Nghiên cứu ảnh hưởng của tỉ lệ COD t – n đến hiệu suất sử lý t n trên SBAR

Các chất thải này khi phát thải ra ngoài môi trường sẽ gây mùi hôi thối, khó chịu, làm chậm quá trình chuyển hóa và hòa tan oxi vào trong nước, dinh dưỡng hóa nước mặt, làm cản trở quá t

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

Ký

BOD Biochemical Oxygen Demand Nhu cầu oxy hóa sinh hóa COD Chemical Oxygen Demand Nhu cầu oxy hóa hóa học

pH Hydrogen ion concentration chỉ số đo độ hoạt động của

các ion hiđrô (H+) trong dung dịch

SBAR Sequencing Batch Airlift

Reactor

Công nghệ phản ứng sinh học khí nâng theo mẻ

SBR Secquencing Batch Reactor Công nghệ phản ứng sinh học

theo mẻ

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 3

1.1 Tổng quan về nước thải 3

1.1.1 Nước thải 3

1.1.2 Một số thông số đánh giá chất lượng nước 3

1.1.3 Nước thải giàu chất hữu cơ và dinh dưỡng 7

1.2 Tổng quan về phương pháp xử lý nước thải 12

1.2.1 Các phương pháp xử lý nước thải 12

1.2.2 Cơ sở lý thuyết xử lý chất hữu cơ bằng phương pháp sinh học 14

1.3 Một số phương pháp sinh học trong xử lý nước thải 16

1.3.1 Bể Aerotank 16

1.3.2 Phương pháp SBR 18

1.3.3 Phương pháp mương oxi hóa 20

1.4 Giới thiệu về thiết bị sinh học kiểu khí nâng hoạt động theo mẻ(Sequencing Batch Airlift Reactor – SBAR) 22

1.5 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước 23

1.5.1 Nghiên cứu trong nước 23

1.5.2 Nghiên cứu ngoài nước 25

CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 26

2.1 Đối tượng nghiên cứu 26

2.1.1 Nước thải tổng hợp 26

2.1.2 Mô hình hệ thiết bị 26

2.2 Nội dung nghiên cứu 28

2.3 Phương pháp nghiên cứu 28

2.3.1 Phương pháp thu thập tài liệu 28

2.3.2 Phương pháp phân tích 29

2.3.3 Phương pháp tính toán 31

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 32

3.1 Ảnh hưởng của tỉ lệ COD: T-N đến hiệu suất xử lý COD 32

3.1.1 Ảnh hưởng của tỉ lệ COD: T-N đến hiệu suất xử lý COD 32

3.1.2 Tốc độ xử lý COD của hệ 33

3.1.3 Giá trị pH trong bể phản ứng 34

3.2 So sánh kết quả nghiên cứu 35

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 36

TÀI LIỆU THAM KHẢO 37

PHỤ LỤC 39

MỞ ĐẦU

Nước là nguồn tài nguyên vô cùng quan trọng cho tất cả các sinh vật trên trái đất Nếu không có nước thì chắc chắn không có sự sống xuất hiện, thiếu nước thì cả nền văn minh hiện nay cũng không tồn tại được Từ xưa, con người đã biết đến vai trò quan trọng của nước; các nhà khoa học cổ đại đã coi nước là thành phần cơ bản của vật chất và trong quá trình phát triển của xã hội loài người thì các nền văn minh lớn của nhân loại đều xuất hiện và phát triển trên lưu vực của các con sông lớn như: sông Hoàng Hà, sông Nil, sông Hằng,… Tuy nhiên, cùng với sự phát triển kinh tế và quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa, trong những năm gần đây, tình trạng ô nhiễm nước nghiêm trọng đang diễn ra ở nhiều nơi trên khắp cả nước Hàng ngày một lượng lớn nước thải chưa qua xử lý được xả trực tiếp hoặc gián tiếp ra ngoài môi trường làm thay đổi tính chất và thành phần nước ban đầu, ảnh hưởng đến chất lượng môi trường nước Các chất thải này khi phát thải ra ngoài môi trường sẽ gây mùi hôi thối, khó chịu, làm chậm quá trình chuyển hóa và hòa tan oxi vào trong nước, dinh dưỡng hóa nước mặt, làm cản trở quá trình sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật Chính vì vậy mà chúng ta cần xử lý nước thải ngay tại nguồn để giảm thiểu những tác hại của nước thải đến môi trường và sức khỏe con người

Hiện nay, xử lý nước thải với đặc tính giàu chất hữu cơ và nitơ bằng biện pháp sinh học được coi là phương pháp thân thiện với môi trường, đang được nghiên cứu và ứng dụng nhiều ở các nước trên thế giới Đây là công nghệ xử

lý nước thải dựa trên hoạt động của vi sinh vật để phân hủy các hợp chất hữu

cơ và nitơ có trong nước thải mang lại hiệu quả cao, chi phí hợp lý, dễ dàng vận hành Quá trình phát triển của vi sinh vật xảy ra trong các điều kiện có sự chuyển hóa năng lượng tế bào vi sinh vật nhờ các quá trình sinh học

Xuất phát từ thức tiễn đó, với mục đích nghiên cứu khả năng ứng dụng phương pháp xử lý sinh học để xử lý chất hữu cơ và hợp chất nitơ một trong những phương pháp sinh học đang được nghiên cứu và ứng dụng đó là phương pháp xử lý nước thải bằng công nghệ khí nâng hoạt động theo mẻ SBAR – Sequencing Batch Airlift Reactor Để hiểu rõ hơn khả năng ứng dụng và chế độ vận hành của công nghệ SBAR và thực tiễn xử lý nước thải,

bảo vệ môi trường em chọn thực hiện đề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng của tỉ

lệ COD:T-N đến hiệu suất xử lý COD trên SBAR”

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1 Tổng quan về nước thải

1.1.1 Nước thải

 Khái niệm

Nước thải là chất lỏng được thải ra sau quá trình sử dụng của con người

và đã bị thay đổi tính chất ban đầu của chúng

 Phân loại

Thông thường nước thải được phân loại theo nguồn gốc phát sinh ra chúng Đó cũng là cơ sở cho việc lựa chọn các biện pháp hoặc công nghệ xử

lý Theo cách phân loại này, có các loại nước thải dưới đây:

- Nước thải sinh hoạt: là nước thải từ các khu dân cư, khu vực hoạt động thương mại, công sở, trường học và các cơ sở tương tự khác

- Nước thải công nghiệp: là nước thải từ các nhà máy đang hoạt động, có

cả nước thải sinh hoạt nhưng trong đó nước thải công nghiệp là chủ yếu

- Nước thấm qua: là nước mưa thấm vào hệ thống cống bằng nhiều cách khác nhau qua các khớp nối, các ống có khuyết tật hoặc thành của hố ga hay

hố người

- Nước thải tự nhiên: nước mưa được xem như nước thải tự nhiên Ở những thành phố hiện đại nước thải tự nhiên được thu gom theo một hệ thống thoát riêng

- Nước thải đô thị: là thuật ngữ dùng chung chỉ chất lỏng trong hệ thống cống thoát của một thành phố Nước thải đô thị có thể bao gồm tất cả nước thải kể trên [4]

1.1.2 Một số thông số đánh giá chất lượng nước

Đối với nước thải sinh hoạt: QCVN 14-2008/BTNMT

Đối với nước thải công nghiệp: QCVN 40-2011/BTNMT

Để đánh giá chất lượng môi trường nước người ta phải căn cứ vào một

số chỉ tiêu như chỉ tiêu vật lý, hóa học, sinh học Qua các thông số trong nước, ta đánh giá được mức độ ô nhiễm và hiệu quả của phương pháp xử lý

1.1.2.1.Các chỉ tiêu vật lý

 Nhiệt độ

Nhiệt độ của nước tự nhiên phụ thuộc vào điều kiện khí hậu thời tiết hay môi trường của khu vực Nhiệt độ nước thải đặc biệt là nước thải của nhà máy nhiệt điện, nhà máy hạt nhân thường cao hơn từ 10 – 250C so với nước thường Nước nóng có thể gây ô nhiễm hoặc có lợi tùy theo mùa và vị trí địa lý Vùng có khí hậu ôn đới nước nóng có tác dụng xúc tiến sự phát triển của vi sinh vật và các quá trình phân hủy Nhưng ở những vùng nhiệt đới nhiệt độ cao của nước sông hồ sẽ làm thay đổi quá trình sinh, hóa, lý học bình thường của hệ sinh thái nước, làm giảm lượng ôxy hòa tan vào nước và tăng nhu cầu ôxy của cá lên 2 lần Một số loài sinh vật không chịu được nhiệt độ cao sẽ chết hoặc di chuyển đi nơi khác, nhưng có một số loài khác lại phát triển mạnh ở nhiệt độ thích hợp

 Màu sắc

Nước có thể có màu, đặc biệt nước thải thường có màu nâu đen hoặc đỏ nâu Màu của nước thường được phân thành hai dạng; màu thực do các chất hòa tan hoặc dạng hạt keo; màu biểu kiến là màu của các chất lơ lửng trong nước tạo nên Trong thực tế người ta xác định màu thực của nước, nghĩa là sau khi lọc bỏ các chất không tan Có nhiều phương pháp xác định màu của nước, nhưng thường dùng ở đây là phương pháp so màu với các dung dịch chuẩn là clorophantinat coban

 Độ đục

Độ đục của nước do các hạt lơ lửng, các chất hữu cơ phân hủy hoặc do giới thủy sinh gây ra Độ đục làm giảm khả năng truyền ánh sáng trong nước,

ảnh hưởng khả năng quang hợp của các sinh vật tự dưỡng trong nước, gây giảm thẩm mỹ và lảm giảm chất lượng của nước khi sử dụng Vi sinh vật có thể bị hấp phụ bởi các hạt rắn lơ lửng sẽ gây khó khăn khi khử khuẩn Độ đục càng cao nước nhiễm bẩn càng lớn

 Mùi vị

Nước sạch là nước không mùi vị Khi bắt đầu có mùi thì đó là biểu hiện của hiện tượng ô nhiễm Trong nước thải mùi rất đa dạng tùy thuộc vào lượng

và đặc điểm của chất gây ô nhiễm

1.1.2.2 Các chỉ tiêu hóa học và sinh học

 Độ pH

Giá trị pH của nước thải có ý nghĩa quan trọng trong quá trình xử lý Giá trị pH cho phép ta lựa chọn phương pháp thích hợp, hoặc điều chỉnh lượng hóa chất cần thiết trong quá trình xử lý nước Các công trình xử lý nước bằng phương pháp sinh học thường hoạt động ở pH từ 6,5 – 9,0 Môi trường tối ưu nhất để vi khuẩn phát triển thường là 7 – 8 Các nhóm vi khuẩn khác nhau có giới hạn pH khác nhau

 Chỉ số DO (Disolved Oxygen)

DO là lượng oxi hòa tan để duy trì sự sống cho các sinh vật hiếu khí Bình thường oxi hòa tan trong nước khoảng 8 – 10 mg/l, chiếm 70 – 85% khi oxi bão hòa Mức oxi hòa tan trong nước tự nhiên và nước thải phụ thuộc vào mức độ ô nhiễm chất hữu cơ, các hoạt động của thế giới thủy sinh, các hoạt động hóa sinh, hóa học và vật lý của nước Trong môi trường nước bị ô nhiễm nặng, oxi được dùng nhiều cho các quá trình hóa sinh và xuất hiện hiện tượng thiếu oxi trầm trọng

Phân tích chỉ số oxi hòa tan (DO) là một trong những chỉ tiêu quan trọng đánh giá sự ô nhiễm và giúp ta đề ra các biện pháp thích hợp

 Chỉ số BOD (Nhu cầu oxy sinh hóa – Biochemical Oxygen Denand) Nhu cầu oxy sinh hóa hay là nhu cầu oxy sinh học thường viết tắt là BOD, là lượng oxy cần thiết để oxy hóa các chất hữu cơ trong nước bằng vi sinh vật (chủ yếu là vi khuẩn) hoại sinh, hiếu khí Quá trình này được gọi là quá trình oxy hóa sinh học

Quá trình này đòi hỏi thời gian dài ngày, vì phải phụ thuộc vào bản chất của chất hữu cơ, các chủng loại VSV, nhiệt độ nguồn nước Bình thường 70% nhu cầu oxy được sử dụng trong 5 ngày đầu nên thường phân tích là BOD5, 20% trong 5 ngày tiếp theo, 99% ở ngày thứ 20 và 100% ở ngày thứ 21

 Chỉ số COD (Nhu cầu oxy hóa học – Chemical oxygen Demand)

Chỉ số COD là lượng oxy cần thiết cho quá trình oxy hóa hóa học các chất hữu cơ trong nước thành CO2 và H2O bởi một tác nhân oxi hóa mạnh COD biểu thị lượng chất hữu cơ (và cả nhóm vô cơ có tính khử) có trong nước bị oxy hóa bằng tác nhân hóa học Chỉ số COD có giá trị cao hơn BOD

vì nó bao gồm cả lượng chất hữu cơ không bị oxy hóa bằng vi sinh vật.Có thể xác định hàm lượng COD bằng phương pháp trắc quang với lượng dư dung dịch K2Cr2O7 là chất oxy hóa mạnh để oxy hóa các chất hữu cơ trong môi trường axit với xúc tác là Ag2SO4

Hoặc có thể xác định hàm lượng COD bằng phương pháp chuẩn độ Theo phương pháp này lượng Cr2O72- dư được chuẩn bằng dung dịch Feroin

 Chỉ số vệ sinh (E – Coli)

Trong nước thải đặc biệt là nước thải sinh hoạt, nước thải bệnh viện, nước thải vùng du lịch, dịch vụ, khu chăn nuôi,… nhiễm nhiều vi sinh vật có sẵn trong phân người và phân xúc vật Trong đó có thể có nhiều loài vi khuẩn gây bệnh đặc biệt là bệnh về đường tiêu hóa như tả lị, thương hàn, các vi khuẩn gây ngộ độc thực phẩm

E–coli là vi khuẩn phổ biến trong nước thải, nó có thể sống trong điều kiện khắc nhiệt của môi trường ngoài cũng như trong phòng thí nghiệm Chính

vì vậy người ta đã chọn E–coli là chỉ tiêu đánh giá chất lượng nước thải [5]

1.1.3 Nước thải giàu chất hữu cơ và dinh dưỡng

Nước thải giàu dinh dưỡng là một trong những nguồn nước thải chủ yếu gây ô nhiễm môi trường và làm suy giảm chất lượng nguồn nước Nguồn nước thải giàu dinh dưỡng rất đa dạng và phức tạp như nước thải từ các chuồng trại chăn nuôi, lò mổ gia súc, nhà máy chế biến thực phẩm, chế biến cao su, nước thải công nghiệp, nước thải làng nghề,… Mức độ ô nhiễm nước

ở các khu công nghiệp, khu chế xuất, cụm công nghiệp tập trung là rất lớn Nhìn chung, trong thành phần của những loại nước thải này thường chứa các chất hữu cơ BOD, COD, N và P, với hàm lượng tương đối cao Nguồn nước thải này không qua qua các công đoạn xử lý mà được xả trực tiếp vào các thủy vực gây ra các hiện tượng phú dưỡng làm giảm lượng oxy hòa tan trong nước, phá hủy hệ động thực vật thủy sinh của các thủy vực tiếp nhận gây ảnh hưởng đến đến cảnh quan môi trường, sức khỏe của con người và thậm chí làm chết hàng loạt các sinh vật sống dưới nước Trên thực tế hàm lượng cho phép của các thành phần dinh dưỡng như N, P đã được quy định khá ngặt nghèo trong các tiêu chuẩn xả thải của nhiều quốc gia trên thế giới cũng như ở Việt Nam

1.1.3.1 Nước thải chăn nuôi lợn

Nước thải chăn nuôi là một loại nước thải rất đặc trưng và có khả năng gây ô nhiễm môi trường cao do có chứa hàm lượng cao các chất hữu cơ, cặn

lơ lửng, N, P và VSV gây bệnh Theo kết quả điều tra đánh giá hiện trạng môi trường của Viện chăn nuôi (2006) tại các cơ sở chăn nuôi lợn có quy mô tập trung thuộc Hà Nội, Hà Tây, Ninh Bình, Nam Định, Quảng Nam, Bình Dương, Đồng Nai cho thấy đặc điểm của nước thải chăn nuôi:

- Các chất hữu cơ: hợp chất hữu cơ chiếm 70–80% bao gồm cellulose,

protit, acid amin, chất béo, hidrat carbon và các dẫn xuất của chúng, thức ăn thừa Các chất vô cơ chiếm 20–30% gồm cát, đất, muối, ure, ammonium, muối chlorua, SO42-,…

- N và P: khả năng hấp thụ N và P của các loài gia súc, gia cầm rất kém,

nên khi ăn thức ăn có chứa N và P thì chúng sẽ bài tiết ra ngoài theo phân và nước tiểu Trong nước thải chăn nuôi heo thường chứa hàm lượng N và P rất cao Hàm lượng N-tổng = 200-350 mg/l trong đó N-NH4+ chiếm khoảng 80-90%; P-tổng = 60-100mg/l

- Sinh vật gây bệnh: Nước thải chăn nuôi chứa nhiều loại vi trùng, virus

và trứng ấu trùng giun sán gây bệnh

Bảng 1.1 Chất lượng nước thải điều tra tại các trại chăn nuôi tập trung

TTNC Lợn Thụy Phương

Trại lợn Tam Điệp

Trại Cty Gia Nam

Trại Hồng Điệp

TB±SD

pH 7,15 7,26 7,08 6,78 6,83 7,02 ± 0,24 BOD 5 mg/l 1339,4 1080,70 882,3 783,4 1221,2 1061,40 ± 278 COD mg/l 3397,6 2224.5 1924,8 1251,6 2824.5 2324,60 ± 1073 TDS mg/l 4812,8 4568.44 3949,56 4012,8 4720.4 4412,80 ± 400 P_tổng mg/l 99,4 80.2 69,4 57,4 85.6 78,40 ± 21 N_tổng mg/l 332,8 280,1 250,9 204,8 275,4 268,80 ± 64

(Nguồn: Điều tra đánh giá hiện trạng MT trại chăn nuôi lợn - Viện Chăn nuôi, 2006)

1.1.3.2 Nước thải sản xuất bia

Nước thải công nghệ sản xuất bia bao gồm:

- Nước làm lạnh, nước ngưng, đây là nguồn nước thải ít hoặc gần như không bị ô nhiễm do khả năng tuần hoàn sử dụng lại

- Nước thải từ bộ phận nấu – đường hóa, chủ yếu là nước vệ sinh thùng nấu, bể chứa, sàn nhà,… chứa bã malt, tinh bột, bã hoa, các chất hữu cơ,…

- Nước thải từ hầm lên men và nước vệ sinh các thiết bị lên men, thùng chứ, đường ống, sàn nhà, xưởng,… có chứa bã men và chất hữu cơ

- Nước thải rửa chai, đây cũng là một trong những dòng thải có ô nhiễm

lớn trong công nghệ sản xuất bia

Trong sản xuất bia, công nghệ ít thay đổi từ nhà máy này sang nhà máy khác, sự khác nhau có thể chỉ là sử dụng phương pháp lên men nổi hay chìm Nhưng sự khác nhau cơ bản là vấn đề sử dụng nước cho quá trình rửa chai, lon, máy móc thiết bị, sàn nhà,… do đó dẫn đến tải lượng nước thải và làm lượng các chất ô nhiễm của nhà máy bia có biện pháp tuần hoàn và công nghệ rửa tiết kiệm nước thì lượng nước thấp như ở CHLB Đức, nước sử dụng và nước thải trong các nhà máy bia như sau:

- Định mức nước cấp: 4-8 m3/1000 lít bia, tải trọng nước thải 2,5- 6

m3/1000 lít bia

- Tải trọng BOD5: 3-6 kg/1000 lít bia, tỉ lệ BOD5: COD = 0,55-0,7

- Hàm lượng các chất ô nhiễm trong nước thải như sau:

Rosenwinkel đã đưa ra kết quả phân tích định tính nước thải của một số nhà máy bia như bảng 1.2:

Bảng 1.2 Định tính nước thải của một số nhà máy bia

Thông số Đơn vị Nhà máy I Nhà máy II Nhà máy III

(Nguồn Trần Văn Nhân, Ngô Thị Nga (2002), giáo trình công nghệ xử lý nước thải)

1.1.3.3 Nước thải sinh hoạt

Nguồn nước thải giàu chất hữu cơ và nitơ từ nước thải sinh hoạt gồm: nước từ quá trình vệ sinh tắm rửa, giặt giũ, vệ sinh cá nhân, nước rửa rau, thịt,

cá, nước từ bể phốt được thải ra các căn hộ, cơ quan, từ khách sạn, nhà hàng, các dịch vụ công cộng như thương mại, bến tàu xe, bệnh viện, trường học, khu du lịch, vui chơi, giải trí… và các công trình khác Lượng nước thải sinh hoạt dao động trong phạm vi rất lớn, phụ thuộc vào mức sống và các thói quen của người dân, số lượng dân số, vào tiêu chuẩn cấp nước và đặc điểm của hệ thống thoát nước

Đặc điểm cơ bản của nước thải sinh hoạt là hàm lượng cao các chất hữu

cơ không bền sinh học, chất dinh dưỡng, ngoài ra còn có các thành phần vô

cơ, vi sinh vật và vi trùng gây bệnh Trong nước thải sinh hoạt từ các khu dân

cư, khu vực hoạt động thương mại, công sở, trường học hay các cơ sở khác, chúng chứa khoảng 58% chất hữu cơ và 42% chất khoáng, chất hữu cơ có

trong nước thải sinh hoạt gồm các hợp chất như protein chiếm 40 – 50%, hydrat cacbon (40 – 50%) và các chất béo (5 – 10%)

Ngoài chất hữu cơ nước thải sinh hoạt còn chứa lượng lớn nitơ và photpho, thành phần nitơ có trong thức ăn của người và động vật nói chung chỉ được cơ thể hấp thu một phần, phần còn lại được thải ra dưới dạng chất rắn (phân) và các chất bài tiết khác (nước tiểu, mồ hôi), hợp chất nitơ trong nước thải sinh hoạt là các hợp chất amoniac, protein, peptid, axit amin, amin cũng như các thành phần khác trong chất thải rắn và lỏng, các hợp chất chứa nitơ đặc biệt là protein và urin trong nước tiểu bị thuỷ phân rất nhanh tạo thành amoni/amoniac Nồng độ hợp chất nitơ, photpho trong nước thải sinh hoạt biến động theo lưu lượng nguồn nước thải: mức độ sử dụng nước của cư dân, mức độ tập trung các dịch

vụ công cộng, thời tiết, khí hậu, tập quán ăn uống sinh hoạt

Đặc điểm nước thải sinh hoạt đặc trưng của các thành phố ở Mỹ được thể hiện bảng 1.3:

Bảng 1.3 Mức độ ô nhiễm nước thải sinh hoạt tính theo khối lượng khô trên

đầu người trong ngày tại điểm xả C(x) và tại cống rãnh C(R)

Thành phần ô nhiễm và mật độ ô nhiễm đặc trưng của nước thải sinh hoạt từ cống dẫn thải được ghi trong bảng 1.4:

Bảng 1.4 Đặc trưng ô nhiễm của nước thải sinh hoạt

(Nguồn Lê Văn Cát (2007), giáo trình xử lý nước thải giàu hợp chất N và P)

1.2 Tổng quan về phương pháp xử lý nước thải

1.2.1 Các phương pháp xử lý nước thải

1.2.1.1 Phương pháp cơ học

Phương pháp cơ học thường được dùng để xử lý sơ bộ nước thải trước khi xử lý bằng phương pháp hóa học, hóa lý hay sinh học Trong nước thải thường có các loại tạp chất rắn có kích cỡ khác nhau bị cuốn theo như rơm cỏ, mẩu gỗ, bao bì chất dẻo, giấy,… ngoài ra, còn có các loại hạt lơ lửng dạng huyền phù rất khó lắng Các công trình xử lý cơ học được áp dụng rộng rãi là: song/lưới chắn rác, thiết bị nghiền rác, bể điều hoà, khuấy trộn, bể lắng, bể tuyển nổi Mỗi công trình được áp dụng đối với từng nhiệm vụ cụ thể

Phương pháp này bao gồm: đông tụ và keo tụ, tuyển nổi, hấp phụ….[4]

1.2.1.3 Phương pháp hoá học

Thực chất phương pháp hoá học là đưa vào nước thải các chất phản ứng Chất này tác dụng với các tạp chất bẩn trong nước thải và có khả năng tách chúng ra khỏi nước thải dưới dạng cặn lắng hoặc dưới dạng hoà tan không độc hại như:

- Phương pháp trung hòa nước thải chứa axit hoặc kiềm Hóa chất sử dụng để trung hòa như đá vôi, vôi,…

- Phương pháp oxi hóa: dùng để chuyển chất tan sang dạng không độc, kết tủa được nhờ các tác nhân oxi hóa mạnh Cl2 , O3, dung dịch H2O2,… [4]

 Ưu điểm:

- Nguyên liệu (các hoá chất) dễ kiếm trên thị trường

- Dễ sử dụng và quản lý

- Không gian xử lý nhỏ

 Nhược điểm:

- Chi phí hoá chất xử lý cao

- Có khả năng tạo ra một số chất gây ô nhiễm thứ cấp

1.2.1.4 Phương pháp sinh học

 Nguyên tắc cơ bản

Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học là dựa trên hoạt động trao đổi chất, trao đổi năng lượng của hệ VSV, chủ yếu là các VK di dưỡng hoại sinh có trong nước thải VSV sử dụng các chất ô nhiễm làm nguồn dinh dưỡng để tổng hợp năng lượng và xây dựng tế bào trong quá trình tăng trưởng, nhờ đó nước thải được làm sạch

 Điều kiện đưa nước thải vào xử lý sinh học

Để quá trình xử lý diễn ra thuận lợi phải đảm bảo những điều kiện sau:

- Hàm lượng các chất độc nhỏ, không chứa hoặc chứa rất ít các kim loại nặng có thể gây chết hoặc ức chế hoàn toàn hệ VSV trong nước thải

- Chất hữu cơ có trong nước thải phải là cơ chất dinh dưỡng nguồn cacbon và năng lượng cho VSV Các hợp chất hydratcacbon, protein, lipit hòa tan thường là cơ chất dinh dưỡng rất tốt cho vi sinh vật

- BOD5 : N : P = 100 : 5 : 1 là tỷ lệ chất dinh dưỡng rất tốt cho VSV

- Nước thải đưa vào xử lý sinh học có hai thông số đặc trưng là COD và BOD Tỷ số của hai thông số này phải là: COD/BOD ≤ 2 hoặc BOD/COD ≥ 0,5 thì có thể đưa vào xử lý sinh học (hiếu khí) Nếu COD lớn hơn BOD nhiều lần, trong đó có xenlulozo, hemixenlulozo, protein, tinh bột chưa tan thì phải xử lý sinh học kị khí [5]

1.2.2 Cơ sở lý thuyết xử lý chất hữu cơ bằng phương pháp sinh học

Để thực hiện quá trình oxy hóa sinh hóa, các chất hữu cơ hòa tan, cả các chất keo và phân tán nhỏ trong nước thải cần được di chuyển vào bên trong tế bào của vi sinh vật Theo quan điểm hiện đại nhất, quá trình xử lý nước thải

và vi sinh vật hấp thụ các chất bẩn là một quá trình gồm ba giai đoạn:

- Di chuyển các chất gây ơ nhiễm từ pha lỏng tới bề mặt của tế bào vi sinh vật do khuyếch tán đối lưu và phân tử

- Di chuyển chất từ bề mặt ngồi tế bào qua màng bán thấm bằng khuyếch tán do sự chênh lệch nồng độ các chất ở trong và ngồi tế bào

- Quá trình chuyển hĩa các chất ở trong tế bào vi sinh vật với sự sản sinh năng lượng và quá trình tổng hợp các chất mới của tế bào với sự hấp thụ năng lượng

Các giai đoạn trên cĩ quan hệ rất chặt chẽ với nhau và quá trình chuyển hĩa các chất đĩng vai trị chính trong quá trình xử lý chất thải Các hợp chất hĩa học trải qua nhiều phản ứng, chuyển hĩa khác nhau trong nguyên sinh chất của tế bào

Phương trình tổng quát các phản ứng tổng của quá trình oxy hĩa sinh hĩa ở điều kiện hiếu khí cĩ dạng như sau:

CxHyOzN + (x+y/4+z/3+3/4)O2Men vi sinh vậ t

xCO2 + (y-3)2H2O + NH3 + ∆H (2.1)

CxHyOzN + NH3 + O2 Men vi sinh vậ t

C5H7NO2 + CO2 - ∆H (2.2) Trong phản ứng trên CxHyOzN là tất cả các chất hữu cơ của nước thải, cịn C5H7NO2 là cơng thức theo tỷ lệ trung bình các nguyên tố chính trong tế bào vi sinh vật, ∆H là năng lượng

Phản ứng (2.1) là phản ứng oxy hĩa các chất hữu cơ để đáp ứng nhu cầu năng lượng của tế bào, phản ứng (2.2) là phản ứng tổng hợp để xây dựng tế bào Nếu tiếp tục tiến hành quá trình oxy hĩa thì khơng đủ chất dinh dưỡng, quá trình chuyển hĩa các chất của tế bào bắt đầu xảy ra bằng oxy hĩa chất liệu tế bào (tự oxy hĩa):

C5H7NO2 + 5O2 Men vi sinh vậ t

5CO2 + NH3 + 2H2O -∆H (2.3)

NH3 + O2 Men vi sinh vậ t

Tổng lượng oxi tiêu thụ trong 2 phản ứng trên nhiều gấp 2 lần so với 2 phản ứng đầu tiên Từ các phản ứng trên thấy rõ sự chuyển hóa hóa học là nguồn năng lượng cần thiết cho các vi sinh vật [5]

1.3 Một số phương pháp sinh học trong xử lý nước thải

Xử lý sinh học với phương pháp cơ bản là xử lý kị khí, hiếu khí và thiếu khí Trên cơ sở đó có thể kết hợp thành các nhóm phương pháp xử lý khác nhau: hiếu khí, thiếu khí, kị khí hoặc kết hợp giữa các phương pháp cho phù hợp Tùy theo trạng thái tập hợp của các hệ vi sinh vật có thể chia thành: các quá trình sinh trưởng lơ lửng, các quá trình sinh trưởng bám dính

1.3.1 Bể Aerotank

Bể Aerotank được đưa ra và nghiên cứu rất lâu (từ 1887-1914 áp dụng)

Là công trình nhân tạo xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học hiếu khí, trong đó người ta cung cấp ôxi và khuấy trộn nước thải với bùn hoạt tính

Là công trình bê tông cốt thép hình chữ nhật hoặc hình tròn Nước thải chảy qua suốt chiều dài bể và được sục khí, khuấy đảo nhằm tăng cường lượng oxy hòa tan và tăng cường quá trình oxy hóa chất bẩn hữu cơ có trong nước

lý sinh học nước thải diễn ra là nơi cư trú để phát triển của vô số vi khuẩn và

vi sinh vật sống khác Aerotank hoạt động dựa trên các chủng vi sinh vật có khả năng oxi hóa và khoáng hóa các chất hữu cơ có trong nước thải

Quá trình oxi hóa chất bẩn hữu cơ xảy ra trong Aerotank qua ba giai đoạn:

- Giai đoạn 1: Tốc độ oxi hóa bằng tốc độ tiêu thụ oxi Giai đoạn này bùn hoạt tính hình thành và phát triển Hàm lượng oxi cần cho VSV sinh

trưởng, đặc biệt ở giai đoạn đầu tiên thức ăn dinh dưỡng trong nước thải rất phong phú, lượng sinh khối trong thời gian này rất ít Trong giai đoạn này VSV thích nghi với môi trường, chúng sinh trưởng rất mạnh theo cấp số nhân

vì vậy, lượng tiêu thụ oxi tăng dần

- Giai đoạn 2: VSV phát triển ổn định và tốc độ tiêu thụ oxi cũng ở mức gần như ít thay đổi Chính giai đoạn này các chất bẩn hữu cơ bị phân hủy nhiều nhất

- Giai đoạn 3: Sau một thời gian khá dài tốc độ oxi hóa cầm chừng (hầu như ít thay đổi) và có chiều hướng giảm, lại thấy tốc độ tiêu thụ oxi tăng lên Đây là giai đoạn nitrat hóa muối amoni

Sau cùng, nhu cầu oxi giảm và cần phải kết thúc quá trình làm việc của Aerotank Lưu ý sau khi oxi hóa được 80-95% BOD trong nước thải nếu như không khuấy đảo hoặc thổi khí, bùn hoạt tính sẽ lắng xuống đáy, cần phải lấy cặn bùn ra khỏi nước

 Yếu tố ảnh hưởng đến xử lý nước thải trong bể Aerotank

- Duy trì lượng oxy hòa tan trong nước phù hợp (DO = 1,5 – 2 mg/l)

- Duy trì hàm lượng dinh dưỡng theo tỉ lệ BOD:N:P = 100:5:1

- Nồng độ cho phép của chất bẩn hữu cơ có trong nước thải (BOD <

- Nhiệt độ tối ưu là 350C

- Khoảng pH tối ưu dao động trong một khoảng hẹp từ 6,5 – 8,5 [5]

- Thể tích công trình lớn và chiếm nhiều mặt bằng hơn

- Chi phí xây dựng công trình và đầu tư thiết bị lớn hơn

- Chi phí vận hành đặc biệt chi phí cho năng lượng sục khí tương đối cao, không có khả năng thu hồi năng lượng

- Không chịu được “shock” về tải trọng hữu cơ

1.3.2 Phương pháp SBR

SBR (Sequencing Batch Reactor – bể phản ứng theo mẻ) là dạng công trình xử lí nước thải dựa trên phương pháp bùn hoạt tính, nhưng 2 giai đoạn

sục khí và lắng diễn ra gián đoạn trong cùng một bể SBR không cần sử dụng

bể lắng thứ cấp và quá trình tuần hoàn bùn, thay vào đó là quá trình xả cặn trong bể Hệ thống SBR là hệ thống dùng để xử lý nước thải sinh học chứa chất hữu cơ và nitơ cao

Hình1.3 Sơ đồ hoạt động của bể SBR

 Các giai đoạn xử lý bằng SBR gồm 5 giai đoạn:

1 Làm đầy (Fill): cấp nước thải vào bể phải đảm bảo cho dòng chảy điều hòa, không quá mạnh để tạo tiếp xúc tốt giữa nước thải và VSV và cũng không quá lâu để đảm bảo tính kinh tế

2 Thổi khí (React): oxy được cung cấp một lượng lớn để tạo thuận lợi cho việc tiêu thụ chất nền Quá trình nitrit hóa, nitrat hóa và phân hủy chất hữu cơ xảy ra, và kết thúc khi 1 thời gian tối đa để việc tiêu thụ chất nền được đạt được Trong giai đoạn này cần tiến hành thí nghiệm để kiểm soát các thông số đầu vào như: DO, BOD, COD, N, P, cường độ sục khí, nhiệt độ, pH… để tạo bông bùn hoạt tính hiệu quả cho quá trình lắng sau này

3 Giai đoạn lắng (Settle): quá trình lắng diễn ra trong môi trường tĩnh hoàn toàn, các chất rắn được tách ra và lắng xuống, thời gian lắng thường nhỏ hơn 2 giờ Trong một số trường hợp, khuấy trộn nhẹ trong thời gian đầu của pha lắng tạo nước thải và bùn lắng rõ ràng hơn, bùn được lắng tập trung hơn Trong hệ thống SBR, không có dòng chảy đầu vào can thiệp vào pha lắng như trong hệ thống bùn hoạt tính thông thường

N- í c th¶i

®Çu vµo

4 Giai đoạn xả nước ra (Draw): nước đã lắng sẽ được hệ thống thu nước tháo ra; đồng thời trong quá trình này bùn lắng cũng được tháo ra Việc loại

bỏ này phải được thực hiện mà không làm xáo trộn bùn lắng

5 Giai đoạn chờ (Idle): Pha này xảy ra giữa pha xả và pha bơm, trong đó nước thải đã được xử lý được loại bỏ và nước thải đầu vào được bơm vào Giai đoạn này đôi khi có thể được sử dụng để xả bùn thải hoặc vệ sinh lại thiết bị sục khí, cánh khuấy…[6]

1.3.3 Phương pháp mương oxi hóa

Mương oxy hóa là một dạng Aeroten cải tiến khuấy trộn hoàn chỉnh trong điều kiện hiếu khí kéo dài, và nước chuyển động tuần hoàn trong mương Mương oxy hóa có thể phân thành 2 nhóm chính: liên tục và gián đoạn

- Mương oxy hóa gián đoạn có hình vành khăn sâu từ 0,9 – 1,5 m, hoạt động luân phiên: thổi khí và lắng Nạp và tháo nước chỉ tiến hành trong giai đoạn lắng vì vậy quá trình xử lý có dạng bậc và nước thải sau xử lý có chất lượng tốt

- Mương oxy hóa hoạt động liên tục loại 1: cũng đơn giản như mương oxy hóa gián đoạn nhưng nước vào và ra liên tục đồng thời quá trình lắng diễn ra ở hai mương bên hông, luân phiên nhau

- Mương oxy hóa hoạt động liên tục loại 2: Rất gọn tuy nhiên trên thực tế rất khó bố trí trùng khớp với chu kỳ lắng trong các mương bên hông Lắng và tháo nước sạch diễn ra trong vòng 30 – 40 phút Trong thời gian này, lượng nước thải trong mương tăng tương ứng với độ sâu ngập nước máy thổi khí cũng tăng