ix 0,4-2 vi sinh t dng cho oxy KNO H s bóo hũa - 0,50 0,1-0,5 [60] [mgL1] 128 - - o [ngy1] 0,45 0,30 0,05-1,6 [60] [ngy1] - 0,2 0,05-2 [60] [ngy1] - 0,80 - [60] [-] 1,00 3,00 1,5-4,5 cho nitrat KLa H s chuyn oxy bH Tc phõn hy vi sinh d dng BA Tc phõn hy vi sinh t dng hg H s phỏt trin vi sinh d dng thiu khớ kh Tc thy [60] [mgCODpmgCOD ngy1] phõn KX Hng s thy 0,01 0,90 phõn ka 0,015- [60] [mgCODpmgCOD 0,045 H s chuyn 0,04 0,05 húa nit hu 0,04- ] [60] [LmgCOD1d1] [60] [-] 0,12 c thnh nit fP Thnh phn - 0,08 ca vt liu tr sinh x - nitrit, nitrat, COD (Mn) giai on mụ hỡnh húa v mụ phng iờu kin n nh tng ng vi cỏc s liu thớ nghim pilot ấ XUT NGHIấN CU TIP THEO Vi mc tiờu thit lp cụng ngh x lý nc thi v tỏi s dng nguụn nc thi ú chu trỡnh sn xut khộp kớn cho vựng nuụi ging hi sn mt cỏch cú hiu qu, cn b sung thờm cỏc nghiờn cu c bn vi cỏc ni dung xut: Nghiờn cu nh hng ca dy mng vi sinh lờn dũng khuch tỏn hiu bit cn k hn vờ vai trũ ca quỏ trỡnh khuch tỏn lờn hiu qu quỏ trỡnh x lý nc thi, nht l s dng k thut mng vi sinh vi cht mang cú xp ln v din tớch bờ mt cao Nghiờn cu quỏ trỡnh x lý ớt hoc khụng cú bựn thi thụng qua kh nitrat s dng nguụn cht hu c t phõn hy ni sinh (sinh khi) v t nguụn hu c khụng tan (phõn, thc n d tha) v ụng thi gim mc tớch ly nitrat, thnh phn cng khụng mong mun cú mt mụi trng nuụi ging hi sn Bin phỏp kh trựng hu hiu mụi trng nc mn khụng nhng cú kh nng tiờu dit vi khun m cũn hng ti cỏc loi vi sinh vt gõy bnh khỏc bng cỏc k thut thớch hp h thng x lý nc thi nuụi ging hi sn Nghiờn cu mụ hỡnh húa v mụ phng quỏ trỡnh kh tt (quỏ trỡnh Anamox, Sharon thớch hp cho mụi trng nghốo cht hu c v mụi trng nc mn) cho h thng x lý nc thi bng phng phỏp vi sinh bng cỏch s dng cỏc mụ hỡnh toỏn hc v phn mờm tin hc thớch hp NHNG ểNG GểP MI CUA LUN AN Lun ỏn ó úng gúp mt s kt qu mi nh sau: úng gúp mt s kt qu phỏt trin k thut mng vi sinh di ng ó nghiờn cu, xỏc nh v c trng loi vt liu mang xp polyuretan cú nhiờu u im cụng ngh x lý nc thi 140 úng gúp vo ng hc quỏ trỡnh nitrat húa iờu kin c ch ó nghiờn cu x lý s liu theo nhiờu phng phỏp khỏc ó nghiờn cu cỏc yu t nh hng lờn ng hc quỏ trỡnh nitrat húa c bit ỏnh giỏ nh hng ca cỏc yu t ú lờn hng s tc phn ng (k) v bc phn ng (n) hng s m theo cỏc cụng trỡnh nghiờn cu trc õy gỏn cho cỏc giỏ tr bc (vung nụng cao), bc (vung nụng thp) ó mụ hỡnh húa quỏ trỡnh nitrat húa bng cỏch phỏt trin mụ hỡnh bựn hot tớnh cho mụ hỡnh mng vi sinh di ng iờu kin b c ch bi mui, mt mụ hỡnh khỏ mi m trờn th gii, v hon ton mi ti Vit Nam (ASM1_MBBR; ASM3_MBBR) TINH KHOA HC V GIA TRI THC TIấN CUA LUN AN Kt qu t c cú th úng gúp vo cụng ngh mng vi sinh di ng x lý khụng ch nc thi nuụi trụng thy sn m nhiờu loi hỡnh nc thi khỏc Nhng kt qu t c cú th s dng cho vic x lý tỏi s dng nc nuụi thu sn, gúp phn sn xut bờn vng Ch ng kim soỏt quỏ trỡnh sn xut ging thy sn 141 DANH MC CAC BI BAO CễNG Bễ Pham Thi Hong Duc, Le Van Cat and Jean-Luc Vasel Modelisation of Nitrification under Inhibited Environment by Moving Bed BioFilm Reactor Technique American Journal of Environmental Sciences (6): 553-559, 2010 Pham Thi hong Duc, LE Van Cat* and Jean-Luc VASEL** N Removal modelisation and simulation for fishery waste water in moving bed biofilm reactor (MBBR) with modified ASM3 model Tp Húa hc, ISSN: 0866 7144, vol 51 (2):206-212, 2013 Le Van Cat, Dao Duy Khanh, Huu Thi Ngan, Pham Thi Hong Duc Nitrogen removal from domestic waste water by moving bed biofilm reactor Tp Húa hc, ISSN: 0866 7144, vol 51 (2):246251, 2013 Pham Thi Hong Duc, Nguyen Thanh Ha, Le Van Cat Simultaneous nitrification and denitrification in saline water Tp Húa hc, ISSN: 0866 7144, vol 51 (3):379-383, 2013 Phm Th Hụng c, Lờ Vn Cỏt Mụ hỡnh húa nh hng ca mui lờn quỏ trỡnh nitrat húa bng k thut mng vi sinh tng chuyn ng Tp KH&CN T48 (3): 43-49 2010 Phm Th Hụng c, Lờ Vn Cỏt Mụ hỡnh húa nh hng ca cht hu c dng tan lờn quỏ trỡnh nitrat húa bng k thut mng vi sinh tng chuyn ng Tp Húa hc T47 6B: 50 -55 2009 Dao Duy Khanh, Pham Thi Hong Duc, Huu Thi Ngan Study on the simultaneous nitrification ang denitrification (SND) under inhibited conditions The Second Youth Scientific Conference Scientific Reports: 33-40 VAST, Institute of Chemistry 2010 Phm Th Hụng c, Lờ Vn Cỏt Phỏt trin cụng ngh x lý nc thi bng k thut mng vi sinh tng chuyn ng Hi ngh Khoa hc k nim 35 nm thnh lp Vin KH&CN Vit Nam, 10/2010 142 TI LIU THAM KHO A R Dinỗer et al., Salt inhibition kinetics in nitrication of synthetic saline wastewater Enzyme and Microbial Technology, 2001, 28: 661 665 A R Dincer, F Kargi, Salt inhibition kinetics in nitrification of synthetic saline wastewater Environ Technol 1999, 29: 1147-1153 A Saltelli Sensitivity analysis, John Wiley & Sons, Chichester 2000 A Schramm, D.D Beer, M Wagner, R Amann, Identification and activities in situ of Nitrosospira and Nitrospira spp as dominant populations in a nitrifying fluidized bed reactor, Appl Microbiol Biotechnol 1998, 64: 34803485 APHA, AWWA and WEF, Standard methods for the examination of water and wastewater, 1995, 19 th Ed., USA B Jọhne and E.C Monahan, Air Water Gas Transfer, Selected papers from the Third International Symposium on Air-Water Gas Transfer 1995 B Rusten, Bjứrnar Eikebrokk, et al Design and operations of the Kaldnes moving bed biolm reactors Aquacultural Engineering, 2006, 34: 322331 B Rusten, H Ooegaaro, and A Lunoar, Treatment of dairy wastewater in a novel moving bed biofilm reactor Wat Sci Tech., 1992, 26, (3/4), 703 B Rusten, Jon G Siljudalen, B Nordeidet Upgrading to nitrogen removal with the KMT moving bed biofilm process Water Science and Technology, 1994, 29, No 12: 185 195 10.B Sharma, R.C Ahlert Nitrification and nitrogen removal Water Res 1997, 11: 897 - 925 11.B Szatkowska, E Plaza, J Trela, B Hultman, J Bosander, Combined partial nitritation and anammox biofilm system as a sustainable solution for supernatant treatment Water Pract Technol 2007, (1) http://dx.doi.org/10.2166/wpt.2007.0005 143 12.Ben van den Akker Application of high rate nitrifying trickling lters for potable water treatment Water research 2008, 42: 45144524 13.C E Boyd, C S Tucker Pond aquaculture water quality management, Kluver Academic Press 1998 14.C N Saterfield Mass transfer in heterogeneous catalysis New York (1975) 15.C Tang, P Zheng, B L Hu, J W Chen, C H Wang Influence of substrates on nitrogen removal performance and microbiology of anaerobic ammonium oxidation by operating two UASB reactors fed with different substrate levels J Hazard Mater.2010, 181: 1926 16.C W Randall, J L Barnard, H D Stensel Design and retrofit of wastewater treatment plants for biological nutrient removal Technomic Publ 1992 Lancaster Basel 17.C Y Lee, Model for biological reactors having suspended and attached growths J Hydr Eng 1992, 118(6) 18.D R Noguera, E Morgenroth Introduction to the IWA task group on biofilm modelling Wat Sci Technol 2004, 49, No 11-12: 131-136 19.D R Noguera, S Ojabe, and C Picionerau, Biofilm modelling: presente status and future directions Water Sci Technol 1999, 39(7): 273-278 20.D S Hagopian, J G Riley A closer look at the bacteriology of nitrification Aquacultural Engineering , 1998, 18: 223244 21.D Torres-Martớnez, R Melgarejo-Torres Hydrodynamic and oxygen mass transfer studies in a three-phase (airwaterionic liquid) stirred tank bioreactor Biochemical Engineering Journal 2009, 45: 209217 22.E H Eding, A Kamstra, J.A.J Verreth, E.A Huisman, A.Klapwijk Design and operation of nitrifying trickling filter recirculating aquaculture: A review, Aquacultural Engineering 2006, 34:234-260 23.F G Wessman, C H Johnson Cold weather nitrification of lagoon effluent using a moving bed biofilm reactor (MBBR) treatment process Water Environment Foundation, 2006 144 24.G Andreottola, P Foladori, M Ragazzi, F Tatano Experimental comparison between MBBR and activated sludge system for the treatment of municipal wastewater Water Science and Technology, 2000, 41, No 5: 375 382 25.G Camilla and D Gunnel Development of Nitrification inhibition assays using pure cultures of Nitrosomonas and Nitrobacter Wat Res 2001, 35, No2: 433440 26.G Sin, J Weijma, H Spanjers, I and Nopens Dynamic model development and validation for a nitrifying movingbed biofilter: effect of temperature and influent load on process performance Process Biochem 2008, 43: 384-397 27.H Furumai, T Kawasaki, T Futawatari, T Kusuda Effects of salinity on nitrification in a tidal river Water Sci Technol 1988, 20:165-174 28.H Horn, and D.C Hempel Growth and decay in an auto-/heterotrophic biofilm Water Res 1997, 31(9): 2243-2252 29.H J Eberl, E Morgenroth, D Noguera, C Picioreanu, B E Rittmann, Van Loosdrecht, M.C.M and O Wanner Mathematical Modelling of Biofilms IWA Scientific and Technical Report No.18, IWA Publishing, IWA Task Group on Biofilm Modelling, 2006, ISBN 1843390876: 28 - 45 30.H ỉdegaard, B Rusten and H Badin Small wastewater treatment plants based on moving bed biofilm reactors Water Science and Technology 1993, 28, No10: 351 - 359 31.H ỉdegaard, B Rusten and T Westrum A new moving bed biofilm reactor - applications and results Water Science and Technology, 1994, 29, No 10 11: 157 - 165 32.H ỉdegaard, Innovations in wastewater treatment: the moving bed biofilm process Water Sci Technol 2006, 53 (9): 1733 33.H ỉdegaard Advanced compact wastewater treatment based on coagulation and moving bed biofilm processes Water Science and Technology, 2000, 42, No 12: 33 - 48 145 34.Harbor Branch Oceanographic Institution [Farming Marine Shrimp in Recirculating Freshwater Systems] 35.Hiroshi Nagashima, Toshifumi Ishikura, Mitsuharu Ide Flow characteristics of a small moving bed downcomer with an orice under negative pressure gradient Powder Technology 2009, 192: 110 115 36.Idaho Waste Management Guidelines for Aquaculture Operations Water quality and Waste Management concerns 37.J B Watten et al., Comparative performance of fixed film biological filters: Application of reactor theory Aquacult Eng., 2006, 34: 198 213 38.J C Kissel, P L McCarty and R L Street, Numerical simulation of mixed-culture biofilm J Env Eng., 1984, 110(2): 393-412 39.J Colt, D.A Armstrong, Nitrogen toxicity to crustaceans, sh, and mollusks In: Allen, L.J., Kinney, E.C (Eds.), Proceedings of the BioEngineering Symposium for Fish Culture American Fisheries Society, 1981, 3447 40.J E Huguenin, J Colt, Design and Operating Guide for Aquaculture Seawater Systems Developments in Aquaculture and Fisheries Science, Elsevier Science Publishers B.V., 1989, vol 20, Amsterdam, the Netherlands 41.J H Hunik, H.J.G Meijer, J Tramper, Kinetics of Nitrosomonas europaea at extreme substrate, product and salt concentrations Appl Microbiol Biotechnol 1992, 37:802-807; 42.J H Hunik, H.J.G Meijer, J Tramper, Kinetics of Nitrosomonas europaea at extreme substrate, product and salt concentrations Appl Microbiol Biotechnol 1993 40:442-448 43.J H Kim, G Xuejun, P Hung-Suck Comparison study of the effects of temperature and free ammonia concentra tion on nitricatio n and nitrite accumulation Process Biochemistry 2008, 43:154160 44.J J W Hulsbeek, J Kruit, P.J Roeleveld and M C M Van Loosdrecht A practical protocol for dynamic modelling of activated sludge systems Water Science and Technology, 2002, 45 (6), 127-136 146 45.J Ling*, S Chen Impact of organic carbon on nitrication performance of different biolters Aquacultural Engineering 2005, 33: 150162 46.J P Boltz, B R Johnson, G T Daigger and J Sandino Modelling integrated fixed-film activated sludge and moving-bed biofilm reactor systems I: mathematical treatment and model development Water Environ Res., 2009, 81, 555-575 47.J Pant et al., Bio-resource ow in integrated agricultureaquaculture systems in a tropical monsoonal climate: a case study in Northeast Thailand Agricultural Systems 2005, 83:203219 48.J Perez et al., Modelling biofilm and floc diffusion processes based on analytical solution of reaction-diffusion equations Water Research 2005, 39:13111323 49.J S Gansler Department of Defense Modelling and Simulation (M&S) Glossary 1998: 50 - 59 50.J W Meade, Allowable ammonia for sh culture Prog FishCult 1985, 47: 135145 51.J Yan, Y.Y Hu, Partial nitrication to nitrite for treating ammoniumrich organic wastewater Bioresource Technology 2009, 100: 2341 2347 52.K C Richard et al, (1984) Anaerobic Treatment: Temperature and Nutrient Effects Agricultural Wastes 10: 135-154 53.K Emerson, R.C Russo, R.E Lund, and R.V Thurston Aqueous Ammonia Equilibrium Calculations: Effects of pH and Temperature, Journal of the Fisheries Research Board of Canada Vol 1975, 32: 2379 - 2383 54.L Bonomo, G Pastorelli, E Quinto and G Rinaldi Tertiary nitrification in pure oxygen moving bed biofilm reactors Water Science and Technology, 2000, Vol 41, No 5: 361 - 368 55.L H J Vredenbergt, K Nielsen, A A Potma , G H Kristensen, C Sund, Fluid bed biological nitrification and denitrification in high salinity wastewater Water Sci Technol., 1997, 36: 93-100 147 56.L J Hem et al., Nitrification in a moving bed biofilm reactor Wat Res., 1994, 28: 1425-1433 57.L J Hem, A Broch-Due, E.A.N.D Mattsson, T Westrum, Treatment of forest industry wastewaters in moving bed biofilm reactors In Proc, 49th Ann Purdue Universily Industrial Waste Conf., Purdue University Lewis Publishers Michigan, US, 1994, 509 58.L Marc-Andre Seawater denitrication in a closed mesocosm by a submerged moving bed biolm reactor Water Research 2005, 39: 34093417 59.L Michaud, et al Effect of particulate organic carbon on heterotrophic bacterial populations and nitrication efciency in biological lters, Aquacultural Engineering, 2006, 34: 224233 60.L Yong-Qiang, et al COD removal and nitrication of low-strength domestic wastewater in aerobic granular sludge sequencing batch reactors Enzyme and Microbial Technology, 2007, 42: 2328 61.Lovisa Bjửrnsdotter, Study of Nitrification rates in a biofilm system Chalmers University of Technology, Gurteborg 2005 62.M Badiola, D Mendiolaa, J Bostock Recirculating Aquaculture Systems (RAS) analysis: Main issues on management and future challenge Aquacultural Engineering 51(2012) 26-35 63.M Henze, C Grady, W Gujer, G Marais, and T Matsuo Activated Sludge Model N1 IAWPRC Task Group on Mathematical Modelling for Design and Operation of Biological Wastewater Treatment IAWPRC Scientific and Technical Reports No1, 1987 64.M Henze, Characterization of wastewater for modelling of activated sludge processes Water Science and Technology, 1992, 25(6): 1-15 65.M Henze, P Harremoes, J L C Jansen, and E Arvin, Wastewater Treatment: Biological and Chemical Processes 2002: ISBN 3-54042228-5, Springer - Verlag Berlin Heidelberg, Germany 66.M Henze, W Gujer, T Mino, M Van Loosdrecht IWA Activated sludge models ASM1, ASM2, ASM2d and ASM3 IWA publishing, 2000 148 67.M Liu, Xuan-Ping Tang, et al., Studies on the hydrodynamic and heat transfer in a vaporliquidsolid owboiling system with a CCD measuring technique Chemical Engineering Science 2004, 59: 889 899 68.M Plattes et al modelling and dynamic simulation of a moving bed bioreactor using respirometry for the estimation of kinetic parameters Biochemical Engineering Journal, 2007, 33: 253259 69.M R Morper Upgrading of activated sludge systems for nitrogen removal by application of the Linporõ - CN process Water Science and Technology 1994, 29, No 12: 167 176 70.M S Moussa, Nitrification in saline industrial wastewater Dissertation Delft University of Technology, 2004 71.M Van Loosdrecht (Issue Editor) From Nutrient removal to recovery Wat Sci Technol (2003) Vol 48, Nr 72.M.A.B Catalan-Sakairi, P.C Wang, M Matsumura Nitrification performance of marine nitrifiers immobilized in polyester and macroporous cellulose carriers Fermentation and Bioeng 1997, 84: 563-571 73.Mogens, Henze; Gujer Willi, Mino Takashi, and van Loosdrecht Mark Activated sludge models ASM1, ASM2, ASM2d and ASM3, London, 2000, IWA publishing ISBN 1-900222-24-8 74.O Wanner and Reichert, P., Mathematical modelling of mixed-culture biofilms Swiss Federal Institute for Environmental Science and Technology (EAWAG), Switzerland, 1995, Page 30 of 45 75.P Antoniou, J Hamilton, B Koopman, R Jain, B Holloway, G Lyberatos, S A Svoronos, Effect of temperature and pH on the effective maximum specific growth rate of nitrifying bacteria Water Res 1990, 24: 97-101 76.P Harremửes et al Biofilm Kinetics In: Water Pollution Microbiology Mitchell, M (ed.) 1978, 2: 71-109 77.P Harremoes, E Arvin (ed.) Biofilm kinetics and fixed film reactor Dep Envir Eng Techn Uni Denmark Lyngby Denmark (1990) 149 78.P Jenicek, P Svehla, J Zabranska, M Dohanyos, Factors affecting nitrogen removal by nitritation/denitritation Water Sci Technol 2004, 49: 7379 79.P Joóo Bassin, Marcia Dezotti et al Nitrication of industrial and domestic saline wastewaters in moving bed biolm reactor and sequencing batch reactor Journal of Hazardous Materials 2011, 185: 242248 80.P Vanrolleghem, H Spanjers, B Petersen, P Ginestet, and I Takacs, Estimate (combination of) activated sludge model N1 parameters and components by respirometry Water Sci Technol 1999, 39(1): 195214 81.P.T.H Duc, Le Van Cat, J.L Vasel, The impact of salinity on nitrification under inhibited environment by MBBR technique American Journal of Environmental Sciences 2010, (6): 553-559, ISSN 1553-345X) 82.Q Fontenot, C Bonvillain, M Kilgen, R Boopathy, Eects of temperature, salinity, and carbon: nitrogen ratio on sequencing batch reactor treating shrimp aquaculture wastewater Bioresource Technology 2007, 98:17001703 83.R Oostervelda, L F Pederse, P B Pedersen Nitrification performance and robustness of fixed and moving bed biofilters having identical carrier elements Aquacultural Engineering 65 (2015) 37-45 26-35 84.R C Charley, D G Hooper and A G McLee, Nitrification kinetics in activated sludge at various temperatures and dissolve oxygen concentrations Water Research, 1979, 14: 1387 1396 85.R Crab, Y Avnimelec, T Defoirdt, P Bossier, W Verstraete Nitrogen removal techniques in aquaculture for a sustainable production (Review article) Aquaculture 270 (2007) 114 86.R D Zweig et al., Source water quality for Aquaculture; A guide for assessment Environmentally and socially sustainable development; rural development, 1999, The World Bank Washington, D C 150 87.R F Malone a, J Bergeron, C M Cristina Linear versus Monod representation of ammonia oxidation rates in oligotrophic recirculating aquaculture systems Aquacultural Engineering 2006, 34: 214223 88.R F Malone, J Bergeron, C.M Cristina, Linear versus Monod representation of ammonia oxidation rates in oligotrophic recirculating aquaculture systems Aquacult Eng 2006, 34: 214-223 89.R F Malone, J Bergeron, Chad M Cristina Linear versus Monod representation of ammonia oxidation rates in oligotrophic recirculating aquaculture systems Aquacultural Engineering (2006) 34: 214223 90.R Grommen, V Hauteghem, I Van, et al An improved nitrifying enrichment to remove ammonium and nitrite from freshwater aquaria systems Aquaculture 2002, 211: 115124 91.R Hong-Duck, et al Nitrogen removal from low carbon-to-nitrogen wastewater in four-stage biological aerated lter system Process Biochemistry 2008, 43: 729735 92.R Oostervelda, P Lars-Flemming, et al Nitrication performance and robustness of xed and moving bed biolters having identical carrier elements Aquaculture Engineering, 2014 93.R Salvetti, A Azzellino, R Canziani, and L Bonomo Effects of temperature on tertiary nitrification in moving-bed biofilm reactors Water Res.2006, 40(15), 2981-2993 94.R P Trussell, The percent un-ionized ammonia in aqueous ammonia solutions at different pH levels and temperatures J Fish Res Board Can 1972, 29: 15051507 95.Rusten et al Design and operation of the Kaldnes moving bed reactors Aquaculture Engineering 2006, 34: 311-321 96.Rusten, Lars J Hem, Hallvard ỉdegaard Nitrogen removal from dilute wastewater in cold climate using moving bed biofilm reactors Water Environment Research 1995, Vol 67, No 1, pp 75 86 97.S Chen, J Ling, J.P Blancheton Nitrification kinetics of biofilm affected by water quality factors Aquacult Eng., 2006, 34: 179 -197 151 98.S Roberta, A Azzellino, C Roberto, B Luca, Effects of temperature on tertiary nitrication in moving-bed biolm reactors WATER RESEARCH 2006, 40: 2981 2993 99.S Sarkar, K Mohanty, B C Meikap Hydrodynamic modelling of a novel multi-stage gasliquid external loop airlift reactor Chemical Engineering Journal, 2008, 145: 6977 100 S Zhu, Chen, S., Effects of organic carbon on nitrification rate in fixed film biofilters Aquacult Eng., 2001, 25,1-13 101.S Zhu, S Chen, An experimental study on nitrification biofilm performances using a series reactor system Aquacultural Engineering, Volume 20, Issue 4, September 1999: 245259 102.Songming Zhu, C Shulin, The impact of temperature on nitrication rate in xed lm biolters Aquacultural Engineering 2002, 26: 221/237 103.T M Losordo, H Westers, System carrying capacity and ow estimation In: Timmons, M.B., Losordo, T.M (Eds.), Aquaculture Water Reuse Systems: Engineering Design and Management Elsevier 1994: 960 104.T Pfeiffer (Fort Pierce, FL, USA) and Malone (Baton Rouge, LA, USA) Design and operations of the Kaldnes moving bed biofilm reactors Aquaculture engineering 34(2006), v-vi 105.Tim Pfeiffer, Ron Malone Nitrification performance of a propeller washed bead clarifier supporting a fluidized sand biofilter in a recirculating warmwater fish system Aquaculture Engineering 2006, 34:311-321 106.V I Rudakov, V V Ovcharov, Mathematical description of the diffusion in a temperature field and measuring the heat of transport International journal of heat and mass transfer 2002, 45: 743 753 107.V N Dorovsky Brownian motion and Reversible Hydrodynamic Equations of Bubble Liquid Mathematical and Computer Modelling 2002, 36: 419-434 152 108 V Y Hoang H Jupsin V C Le, J.-L Vasel Modeling of partial nitrification and denitrification in an SBR for leachate treatment without carbon addition, J Mater Cycles Waste Manag 2012, 14:313 109.V.K Pareek, Z Yap, M.P Brungs, A.A Adesina, Particle residence time distribution (RTD) in three-phase annular bubble column reactor, Chem Eng J 2001, 56: 60636071 110.W Fresenius, K.E Quentin, W.Schneider (Eds) Water analysis Springer-Verl Berlin Herdeiberg, 1988 111.W Jianlong, C Libing, Comparison of polyurethane foam and biodegradable polymer as carriers in moving bed biolm reactor for treating wastewater with a low C/N ratio Chemosphere 83 (2011) 63 68 112.W L Jun, S Chye-Eng, et al Nitrogen removal in moving bed sequencing batch reactor using polyurethane foam cubes of various sizes as carrier materials Bioresource Technology 102 (2011) 9876 9883 113.W Rauch, H Vanhooren, and P Vanrolleghem, A simplified mixedculture biofilm model Water Res.1999, 33(9): 2148-2162 114.W.W Eckenfelder Industrial water pollution control., 2000, Ed Mc Graw Hill Co., Singapore 115.Wanner, E Morgenroth Biofilm modelling with AQUASIM Wat Sci Technol., 2004, 49: 11-12, 137-144 116 Warakomski, Process modelling IFAS and MBBR systems using LinporTM Rocky Mountain Water Environment Association Albuquerque, 2005, NM, USA 117.WEST (World Wide Engine for Simulation), Training and Automation, Tutorial 5/10/2007 - WEST Tutorial.doc 118.WHO, Wastewater and excreta and greywater Vol.3 Wastewater and excreta use in aquaculture Science of the Total Environment, 2007, 382: 391392 153 154 [...]... gồm: Nghiên cứu về chất mang vi sinh đáp ứng các tính năng: diện tích bề mặt lớn, độ xốp cao, dễ chuyển động, thích hợp cho vi sinh Nitrifier phát triển 1 Nghiên cứu quá trình động học nitrat hóa trong điều kiện ức chế 2 Nghiên cứu quá trình chuyển khối liên quan đến chuyển động của chất mang trong môi trường nước (thủy động lực), quá trình chuyển khối của oxy trong hệ phản ứng, và của quá trình chuyển. .. đến dịch chuyển vai trò của chuyển khối Trường hợp ngược lại, “cầu” cao hơn “cung” thì tốc độ tổng thể bị chi phối bởi quá trình chuyển khối Trong kỹ thuật màng vi sinh di động và kỹ thuật tầng lưu thể, chất mang vi sinh chuyển động hỗn loạn trong môi trường nước và trong quá trình chuyển động đó xảy ra các quá trình chuyển khối giữa các pha khác nhau và các phản ứng sinh hóa [21] Chuyển động của chất... đoạn chậm nhất trong quá trình xử lý 1.2.2 Chuyển khối trong hệ sử dụng màng vi sinh 1.2.2.1 Thủy động lực – chuyển khối ngoài Chuyển khối trong hệ thống xử lý nước thải đóng vai trò cung cấp “thức ăn” cho vi sinh vật trong lớp màng Quá trình chuyển khối bao gồm: chuyển khối đối lưu trong nước, khuếch tán trong màng thủy lực và khuếch tán trong màng vi sinh Khuếch tán trong màng vi sinh thường là giai... trình chuyển khối trong màng vi sinh 3 Mô hình hóa và mô phỏng quá trình xử lý nước thải nuôi giống thủy sản 4 Tiến hành nghiên cứu thử nghiệm quy mô pilot để đánh giá và kiểm nghiệm hiệu quả của các kết quả thu được 2 Đề tài Nghiên cứu động học quá trình nitrat hóa trong môi trường bị ức chế theo kỹ thuật màng vi sinh chuyển động với các nội dung trên nhằm cung cấp dữ liệu khoa học, góp phần thiết... vi sinh cho phép tăng đáng kể mật độ sinh khối trên một đơn vị thể tích khối phản ứng So với kỹ thuật lọc tầng tĩnh ngoài đặc điểm tích lũy mật độ vi sinh cao, kỹ thuật màng vi sinh di động thúc đẩy quá trình chuyển khối nhờ chuyển động vật liệu mang trong môi trường phản ứng So với kỹ thuật tầng lưu thể, kỹ thuật màng vi sinh di động cũng tích lũy mật độ vi sinh cao do sử dụng vật liệu mang có... vi sinh sử dụng trong kỹ thuật màng vi sinh di động Trong kỹ thuật màng vi sinh di động, để duy trì mật độ vi sinh cao, chiều dày màng vi sinh mỏng đòi hỏi vật liệu mang xốp có diện tích bề mặt lớn và để duy trì chuyển động của vật liệu mang trong hệ cần loại vật liệu nhẹ 1.2.1.1 Màng vi sinh Màng vi sinh có một độ dày nhất định, từ vài chục µm tới vài mm, phụ thuộc vào mật độ sinh khối: tỷ lệ... mang, kỹ thuật xử lý và chế độ vận hành Hình 1.4 mô tả sơ đồ cấu trúc của màng vi sinh trong thời gian hoạt động [6, 14, 21] Đặc trưng chất mang ảnh hưởng lên quá trình chuyển khối trong màng vi sinh, ví dụ chất mang xốp có diện tích bề mặt lớn tạo thành lớp màng vi sinh mỏng; lớp màng mỏng tạo điều kiện tăng cường khả năng tiếp cận nguồn thức 10 ăn cho vi sinh trong lớp màng Mật độ vi sinh cao trong. .. chất do vi sinh nitrat hóa (Nitrifiers) tiến hành xử lý Nitrifiers là chủng vi sinh tự dưỡng thuộc loại có tốc độ phát triển thấp (so với vi sinh dị dưỡng [28]), hoạt động trong điều kiện nồng độ cơ chất thấp (amôni ít khi vượt 8 mg/l), trong điều kiện môi trường bị ức chế (độ muối 10-35%o), mức độ đòi hỏi làm sạch rất sâu (>95 %) [51, 85, 86, 87] Nghiên cứu động học quá trình nitrat hóa trong điều... ứng sinh hóa xảy ra trong hệ Biện pháp chuyển khối cưỡng bức (ví dụ khuấy trộn) có tác dụng tăng cường tối đa nồng độ cơ chất tại phía ngoài màng, không tác động đến quá trình khuếch tán phân tử trong màng thủy lực và màng vi sinh Nồng độ amôni thấp trong nước nuôi thủy sản là yếu tố hạn chế dòng khuếch tán, tức là hạn chế khả năng cung cấp thức ăn cho vi sinh vật trong màng Vai trò của quá trình chuyển. .. chuyển động (chuyển khối ngoài), nhưng bù lại 5 vận hành đơn giản, không đòi hỏi trình độ tự động hóa cao như khi sử dụng kỹ thuật tầng lưu thể Chính vì những ưu điểm nổi trội của kỹ thuật màng vi sinh tầng chuyển động, hơn hẳn so với các kỹ thuật lọc sinh học khác nên luận án chọn kỹ thuật này làm chìa khóa giải quyết vấn đề xử lý nước nuôi giống thủy sản [36] 1.2.1 Màng vi sinh, chất mang vi sinh