BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRUONG DAI HOC CAN THO
KHOA MOI TRUONG VA TAI NGUYEN THIEN NHIEN
sow Licsce
LUẬN VĂN TĨT NGHIỆP ĐẠI HỌC CHUYEN NGANH KY THUAT MOI TRUONG TEN DE TAI:
THEO DOI QUA TRINH TAO BUN HAT HIEU KHI VOI
CHAT MANG LA THAN HOAT TINH DANG BOT VA DANH GIA HIEU SUAT XU LY DOI VOI
NUOC THAI THUY SAN
CAN BO HUONG DAN: SINH VIÊN THUC HIEN:
Ths Lê Hồng Việt Nguyên Thị Linh
Trang 3
Ự NHAN XET CUA CAN BO PHAN BIEN v
c4œsEfl5s2
Trang 4MỤC LỤC Nhận xét của cán bộ hướng dẫn Nhận xét của cán bộ phản biện Mục lục Danh mục bảng Danh mục hình
Danh mục các ký hiệu & từ viết tắt Danh mục phụ lục
Lời nĩi đầu
Tĩm tắt đề tài
II? ca 1
IV 06ài(i0 3n (iu 0 2 IES€j0i 00/13) 0i8 20:40 in 3 1.4 Ý nghĩa của đỀ tài - c1 1171 11 1111111111111 11211711111 1xrkxerrrrrk 3 "Noo 09) 00402: 1n 4
2.1.1 Phương pháp hiếu khí - ¿- - + tk Ek SE SEEEEEEEEEEEEEEEEEEEkrkrrkrkrkered 4 2.1.2 Phương pháp thiếu khí 2 - + 2E kE#EE£EEEEEEEEEEEEEEkevrrerxersrkrrsrersee 13 2.2 Giới thiệu cơng nghệ bùn hạt hiếu khí 22 eSYEt+EeEEevveerkerrkeereree 13
2.2.1 Cơ chế của sự hình thành bùn hạt hiếu khí . ¿-ccc+ccvsscvrsee 20 2.2.2 Các đặc tính của bùn hạt hiếu khí ¿5:25 c2cttsrrtstrritrrrsrrrirrrrree 24
2.2.3 Các yếu tơ ảnh hưởng sự hình thành bùn hạt hiếu khí - 27
2.2.3.1 Thành phân chất nền (Substrate Composifion) - - s5 s<¿ 27
2.2.3.2 Tỉ lệ nạp chất nền (Substrate Loading Rate) - ¿c5 ccscrsreo 27
2.2.3.3 Lực cắt thủy lực (Hydrodynamic Shear Force) . - - s55: 29 2.2.3.4 Chế độ dư và khan hiếm cơ chất (Feast-Famine Regime) 30
2.2.3.5 Thời gian lưu chất rắn SRT (Solids Retention Time) -. -‹- 31
2.2.3.6 Oxy hịa tan (DIssolved ƯXxYø€n) HH ng hen 3]
Sinh vién thuc hién: Nguyễn Thị Linh i
Trang 5Để tài: “Nghiên cứu quá trình tạo bùn hạt hiểu khí với chất mang là than hoạt tính dạng bột và đánh giá hiệu suát xử lý đổi với nước thải thủy san”
2.2.3.7 Chế độ nạp liệu (Feeding Strategy) s - c nnxnvnrxrterrrsrsererrrred 31
2.2.3.8 Chu kỳ thời gian (Cycle Time) - 5c n1 nga 32
2.2.3.9 Thời gian lắng (Settling Tiime) - ¿- - ¿5c 2x3 vE+EEEE+kEEsrkersrkrkee 32
2.2.3.10 Tỉ lệ thể tích thay nước (exchange ratiO), . 5: 5e cxcsrxsrsrxreee 33
2.2.3.11 Sự hiện diện của 1on Ca?! trong nước thải «sex: 33
2.2.3.12 Bùn giống (Seed SlUdđg€), - càng Hye rrki 35 2.2.3.13 Hình dạng bể phản ứng (Reactor Configuation) -. 5 55-5: 35
2.2.3.14 Chất răn lơ lửng và chất mang . - - 2s tx‡E‡E2EeEerkerzrkered 36 2.2.3.15 Tính ky nước của tẾ bàO . - cv SE EYEkykkrkrkrkrkrrered 36
3.1 Nguyên vật liệu và nguơn vi sinh vậtt 2-2 te eEEeEEtvrkvrkerrkerrkerreerved 38
3.1.1 Nước thải - - c1 TH TH TH TH TH HH nà 38
c8: 7 7 ec cscssssssssssssssevsscevsscsssvssssvsesscsvsavsvsvsavssevavsesavensavavsneavavensavsneans 39
3.1.3 Chất mangg ¿5s 9x E*kEEEEEEEEEESEEEETSEEETEESETEESEEETEEEETEEEEEkCkEErkrrrkrkee 39 3.2 Quy trimh thi nghieM Ơ 39 :EN 000004030 39
3.4 Điều kiện vận hành -+:++222t2tErtrrrrrirrrrrrrrrrrrirrrrrrrrrrrirrrie 41
3.5 Phương pháp và phương tiện phân tích các chỉ tiÊu . 55522 *+ssssss 42
4.1 Sự hình thành bùn hạt hiếu khí -+222222++vrerrtzttrrkrrrrrrrtrrrrrrrrrrree 44
4.1.1 Giai đoạn thích nghi ban đầu .- ¿- +5 St s SE EEEExEEEEkEEkrkerkrrrrkers 44
4.1.2 Giai đoạn hình thành bùn hạt hiếu khí - 2 2 ke +E+E+E+xeEszEvzxzxexa 46
4.1.3 Hình thái học của bùn hạt hiếu khí - 7c tt ezvsertisrrisrrrirrrrree 48
4.1.4 Sự phát triển kích thước hạt - - 6 S33 S*kEEEEEEEEEEEEEY kg rkep 49
4.2 Đặc tính của bùn hạt hiếu khí 5555cccctrt2trrrirrrtrrrriirrrrrrrrrrriri 50
4.2.1 Biến đổi nồng độ oxy hịa tan ¿- + EESEEEEEEEEEEEEEEErkerkrrrrkrro 50
4.2.2 Khả năng lắng .- - - - G1 S331 113113 1111915511197 11k Tre cv 50
4.2.3 Khả năng xử lý của bùn hạt - - G1 HH HS HH kg kg ry 52
4.2.4 Khả năng chịu tải cao của bùn hạt hiểu khí, - 5s svsvx+xerrrrrsres 54
4.3 So sánh khả năng xử lý của bùn hạt hiểu khí và bùn hoạt tính thơng thường 54 4.3.1 Kết quả thí nghiệm .- - %1 S331 S33 E3 Event 54
4.3.2 Nhận xét và g1ải thích - c1 119v 1 1v HH ng ng kg ng ng 56
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thị Linh li
Trang 65.1 Kết luận . ck St tt E511 97111111 E1 11711111 11.111 1111111711111 creed 58
5,2 Kiến nghị -sccs t E011 0711 0111071111711 11111111 1171171111111 erkkrrkecreed 59 Tai liéu tham khao
Phiếu đăng ký đề tài luận văn tốt nghiệp Đề cương luận văn tốt nghiệp
Phụ lục 1 Một số hình ảnh trong nghiên cứu
Phụ lục 2 Kết quả phân tích thống kê số liệu thí nghiệm
Trang 7
Để tài: “Nghiên cứu quá trình tạo bùn hạt hiểu khí với chất mang là than hoạt tính dạng bột và đánh giá hiệu suát xử lý đổi với nước thải thủy san”
DANH MUC BANG
Bảng 2.1 Điều kiện thích hợp cho quá trình nitrat hĩa 5s svzsecvxszssrs2 8 Bang 2.2 Hoạt động điện hình của bể bùn hoạt tính theo mẻ SBR 10
Bảng 2.3 So sánh quá trình bùn hạt hiếu khí và ky khí ‹‹ -:‹ 14
Bảng 2.4 Đặc điểm của các loại bùn .- ¿- tt tk SE EEY kg EkEExckrkrkrrkri lồ Bảng 2.5 Đặc tính của bùn hạt hiếu khí . ¿5c St Exc3* xe EkEEkrkEkrrrrkrrs 18
Bảng 3.1 Thành phần nước thải cơng ty cơ phân thủy sản Bình An 38
Bảng 3.2 Các thơng số vận hành mơ hình bê SBR 5-5: 55 25+ S2: 4]
Bảng 3.3 Các chỉ tiêu và phương pháp phân tích nước thảI .- - -‹- s5 s5: 43
Bảng 4.1 Sự thay đổi tỷ lệ F/M theo thời gian .-.¿-ccc scnz re rerrrrrrrrrrrrree 53
Trang 8DANH MỤC HÌNH
Hình 2.1 Sơ đồ quá trình phân hủy hiếu khí - 2 5 2+ E+EEEEeExzEvyx+xerkerrzed 5
Hình 2.2 Các khu vực trong bơng cặn c1 ng ng ngư 12
Hình 2.3 Cơ chế của việc hình thành bùn hạt hiếu khí - ¿52 25+: 22
Hình 2.4 Sơ đồ biêu diễn chất polymer ngoại bào làm tăng sự tạo bùn hạt hiếu khí
¬ 23 Hình 2.5 Quá trình hình thành hạt hiếu khí + 252 S*£s£zxsrxesersered 23 Hình 2.6 Đặc tính của bùn hạt và bùn hoạt tính truyền thống - - 2 5c: 24 Hình 2.7 Biểu đồ nồng độ chất nền trong bùn hạt hiếu khí .:-2 5:5: 25 Hình 2.8 Ảnh hưởng của vận tốc khơng khí trên bề mặt lên kích thước bùn hạt
và tỷ lệ hình dạng ngồi của bùn hạt (độ trịn của bùn hạt) ««+++- 29
Hình 2.9 Ảnh hưởng của vận tốc khơng khí trên bề mặt lên chỉ số S VI
và mật độ sinh khối +: + + 92x+Ex+xx 2x ExEExEExEErEEEEkEExErkrkerkrrkerkrrrrrrrrrerrrrie 30 Hình 2.10 Kiểu dịng chảy trong cột phản ứng ngược dịng (a) -. -ss+sscs¿ và bể xáo trộn hồn tồn (Đ), - s12 332 T33 E3 cv grrkrkd 36 Hình 3.1 Than hoạt tính dạng bột - Gv ngu 39 Hình 3.2 Sơ đồ hoạt động bê SBR -.- 52 Sàn H3 TH HE 40 Hình 4.1 Bùn hoạt tính thơng thường ban đầu đưa vào mơ hình 44
Hình 4.2 Hiệu suất loại COD ở giai đoạn thích nghi 2-5: s3 vzxcevzxcxez 45 Hình 4.3 Vi sinh vật trong mơ hình - - c1 13 1191 9911111 1181111 1118811 1 ry 45 Hình 4.4 Nơng độ sinh khối lơ lửng trong mơ hình theo thời gian 46
Hình 4.5 Cầu trúc bùn hạt cĩ kích thước < 0,1 mm (tuần thứ 4) 47
Hình 4.6 Cầu trúc bùn cĩ kích thước khoảng 0,22mm (tuần thứ 6) - 47
Hình 4.7 Cầu trúc bùn hạt cĩ kích thước < 0,5 mm (tuần thứ 9) -. 5«¿ 47 Hình 4.8 Sự thay đổi hình dạng và kích thước của hạt theo thời gian 49
Hình 4.9 Sự thay đổi kích thước hạt và chỉ số thể tích bùn SVI theo thời gian 49
Hình 4.10 Quan hệ giữa COD và DO trong một mẻ phản Ứng . - 50
Hình 4.11 Sự thay đổi chỉ số thé tích bùn và vận tốc lắng của sinh khối bùn
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thị Linh y
Trang 9Để tài: “Nghiên cứu quá trình tạo bùn hạt hiểu khí với chất mang là than hoạt tính dạng bột và đánh giá hiệu suát xử lý đổi với nước thải thủy san”
trong bê phản ứng theo thời gian :- 5: 5c 6S SE SEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEkEEEEkrkrrkrrs 31
Hình 4.12 Sự thay đơi thể tích bùn trong ống đong 100 ml - 5: 52 +5s ca 52 Hình 4.13 Kết quả xử lý COD trong nước thải thủy sản của -. -2- ree bùn hạt hiếu khí theo thời gian - St 2E SEEEEEEEETEEEEEEEEEEErkEEErkrkerkrsrie 53
Hình 4.14 Kết quả xử lý COD trong nước thải thủy sản của bùn hạt hiếu khí và bùn
hoạt tính thơng thường ở tại nạp chất hữu cơ OLR = 2 và 2,5 kgCOD/mỉ ngày 54
Hình 4.15 Kết quả xử lý BOD; trong nước thải thủy sản của bùn hạt hiếu khí và bùn
hoạt tinh thơng thường ở tại nạp chất hữu cơ OLR = 2 và2,5 kgCOD/m.ngày 55 Hình 4.16 Kết quả xử lý TKN trong nước thải thủy sản của bùn hạt hiếu khí và bùn
hoạt tính thơng thường ở tại nap chat hiru co OLR = 2 va 2,5 kgCOD/m’ ngay 55
Hình 4.17 Kết quả xử lý P tổng trong nước thải thủy sản của bùn hạt hiếu khí và bùn
hoạt tính thơng thường ở tại nạp chất hữu cơ OLR =2 và 2,5 kgCOD/m.ngày 2Ĩ
Trang 10BOD COD DO SVI MLSS MLVSS SOUR EPS SBR SBAR SRT UASB OLR CA
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU & TU VIET TAT
Nhu cầu oxy sinh hố (Biologycal Oxygen Demand)
Nhu cầu oxy hố học (Chemical Oxygen Demand)
Nơng độ oxy hịa tan (Dissolved Oxygen) Chỉ số thê tích bùn (Sludge Volume Index)
Nơng độ sinh khối lơ lửng (Mixed Liquor Supended Solids)
Nơng độ sinh khối lơ lửng bay hơi
(Mixed Liquor Volatole Supended Solids)
Tốc độ sử dung oxy riéng (Specific Oxygen Utilization Rate)
Chat polymer ngoai bao (Extracellular Polymetric Substances)
Bé bin hoat tinh theo mé (Sequencing Batch Reactor) Bê phản ứng khí nâng từng mẻ luân phiên
(Sequencing Batch Airlift Reactor)
Thời gian lu bun (Solids Retention Time)
Bề bùn ky khí dịng chảy nguoc (Upflow Anaerobic Sludge Batch)
Tải nạp chất hữu cơ (Organic Loading Rate)
Gĩc tiếp xúc (Contact Angle)
Trang 11Để tài: “Nghiên cứu quá trình tạo bùn hạt hiểu khí với chất mang là than hoạt tính dạng bột và đánh giá hiệu suát xử lý đổi với nước thải thủy san”
DANH MỤC PHỤ LỤC
Phụ lục 1 Một số hình ảnh trong nghiên cứu
Phụ lục 2 Kết quả phân tích thống kê số liệu thí nghiệm
Trang 12
LOI NOI DAU
t2ø2EHlg›so
Để hồn thành luận văn tốt nghiệp này, tơi đã nhận được nhiều sự giúp đố, những lời động viên chia sẻ chán thành của gia đình, Thấy Cơ và bạn bẻ
Đẩu tiên, Con xin được gửi lời biết ơn sấu sắc nhất đến Cha Mẹ, các Anh Chị
km trong gia đình đã động viên, hồ trợ và là chơ dựa cho con trong suốt quả trình học tập và nghiÊn cứu
Hơn bao giờ hết, tơi xin được gửi lời cảm ơn đến thầy Th.s Lê Hồng Việt đã tạo mọi điểu kiện thuận lợi cho tơi trong suốt quá trình nghiên cứu Đơng thời Thầy cũng là người đã trực tiếp hướng dẫn và theo sát tơi trong suốt quả trình nghiên Cứu
Tơi cũng xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến Cơ Th.s Nguyễn Thị Thu Vân đã
tận tình hướng dẫn, giúp đỡ để tơi hồn thành khĩa luận này
Xin được gửi lời cảm ơn đến quý Thây Cơ bộ mơn Kỹ Thuật Mơi Trường, Khoa Mơi Trường và Tài Nguyên Thiên Nhiên, trường Đại Học Cân Thơ đã tận tình chỉ bảo, giúp đỡ và tạo điêu kiện tốt cho tơi trong quá trình phân tích và xử lý
các số liệu, hình ảnh
Xin được gửi lời cảm ơn đến văn phịng Khoa Mơi Trường và Tài "Nguyên Thiên Nhiên, Trường Đại Học Cân Thơ đã tạo mọi điều kiện và hồn tất nhanh chĩng mọi thủ tục cho tơi trong quả trình làm đề tài
Tơi xin cám ơn Ban giám đốc cùng các anh chị em cơng nhân, bảo vệ cơng ty cĩ phán thủy sản Bình Án đã tận tình giúp đổ, tạo điều kiện thuận lợi cho tơi trong
thời gian thực hiện dé tai
Cuối cùng, xin căm ơn những lời động viên, chỉa sẻ và những gĩp ÿ chán
thành từ bạn bẻ
Mặc dù đã nỗ lực hết mình nhưng do khả năng, kiến thức và thời gian cĩ hạn nên khơng thể tránh được những sai sĩt trong lúc thực biện luận văn này, kính mong quý Thây Cơ chỉ dẫn và gĩp ý thêm để em cĩ thể khắc phục những thiếu sĩt trong luận văn này và hồn thiện hơn vốn kiến thức em cĩ được
Xin chan thanh cám ơn!
Cần Thơ, tháng 11/2010
Sinh viên
Nguyễn Thị Linh
Trang 13
Để tài: “Nghiên cứu quá trình tạo bùn hạt hiểu khí với chất mang là than hoạt tính dạng bột và đánh giá hiệu suát xử lý đổi với nước thải thủy san”
TĨM TẮT ĐÈ TÀI
2ø2LElw›so
Nước thải thủy sản là một loại nước thải cĩ hàm lượng chất hữu cơ cĩ khả năng phân hủy sinh học cao Lượng nước sinh ra từ quá trình sản xuất khá lớn khoảng 30 — 80 mỶ nước thải/tấn sản phẩm (Lâm Minh Triết - Nguyễn Thanh Hùng -
Nguyên Phước Dân, 2006) Do đĩ, nếu loại nước thải này được thải trực tiếp ra
mơi trường hoặc cĩ xử lý nhưng chất lượng nước đầu ra khơng đạt QCVN II:
2008/BTNMTT thì cĩ khả năng gây ơ nhiễm mơi trường tiếp nhận là rất cao
Ngày nay, với những yêu cầu nghiêm ngặt hơn về chất lượng nước thải đầu ra đã tạo nên một áp lực lớn đối với các nhà máy sản xuất vừa và nhỏ do họ khơng cĩ đủ tiềm lực kinh tế để đầu tư cho một thống xử lý nước thải một cách hồn chỉnh Trong khi đĩ, diện tích xây dựng hệ thơng xử lý nước thải tại một nhà máy sản xuất ngày càng bị thu hẹp Vì vậy, việc xử lý và nâng cấp hệ thống sao cho
nước thải đầu ra đạt yêu cầu cũng là một vẫn đề khá khĩ khăn Trước tình hình đĩ,
cơng nghệ tạo bùn hạt hiếu khí (aerobic granulation) được nghiên cứu khá nhiều trong những năm gần đây Cơng nghệ này tỏ ra khá hiệu quả bởi các ưu điểm mang lại như khả năng chỊu tải nạp cao, khả năng lắng tốt, duy trì mật độ sinh khỗi cao,
cầu trúc hạt bùn dày đặc, cấu trúc đặc chắc hơn bùn hoạt tính thơng thường cĩ khả
năng loại đồng thời chất hữu cơ và nitơ
Trong đề tài nghiên cứu này, bể phản ứng theo mẻ SBR (Sequencing Batch Reactor) được sử dụng trong thí nghiệm với nước thải thủy sản, chất ơ nhiễm chủ
yếu là các thành phần của protêin, lipid là các thành phần cĩ trong máu, thịt vụn,
mỡ cá Chất ơ nhiễm bao gồm cả chất hữu cơ, nitơ và photpho Trong nghiên cứu này, bùn hoạt tính thơng thường được dùng để tạo bùn hạt hiếu khí Quả trình thực hiện đề tài này gồm ba phần:
(1) Nuơi cấy, khảo sát sự hình thành bùn hạt hiếu khí; (2) Khảo sát đặc tính của bùn hạt hiếu khí;
(3) So sánh hiệu suất xử lý của bùn hạt hiếu khi so với bùn hoạt tính thơng thường
Trang 14
Bê phản ứng được vận hành với tải trọng 0,5 — 2,5 kgCOD/mỉ ngày Sau khi bùn
thích nghị, thì bắt đầu giai đoạn tạo hạt cho đến khi hạt trưởng thành, khi hạt trưởng
thành tiến hành duy trì tải trọng dé khảo sát các đặc tính của bùn hạt
Trong suốt quá tình thí nghiệm theo dõi sự biến đổi nồng độ sinh khối trong bê phản
ứng, chỉ số thé tích bùn SVI, vận tốc lắng, khả năng xử lý, kích thước và hình dạng
hạt, pH, nồng độ oxy hồ tan DO, thời gian lưu bùn để khảo sát quá trình hình thành
và đặc tính của bùn hạt hiêu khí trong xử lý nước thải giêt mơ gia súc
Sau đĩ, tiễn hành thí nghiệm so sảnh hiệu suất xử lý của bùn hạt hiếu khí so với bùn hoạt tính thơng thường, thí nghiệm được vận hành theo mẻ với chế độ vận hành 6h/mẻ
Quá trình nghiên cứu này cũng cho thấy các đặc tính của bùn hạt hiếu khí như khả năng lắng tốt (chỉ số thê tích bùn SVI đạt 40 - 45 mg/l), van téc lang cao (11 - 13 m/h so với bùn hoạt tính thơng thường luơn nhỏ hơn 10 m/h), khả năng xử lý tốt (COD dịng ra luơn < 50 mg/I, tốc độ hấp thụ hay phân huỷ chất hữu cơ cao chỉ sau 30 - 40 phút đã gần đạt được giá trị chỉ tiêu COD nước thải đầu ra
+ O tdi nap chat hitu cơ OLR = 2 kgCOD/m ngày:
Hiệu suất xử lý của bùn hạt hiếu khí ở chỉ tiêu COD và BOD; là 96%, loại
bỏ nồng độ của chỉ tiêu N 81% và P 79,5%
Hiệu suất xử lý của bùn hoạt tính thơng thường ở chỉ tiêu COD và BOD; là 95%, N 79,3%, P 73,3%
+ O tai nap chat hitu co OLR = 2,5 kgCOD/m’ ngay:
Hiệu suất xử lý của bùn hạt hiếu khí ở chỉ tiêu COD và BOD; là 95%, N 78,5%, P 67,6%
Hiệu suất xử lý của bùn hoạt tính thơng thường ở chỉ tiêu COD là 94,3%; BOD; 94,2%; N 77,9%, P 66%
Qua q trình thí nghiệm, với những kết quả đạt được đã cĩ thể khẳng định
được bùn hạt hiếu khí hồn tồn cĩ thê hình thành trong nước thải thủy sản và một số ưu điểm về đặc tính và khả năng xử lý nước thải của bùn hạt hiếu khí hơn hắn so
với bùn hoạt tính thơng thường
Trang 15
Để tài: “Nghiên cứu quá trình tạo bùn hạt hiểu khí với chất mang là than hoạt tính dạng bột và đánh giá hiệu suát xử lý đổi với nước thải thủy san”
CHUONG I
GIOI THIEU
1.1 Đặt vẫn đề
Ngày nay, mơi trường sống của con người bị ảnh hưởng và biến đổi hàng ngày bởi
các hoạt động kinh tế, văn hĩa — xã hội, nĩi chung là sự phát triển của xã hội lồi người Các hoạt động này một mặt cải thiện chất lượng cuộc sống con người, mặt
khác lại làm cạn kiệt nguồn tài nguyên thiên nhiên, gây ơ nhiễm, suy thối mơi trường và vẫn đề biến đổi khí hậu diễn ra trên tồn cầu là hệ quả chung mà con người đang gánh chịu Vì vậy, bảo vệ mơi trường trở thành vấn đề chung của thế giới, là quốc sách hàng đầu tại nhiều quốc gia, trong đĩ cĩ Việt Nam Theo “Chiến lược bảo vệ mơi trường quốc gia đến năm 2010 và định hướng đến năm 20207,
Chính phủ đã xác định, đầu tư cho bảo vệ mơi trường là đầu tư cho phát triển bền
vững
Việt Nam đang trong giai đoạn thực hiện cơng nghiệp hĩa, hiện đại hĩa đất nước
Nền kinh tế thị trường trở thành động lực thúc đây các ngành nghề kinh tế phát triển, trong đĩ cĩ ngành chế biến lương thực, thực phẩm tạo ra các sản phẩm CĨ giá trị phục vụ nhu cầu trong nước và xuất khâu Tuy nhiên, ngành này cũng tạo ra một
lượng lớn chất thải rắn, lỏng, khí gĩp phần gây ơ nhiễm xung quanh Ngành chế
biến thủy sản cũng khơng là một ngoại lệ Do đặc điểm cơng nghệ của ngành nên
một lượng khả lớn nước thải được thải ra cùng với các chất thải răn và khí thải
Vùng đồng bằng sơng Cửu Long với tiềm năng phát triển cơng nghiệp chế biến thủy
sản là rất lớn nên kèm theo đĩ, một lượng lớn nước thải phát sinh cần được kiểm sốt chặt chế, nước thải phải được xử lý một cách hiệu quả trước khi thải vào mơi
trường tự nhiên Ngày nay, cĩ nhiều phương pháp để xử lý nước thải dựa trên nguyên tắc của lý học, hĩa học và sinh học Tùy theo tính chất nước thải, diện tích xây dựng, giá thành đầu tư mà một quy trình cơng nghệ xử lý nước thải thích hợp được áp dụng cho một nhà máy hay khu xử lý nước thải cụ thể Trong đĩ, phương
pháp sinh học được xem là hữu hiệu trong việc xử lý nước thải bởi tính đơn giản, rẻ
tiền, tiết kiệm chỉ phi hĩa chất phương pháp này dựa trên hoạt động của hệ vi sinh
Trang 16
vật để phân hủy chất ơ nhiễm hay cịn gọi là phương pháp bùn hoạt tính Tuy nhiên, phương pháp bùn hoạt tính truyền thống cĩ một số đặc điểm như khả năng chịu tải thấp (0,5 — 2 kg COD/m.ngày) (Metcaft and Eddy, 2003), chiếm diện tích xây
dựng lớn Việc giảm giá thành xử lý nước thải, cũng như diện tích xây dựng của hệ
thống xử lý mà vẫn đảm bảo chất lượng nước đầu ra là một mục tiêu thúc đây các nhà cơng nghệ mơi trường tìm kiếm những cơng nghệ mới
Cơng nghệ tạo bùn hạt hiếu khí (aerobic granulation) được nghiên cứu khá nhiều trong những năm gần đây Cơng nghệ này tỏ ra khá hiệu quả bởi các ưu điểm mang
lại như khả năng chịu tải nạp cao, khả năng lắng tốt, duy trì mật độ sinh khối cao,
cầu trúc hạt bùn dày đặc, cầu trúc đặc chắc hơn bùn hoạt tính thơng thường, cĩ khả
năng loại đồng thời chất hữu cơ và nitơ [16] Đặc biệt, với khả năng lắng tốt, cơng nghệ này cĩ thể làm giảm được diện tích cơng trình lắng sinh khối phía sau Điều
này rất thiết thực khi ứng dụng vào thực tế
Với những ưu điểm của cơng nghê bùn hạt hiếu khí, nĩ trở thành một xu hướng mới trong xử lý nước thải Tuy nhiên, để áp dụng vào thực tế, cần tiến hành những mơ
hình với qui mơ phịng thí nghiệm (lab scale), tiến đến xây dựng những hệ thống xử
lý qui mơ nhỏ (pilot) Trên cơ sở đĩ, rút ra những kinh nghiệm thiết kế, xây dựng và vận hành hệ thống, đề hệ thống xử lý này cĩ thể áp dụng tại nước ta
Do đặc điểm nước thải thủy sản cĩ nồng độ chất ơ nhiễm cao (COD khoảng 1000 — 2000 mg/L; BOD; khoảng 600 — 950 mg/L, hàm lượng N khá cao từ 70 — 110 mg/L) chủ yếu là ơ nhiễm chất hữu cơ bao gồm protein, lipid, gluxit cĩ trong máu cá, thịt vụn và mỡ cá Lượng nước sinh ra từ quá trình sản xuất khá lớn khoảng 30 — 80 m” nước thải/tấn sản phẩm (Lâm Minh Triết - Nguyễn Thanh Hùng - Nguyễn
Phước Dân, 2006)
Vì vậy, trong đề tài này sử dụng nước thải thủy sản là nguồn cacbon và chất dinh
dưỡng cho quá trình nghiên cứu bùn hạt hiếu khí
1.2 Mục tiêu nghiên cứu
- Nghiên cứu sự tạo thành bùn hạt hiếu khí trong xử lý nước thải thủy sản, cũng như xác định các đặc tính của bùn hạt hiếu khí
- Đánh giá khả năng xử lý của bùn hạt hiệu khí đơi với nước thải thủy sản
Trang 17
Để tài: “Nghiên cứu quá trình tạo bùn hạt hiểu khí với chất mang là than hoạt tính dạng bột và đánh giá hiệu suát xử lý đổi với nước thải thủy san”
1,3 Giới hạn và phạm vỉ nghiên cứu
Nghiên cứu này sử dụng bể phản ứng theo mẻ dạng cột (column sequencing batch Teactor) VỚI chất mang là than hoạt tính dạng bột để nuơi cây bùn hạt hiếu khí Nguồn cacbon và chất dinh đưỡng sử dụng lấy từ nước thải chế biến thủy sản (cụ thể là cá tra, cá basa) của cơng ty cơ phân chế biến thủy sản Bình An, KCN Trà Nĩc
2, quận Bình Thủy, TP Cần Thơ Với nơng độ chỉ tiêu COD của nước thải nuơi cấy
từ 500 — 1391 mg/L Đặc tính của hạt được khảo sát bằng việc xác định các thơng
số như nồng độ sinh khối đã lắng (settled biomass concentration), chỉ số thể tích bùn SVI (sludge volune index), vận tốc lắng (settling velocity) sau khi hạt trưởng
thành được hình thành thì gia tăng tải trong dé theo dõi biến đổi đặc tính, hoạt tính
sinh học của bùn hạt cũng như đánh giá khả năng xử lý của bùn hạt thơng qua các chỉ tiêu BOD;, COD, N, P
1.4 Ý nghĩa của đề tài
Dựa trên những nghiên cứu trước đĩ về bùn hạt hiếu khí, với những ưu điểm vượt
bậc so với bùn hoạt tính truyền thống, đề tài này là một nghiên cứu bước đầu cĩ thê gĩp phần vào việc tìm ra một kỹ thuật mới ứng dụng bùn hạt hiếu khí trong xử lý nước thải thủy sản nĩi riêng và nước thải nĩi chung
Cơng nghệ bùn hạt hiếu khí cịn khá mới mẻ trong việc xử lý nước thải ở nước ta Vì vậy, những nghiên cứu về khả năng ứng dụng trong xử lý nước thải ở nước ta, cũng như việc tìm hiểu khả năng cĩ thể cải tạo (upgrade) các hệ thống bùn hoạt tính truyền thơng để phù hợp áp dung cơng nghệ này là điều cần thiết
Trang 18
CHUONG II
LƯỢC KHẢO TAI LIEU
2.1 Phuong phap xw ly sinh hoc
Cơ sở của phương pháp xử lý sinh học nước thải là dựa vào khả năng oxy hĩa các hợp chất hữu cơ dạng hịa tan và khơng hịa tan của vi sinh vật — chúng sử dụng các
liên kết đĩ như là nguồn thức ăn của chúng (Lâm Minh Triết và cộng sự, 2006)
Tuỳ theo bản chất của các phương pháp xử lý nước thải, người ta cĩ thê chia chúng thành phương pháp lý học, phương pháp hố học, phương pháp sinh học Một hệ thống xử lý hồn chỉnh thường kết hợp đủ các thành phần kể trên Tuy nhiên, tuỳ theo tính chất của nước thải, mức độ tài chính và yêu cầu xử lý mà người ta cĩ thê cắt bớt một số cơng đoạn (Lê Hồng Việt, 2003)
Theo Trịnh Thị Thanh, Trân Yêm, Đơng Kim Loan (2004), cĩ 3 nhĩm phương pháp
xử lý nước thải theo nguyên tắc sinh học:
+ Quá trình hiếu khí (aerobic process) + Q trình thiếu khí (anoxic process)
+ Q trình yếm khí hay cịn gọi là quá trình ky khí (anaerobic process)
2.1.1 Phương pháp hiếu khí
Phương pháp hiểu khí là quá trình xử lý sinh học sử dụng các vi sinh vật oxy hĩa các chất hữu cơ trong điều kiện cĩ oxy Các phản ứng xảy ra trong quá trình này là do các vi sinh vật hoại sinh hiếu khí hoạt động cần cĩ oxy của khơng khí để phân
hủy các chất hữu cơ nhiễm ban cĩ trong nước thải Các vị sinh vật hoại sinh cĩ
trong nước thải hầu hết là các vi khuẩn hiếu khí, kị khí hoặc kị khí thy tién (Luong Đức Phẩm, 2007)
Theo Lê Hồng Việt (2003), quá trình hiểu khí gồm 2 quá trình chính: q trình oxy hĩa và quá trình tơng hợp:
s* Quá trình oxy hĩa (dị hĩa)
CHONS +0, + VK hiéukhi — CO, + NH, + sản phẩm khác + năng lượng
Trang 19
Để tài: “Nghiên cứu quá trình tạo bùn hạt hiểu khí với chất mang là than hoạt tính dạng bột và đánh giá hiệu suát xử lý đổi với nước thải thủy san”
* Quá trình tổng hợp (đồng hĩa)
CHONS +0, + VK hiéu khi + năng lượng —> C;H;O¿;N (tế bào VK mới)
Khi hàm lượng chất hữu cơ thấp hơn nhu cầu của vi khuẩn, vi khuẩn sẽ trải qua quá trình hơ hấp nội bào hay là tự oxy hĩa sử đụng nguyên sinh chất của bản thân chúng làm nguyên liệu
CzH;O¿N + 5O; — 5CO; + NH¿' +2HạO + năng lượng
Trong phương pháp hiếu khí, amơn cũng được loại bỏ bằng oxy hĩa nhờ vi sinh vật dị dưỡng (quá trình mtrat hĩa)
Nước thải đầu
vào y BOD Nang luong ỳ > Các chất nền
| Hơ hấp , khơng phân
Ai hà x hủy
CO», H,O A nội bao Sinh khoi
(SO4", NO3 )
Nước thải đầu
ra
Hình 2.1 Sơ đồ quá trình phân hủy hiếu khí (Nguồn: Lê Hồng Việt, 2003)
+ Quá trình nỉitrat hĩa
Theo Lâm Minh Triết, Lê Hồng Việt (2009), quá trình nitrat hĩa là quá trình oxy hĩa sinh héa NH, dau tién thanh nitrit NO.” va sau đĩ thành NO; với sự tham gia của vi khuan Nitrosomonas — giai đoạn 1 (Nitrosomonas, Notrosococcus, Nitrosolobus, Nitrosovibrio) va Nitrobacter — giai đoạn 2 (Nitrosopira, Nitrosococcus, Nitrosopina)
Trang 20
Quá trình nitrat hĩa gồm 2 giai đoạn sau:
Giai đoạn ï: amơn bị oxy hĩa thành nitrit do tác động của vi khuẩn nitrit
2NH,* +O, Nitrosomonas » 2NO, + AH + 2H;O
Giai đoạn 2: oxy hĩa nitrit thành nitrat do tác động của vi khuẩn nitrat
2NO, + 0, Nitrobacter V 2NOÿ
Quá trình chuyển hĩa amơn thành nitrat cĩ thê tổng hợp bằng phương trình sau:
NH," + 20, + NO; + 2H” + HạO
Việc chuyển hĩa NH¿” thành NO; được thực hiện bởi vi khuẩn oxy hĩa amơn
(Ammonia Oxidizing Bacteria - AOB) Nitrosomonas (nhu N europaea, N
oligocarbogenes) là các vi khuẩn tự dưỡng oxy hĩa amơn thanh hydroxylamine (NHạOH) Các AOB khác là MNitrosospira, Nitrosococcus, Nitrosolobus, va
Nitrosovibrio Trong nước thải hầu hết các AOB là N/osomonas
Việc chuyển hĩa nitrit thành nitrat được tiến hành bởi các vi sinh vật oxy hĩa nitrit (Nitrite Oxidizing bacteria - NOB) Các ví khuẩn hĩa dưỡng khác tham gia oxy hĩa nitrit 14 Nitrosopina, Nitrosococcus, Nitrosopira Trong số 46 Nitrobacter 1a vi khuẩn thường gặp trong nước thải nhất
Mặc dầu các vi khuẩn nitrat hĩa tự dưỡng chiếm ưu thế về số lượng trong mơi trường nhưng quá trình nitrat hĩa cũng cĩ thể diễn ra bởi các vi khuẩn dị dưỡng (Arthrobacter) va nam (Aspergillus) Cac vi sinh vật này sử dụng nguồn cacbon hữu cơ và oxy hĩa amơn thành nitrat, tuy nhiên các vi khuẩn dị đưỡng cần năng lượng
và sự tăng trưởng của chúng chậm hơn nhĩm vi khuẩn nitrat hĩa tự đưỡng rất nhiều,
do đĩ mức độ đĩng gĩp của nĩ vào quá trình nitrat hĩa coi như khơng đáng kê (Lâm
Minh Triết - Lê Hồng Việt, 2009)
Quá trình mitrat hĩa cĩ một ý nghĩa quan trọng trong kỹ thuật xử lý nước thải: + Trước tiên nĩ phản ánh mức độ khống hĩa các hợp chất hữu cơ
+ Thứ hai là qua trinh nitrat hĩa tích lũy được một lượng oxy dự trữ cĩ
thể dùng để oxy hĩa các chất hữu cơ khơng chứa nitơ khi lượng oxy tự do (lượng
oxy hịa tan) đã tiêu hao hồn tồn cho quá trình đĩ
Trang 21
Để tài: “Nghiên cứu quá trình tạo bùn hạt hiểu khí với chất mang là than hoạt tính dạng bột và đánh giá hiệu suát xử lý đổi với nước thải thủy san”
Các nhân tố ảnh hướng đến quá trình nitrat hĩa
Theo Đỗ Hồng Lan Chỉ - Lâm Minh Triết (2005), các nhân tố ảnh hưởng
đến quả trình nitrat hoa như: nơng d6 amonia/nitrat, nơng độ oxy hịa tan, pH, nhiệt độ, tỉ lệ BOD./TNK và sự hiện diện các hĩa chất độc hại
* Nồng độ amonia/nitrat: phụ thuộc vào động học quá trình phát triển
của vi khuân nitrat
* Nồng độ oxy hịa tan: nơng độ oxy hịa tan là một trong những yếu tố quan trọng nhất kiểm sốt quá trình nitrat hố Nồng độ oxy tốt nhất cho quá trình là
lớn hơn 2 mg/L, thấp nhất là 1,3 mg/L
* Nhiệt độ: sự phát triển của vi khuẩn nitrat chịu ảnh hưởng của nhiệt
độ Nhiệt độ thích hợp cho sự phát triển của vi khuẩn nitrat là 8+230C, tốt nhất
khoảng 30C
* pH: pH tối ưu cho qua trình năm trong khoảng khá rộng từ 7,5 + 8,5
Quá trình nitrat sẽ bị ức chế khi pH < 6 hoặc pH >10 Quá trình này cũng sử dụng
độ kiềm trong nước thải, cứ 1 mg NH7 -N được oxy hĩa cần 7,14 mg CaCOa, do đĩ làm giảm độ kiêm trong nước thải
* Tỷ số BOD,/TKN: tỉ lệ vi khuẩn nitrat giảm khi BODz/TKN tăng Kết hợp quá trình khử BOD và nitrat hĩa cần tý lệ BODz/TKN >5, trong khi đĩ chỉ
cĩ quá trình khử nitrat thì tỉ lệ BODz/TKN < 3
* Ảnh hướng của hĩa chất độc hại: các hĩa chất độc hại trong nước
thải ảnh hưởng dén vi khuan Nitrosomonas nhiéu hon so voi vi khuan Nitrobacter
Các hợp chất hữu cơ trong nước thải khơng gây độc trực tiếp cho các vi khuẩn nitrat hố mà là ảnh hưởng gián tiếp, trong điều kiện thiếu oxy các chất hữu cơ sẽ hình
thành các hợp chất độc Các hợp chất ảnh hưởng đến quá trình nirat hĩa như:
cyanua, thiourea, phenol, anilines va kim loai nang (Ag, Ni, Cr, Cu, Zn) Dé qua trình khử amơn diễn ra hồn tồn thì nồng độ cho phép của niken là 0,25 mg/L; crom là 0,25 mg/L, đồng là 0,1 mg/L (Metcalf and Eddy, 2003)
Do các vi khuẩn nitrat hĩa bị ức chế bởi các kim loại nặng nên nếu hàm
lượng kim loại nặng trong nước thải vượt quá mức cho phép thì quá trình mitrat hĩa
sẽ bị chậm lại Khi quá trình nitrat hĩa bị ngừng hắn, amơn khơng bị oxy hĩa trong bê sục khí và sẽ năm trong nước thải đầu ra
Trang 22
Bảng 2.1: Điều kiện thích hợp cho q trình nitrat hĩa
Thơng số Don vi | Giá trị
pH - 7,2 + 8,4
Nhiệt độ °C 15 + 35
DO mg/L >]
MLVSS mg/L 1200 + 2500
Kim loai nang (Cu, Zn, Cd, Ni, Pb, Cr) | mg/L <5 Cyanua va cac hop chat mg/L < 20
(Nguon: Grabriel Bitton, 1999) == QQuá trình sinh học trong bùn hoạt tính
Nguyên lý cơ bản của bê bùn hoạt tính là tạo điều kiện hiếu khí cho quần thể
vi sinh vat co trong bể phát triển tạo thành bùn hoạt tính Khi ở trong bê, các chất lơ
lửng đĩng vai trị là các hạt nhân cho vi khuẩn bám vào, sinh sản và phát triển dan
lên thành các bơng cặn bùn hoạt tính Bùn hoạt tính là các bơng cặn cĩ màu nau sam chứa các chất hữu cơ hấp thụ từ nước thải và là nơi cư trú, phát triển của vơ số vi khuẩn và vi sinh vật khác Vi khuẩn và vi sinh vật sống dùng chất nên (BOD) và
chất dinh dưỡng (N, P) làm thức ăn để chuyển hĩa chúng thành các chất trơ khơng
hịa tan và thành các tế bào mới Một vài loại vi khuẩn tấn cơng vào các chất hữu cơ cĩ câu trúc phức tạp, sau khi chuyển hĩa thải ra các hợp chất hữu cơ cĩ câu trúc đơn giản hơn, một vài loại vi khuẩn khác dùng các chất này làm thức ăn và lại thải ra các chất hữu cơ đơn giản hơn nữa và quá trính cứ tiếp tục cho đến khi chất thải cuỗi cùng khơng thể dùng làm thức ăn cho bất cứ loại vi sinh vật nào nữa (Trịnh Xuân
Lai, 2002)
Thơng thường người ta dùng hệ thống khuấy trộn hoặc sục khí cưỡng bức dé cung cấp oxy tạo điều kiện hiếu khí cho vi sinh vật hoạt động
Theo Lâm Minh Triết, Lê Hồng Việt (2009), hai mục tiêu chính của việc xử
lý nước thải bằng bể bùn hoạt tính là:
* Oxy hĩa các chất hữu cơ cĩ thể phân hủy sinh học và chuyên hĩa chúng
thành sinh khối
Trang 23
Để tài: “Nghiên cứu quá trình tạo bùn hạt hiểu khí với chất mang là than hoạt tính dạng bột và đánh giá hiệu suát xử lý đổi với nước thải thủy san”
% Tạo bơng cặn để loại bỏ sinh khối ra khỏi nước thải (diễn ra ở bể lắng thứ g Cà g
cấp)
Theo Lương Đức Phẩm (2007), quá trình oxy hĩa các chất hữu cơ xảy ra trong bể
bùn hoạt tính trải qua 3 gia1 đoạn:
s* Giai đoạn thứ nhất: tộc độ oxy hĩa bằng tốc độ tiêu thụ OXV Ở giai đoạn này bùn hoạt tính hình thành và phát triển Hàm lượng oxy cần cho vi sinh vật sinh trưởng, đặc biệt là ở thời gian đầu tiên thức ăn dinh dưỡng trong nước thải rất phong phú, lượng sinh khối trong thời gian này rất ít Sau khi vi sinh vật thích nghi với mơi trường, chúng sinh trưởng rất mạnh theo cấp số nhân Vì vậy lượng tiêu thụ oxy tăng dần
“* Giai doan hai: vi sinh vat phat triển ơn định và tốc độ tiêu thụ Oxy cũng ở
mức gần như ít thay đơi Chính ở giai đoạn này các chất bân hữu cơ bị phân
hủy nhiều nhất
s* Giai đoạn ba: sau một thời gian khá dài tốc độ oxy hĩa cầm chừng (hầu như ít thay đổi) và cĩ chiều hướng giảm, lại thấy tốc độ tiêu thụ oxy tăng lên Đây là giai đoạn nitrát hĩa muối amơn
= Bế bùn hoạt tính theo mề (Sequencing Batch Reactor — SBR)
Theo Lâm Minh Triết, Lê Hồng Việt (2009), bề bùn hoạt tính theo mẻ gồm cĩ một
bể duy nhất trong đĩ diễn ra 5 giai đoạn chính như sau:
Giai đoạn 1: Làm đây nước thải Ư giai đoạn này nước thải được dẫn vào bê và đường ống cấp khí cĩ thể mở và cĩ thể đĩng Thời gian làm đầy bê chiếm 25% của
một mẻ xử lý
Giai đoạn 2: Phản ứng Ư giai đoạn này bê được sục khí liên tục (van ở ống cấp
khí luơn mở Quá trình oxy hĩa sinh hĩa xảy ra như ở bể aeroten thơng thường, thời gian ở giaI đoạn này chiêm 35%
Trang 24
Giai đoạn 3: Lắng tĩnh Ư giai đoạn này bê làm việc như bê lắng thứ cấp (bê lắng
đợt 2) nhưng ở trạng thái tĩnh do đĩ xảy ra điều kiện thiếu khí và khả năng khử được nitơ cĩ trong nước thải bằng quá trình khử nitrat Thời gian lắng chiếm 20% Giai đoạn 4: Chat nước Phần nước trong sau khi lăng được chắt nước ra (lây nước ra) nhờ thiết bị chắc nước tự động (decanto) và thiết kế này sẽ tự động dừng chất nước ở tại mực nước an tồn khơng lơi kéo bùn lắng theo Ở giai đoạn này các van nước và khí đều đĩng, thời gian hoạt động chiếm 15%
Giai đoạn 5: Xa bun hoat tính Thực hiện xả bùn hoạt tính (thời gian 5%) nhưng giữ lại một phần bùn trong bể như lượng bùn hồn lưu trong bể aeroten truyền thơng Các van nước và khí đêu đĩng
Và chu kỳ mẻ mới bắt dau sau do
Báng 2.2 Hoạt động điển hình của bể bùn hoạt tính theo mẻ SBR
% THỂ 2 3
tích k lớn 7 Chu kỳ thoi gian Mục đích ° Hoạt động os
nhat
influent
25-100 | 25 t FILL | Thêm cơ chất Van suc khí tất hoặc mở
100 35 ma Thời gian sục khí Van sục khí mở 100 20 — Lang Van sục khí tắt
_DECANT „
100-35 15 FLUENT Rút nước Van sục khí tắt
IDLE
35-25 5 ed Xã bùn an sục khí tất Oặc mở
(Nguồn: US EPA, 1992 — Trich [19])
Sinh vién thuc hién: Nguyễn Thị Linh 10
Trang 25Để tài: “Nghiên cứu quá trình tạo bùn hạt hiểu khí với chất mang là than hoạt tính dạng bột và đánh giá hiệu suát xử lý đổi với nước thải thủy san”
Đối với bê bùn hoạt tính hoạt động theo mẻ hay mương oxy hĩa, chúng ta cĩ thê tạo
được giai đoạn thiếu khí để khử nitrate tạo thành từ qua trinh nitrate hĩa nitơ —
amon Ở các loại bể này sẽ xuất hiện thêm những vi khuẩn khử nitrat, các vi khuẩn
này sẽ chuyển hĩa nitrate thành nitrit và sau đĩ chuyên nitrit thành các chất khí bay
ra khỏi nước thải
NO; —NO, —NO —>N›O —>N›
+ Bơng cặn trong bể bùn hoạt tính
Trong bê bùn hoạt tính các cụm vi sinh vật hay các bơng cặn được hình thành do
phản ứng của các vi sinh vật trong điều kiện mơi trường thiếu dưỡng chất, khi
chúng kết lại với nhau hiệu quả sử dụng thức ăn sẽ tăng cao do khi các tế bào ở gần nhau, sản phâm của tê bào này cĩ thê là nguơn thức ăn cho các tê bào lần cận Theo Lương Đức Phẩm (2007), bùn hoạt tính là tập hợp các vi sinh vật khác nhau, chủ yếu là vi khuẩn, kết lại thành dạng hạt bơng với trung tâm là các hat chat ran lo lửng trong nước Các bơng này cĩ màu nâu dễ lắng, cĩ kích thước từ 30 - 150 /zn Những bơng này gồm các vi sinh vật sống và cặn rắn (khoảng 30% đến 40% thành
phan cấu tạo bơng, nếu hiếu khí bằng thơi khí hoặc khuấy đảo đầy đủ trong thời
gian ngắn thì con số này khoảng 30%, thời gian dài khoảng 35% và kéo dài tới vài ngày cĩ thể tới 40%) Những vi sinh vật sống ở đây chủ yếu là vi khuẩn, ngồi ra cịn cĩ nầm men, nầm mơc, xạ khuân, động vật nguyên sinh, giun
Các chất keo dính trong khối nhầy của bùn hoạt tính sẽ hấp phụ các chất lơ lửng, vi
khuẩn, các chất màu, mùi trong nước thải Do vậy, hạt bùn sẽ lớn dần và tong
lượng bùn cũng tăng dân lên rồi từ từ lắng xuống đáy Kết quả là nước sẽ sáng màu,
giảm lượng ơ nhiễm, các chất huyền phù lăng xuống cùng với bùn và nước được
làm sạch
Tính chất quan trọng của bùn là khả năng tạo bơng Sự tạo bơng xảy ra ở giai đoạn
trao đổi chất cĩ tỷ lệ chất đinh đưỡng với sinh khối trở nên thấp dần Tỷ lệ này thấp
Trang 26
đặc trưng cho nguồn năng lượng thấp của hệ thống và dẫn tới giảm năng lượng
chuyển động Diện tích bề mặt tế bào, sự tạo thành vỏ nhay va tiét ra niém dich 1a
nguyên nhân keo tụ của các tê bào vi khuân
Theo Lâm Minh Triết, Lê Hồng Việt (2009), lượng oxy trong bơng cặn bị giới hạn bởi quá trình khuếch tán do đĩ số lượng vi khuẩn cịn khả năng hoạt động trong bơng cặn giảm khi kích thước bơng cặn tăng Tùy theo nồng độ oxy hịa tan trong bê, cĩ thê sẽ xuất hiện một khu vực thiếu khí bên trong bơng cặn Khu vực này mất nếu nồng độ oxy hịa tan trong bê lớn hon 4mg/L (Li và Bishop, 2004) Khu vực
bên trong của những bơng cặn lớn sẽ tạo điều kiện cho các vi khuẩn ky khí bắt buộc
và những vi khuẩn khử sulfate phát trién
Khu vuc hiéu khi
Khu vực ky khí
Khu vực thiếu khí
Hình 2.2 Các khu vực trong bơng cặn
(Nguơn: Lâm Minh Triết, Lê Hồng Việt (2009))
Diễn biến các quá trình khi nước thải tiếp xúc với bùn hoạt tính Các chất hữu cơ hịa tan, cả các chất keo và phân tán nhỏ sẽ được chuyên hĩa bằng cách hấp phụ và keo tụ sinh học trên bề mặt tế bào sinh vật Tiếp đĩ, trong quá trình trao đơi chât, dưới tác dụng của những men nội bào, các chât hữu cơ sẽ bị phân hủy Quá trình xử lý nước thải là một quá trình gồm 3 giai đoạn:
Trang 27
Dé tai: “Nghiên cứu quá trình tạo bùn hạt hiếu khí với chất mang là than hoạt tính dạng bột và đánh giá hiệu suất xử lý đĩi với nước thải thủy san”
* Khuếch tán và chuyển chất từ nước thải tới bề mặt các tế bào trong tế bao vi sinh vat
¢* Hap phu: khuéch tan va hap phu cac chat ban tir bé ngoai cia té bao qua mang ban tham vao trong tế bào
s* Chuyên hĩa các chất đã được khuếch tán và hấp phụ ở trong tế bào vi sinh vật và sinh ra năng lượng và tơng hợp các chất mới của tế bào
2.1.2 Phương pháp thiếu khí
Phương pháp thiếu khí là q trình xử lý sinh học sử dụng các vi sinh oxy hĩa các chất hữu cơ trong điều kiện thiếu oxy, khơng cấp thêm oxy từ ngồi vào (Lương
Đức Phẩm, 2009)
Theo Trịnh Thị Thanh, Trân Yêm, Đơng Kim Loan (2004), việc loại nitrogen dưới
dạng nitrat bằng cách chuyên hố thành khí nitrogen cĩ thể thực hiện theo phương pháp sinh học trong những điều kiện thiếu oxy Quá trình này gọi là khử nitrat Trước đây, chuyên hố thường được coi như là một sự khử nitrat kị khí Tuy nhiên, các quá trình chính về sinh hố khơng phải kị khí mà lại là một biến thể của q trình ưa khí Vì vậy, việc sử dụng từ "thiếu oxy" thay cho từ "ky khí" được coi là
thích hợp Các q trình khử nitrat chính cĩ thể xếp loại là các quá trình sinh trưởng
ở thể huyền phù và sinh trưởng bám theo bề mặt
Trong kỹ thuật xử lý nước thải bằng biện pháp sinh học thiếu khí theo kỹ thuật bùn hoạt tính, sự khử nitrat xảy ra khi 0 < DO < 1 mg/L Khi đĩ oxy cần cho hoạt động của vi sinh vật giảm dẫn và việc giải phĩng oxy từ nitrat sẽ xảy ra Theo nguyên tắc trên, phương pháp thiếu khí được dùng để loại nitơ ra khỏi nước thải
2 2 Giới thiệu cơng nghệ bùn hạt hiếu khí
Hau hết các hệ thống xử lý nước thải cĩ sử dụng q trình bùn hoạt tính truyền
thống cĩ một số bất lợi như sản sinh lượng sinh khối lớn, chịu tải trọng thấp, cần
diện tích xây dựng lớn do cĩ bề lắng phía sau
Trang 28
Việc tạo hạt sinh học cĩ thể được chia thành quá trình tạo hạt hiếu khí và ky khí Cĩ
thé noi day là quá trình tự cố định tế bào của vi sinh vật Quá trình tạo bùn hạt ky
khí được biết khá lâu từ những năm 1980 trong quá trình hoạt động của bể UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) Mặc dù quá trình đã được sử dụng phố biến nhưng quá trình hình thành bùn hạt vẫn là chủ đề thảo luận Đối với bùn hạt ky khí, người ta cho rằng các vi sinh phát triển tạo thành hạt bởi vì sự tương tác giữa các tế
bào vi khuẩn Thực tế, sự phát triển hình thành hạt chỉ là một trường hợp của sự
hình thành màng sinh học Trong những năm gần đây, áp dụng các hệ thống bùn hạt hiếu khí đang trở thành rất hấp dẫn trong xử lý nước thải do vận tốc lắng nhanh, cầu
trúc hạt đặc chắc hơn bùn hoạt tính thơng thường, hoạt tính sinh học cao, đồng thời
giải quyết vẫn đề khử nitrate trong nước thải Vận tốc lắng của bùn hạt hiếu khí lớn
hơn nhiều so với bùn hoạt tính thơng thường 10m/h, chỉ số thể tích bùn SVI (Sludge
Volume Index) đạt đến 30 mg/L (Linthin và cộng sự, 2005) Ngồi ra, hệ thống bùn hạt hiểu khí cĩ thể duy trì tải nạp chất hữu cơ cao OLR (Organic Loading Rate) như 7,5 kg COD/m.ngày (J J Beun và cộng sự, 1999), 9kg COD/m? ngay (Tay va cong
sự, 2003), 10 kg COD/m.ngày (Thành, 2005), 15 kg COD/mÏ.ngày (Moy và cộng sự, 2005) Hơn nữa, bùn hạt hiếu khí cĩ thể loại bỏ các chất độc hại như phenol,
toluene, pyridine, phẩm nhuộm và cĩ khả năng hấp phụ kim loại nặng (Sunil
S.Adav, Duu-Jong Lee, Kuan-Yoew Show, Joo-Hwa Tay, 2008) Các đặc tính của
bùn hạt hiếu khí và ky khí được miêu tả ngắn gọn trong bảng đưới đây: Bang 2.3 So sánh quá trình bùn hạt hiếu khí và ky khí
Quá trình Bùn hạt ky khí Bùn hạt hiếu khí
Vận tốc khí đi lên +0,6— 0,9 m/h + Cao từ 43 m/h (1.2 cm/s) (Tay và cộng sự,
2001) Nơng độ sinh khối + 5 - 40 g/L (phía trên bể phản | +5 -15 g/L
ứng) & 50 - 100 g/L (phía dưới bể phản ứng)
DO trong quá trình vận | + Yếm khí (~ 0 mg/L) +Nơng độ oxy hịa tan
hành
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thị Linh 14
Trang 29Để tài: “Nghiên cứu quá trình tạo bùn hạt hiểu khí với chất mang là than hoạt tính dạng bột và đánh giá hiệu suát xử lý đổi với nước thải thủy san”
Tải nạp chất hữu cơ
Tải nạp chât rắn
Sự phân hủy cơ chất
Loại bể phản ứng
Chất rắn lơ lửng đầu ra Thời gian khởi động
Nhiệt độ vận hành
Nơng độ nước thải
Khả năng loại chất dinh
dưỡng (N, P)
Dong thdi nitrate hoa va khir nitrate (loai hoan toan
N)
+ Trên 50 kgCOD/m ngày (Hulshoff Pol và cộng sự, 2004)
+ 0.10-7.86 kgCOD/kgVSS.d (Singh va cong sự, 1999)
+ Khơng phân hủy hồn tồn nước thải đầu vào
+ Upflow anaerobic
blanket (UASB) sludge
+ 30-150 mg/L + Khoang 3 thang
+ Ưu tiên từ âm đến nĩng
+ Nơng độ cao
+ Thấp
+ Khơng thê đạt được
+Lớn hơn 15-30
kgCOD/mÌngày (Moy
và cộng sự, 2002; Liu và cộng sự, 2003; Thanh, 2005)
Phân hủy hồn tồn đên sản phầm cuơi
+Các loại bể phản ứng theo mẻ với tỉ lệ H/D
cao
+ Cĩ thê với bê phản ứng
liên tục (upflow sludge blanket reactor) (Mishima and Nakamura, 1991; Tijhuis và cộng sự, 1994) + 80-1000 mg/L +Khoang 1 tháng + 8-15 °C (de Kreuk va cộng sự, 2005), 55°C (Zitomer và cộng sự, 2007) +Nịng độ từ thấp đến cao +Cao +Cao
(Nguồn: Bùi Xuân Thanh, 2009)
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thị Linh
Trang 30Bảng 2.4 Đặc điêm của các loại bùn
Bùn hạt
Bùn Bùn hoạttính | Bùn hạt ky khí | , ,„ | Tham khảo
hiệu khí
2-5 (hoặc lớn
Kích thước (mm) |~0,l1 (hoe 0,5 -9 Thanh, 2005
hon)
T mene I mene | 1033-1065 |1,0069 | 7 Vế C608 3U T aA co
riêng(kg/L) 2002
Dung tích nước Linlin và cộng sự,
- 97,2 94,3
(%) 2005
nk 4 Linln và cộng sự,
Van toc lang (m/h) | < 10 72 22-60
2005
Linlin va cộng sự,
Tilé VSS/SS 0,85 0,57 0,71
2005
Nồng độ sinh khối 12-60 Beun và cộng sự,
da lang (g/Lna) 2002
Bé mat té bao ky Linlin và cộng sự,
„ <50 - >75 nước (%) 2005 Ta à cộng sự, PS/PN - - 9 2001b y ve cone St Hiéu khi, yém , , khí tùy |T A co Vi khuẩn Hiếu khí Ky khí mm —— SN ý, yem | 2006 khí bắt buộc
(Nguồn: Bùi Xuân Thanh, 2009)
Trong nhiều trường hợp, người ta nhận thấy rằng hệ thống theo mẻ thì thuận lợi hơn hệ thống liên tục trong việc nuơi cấy hạt hiếu khí Điều này thể hiện rằng bùn hạt
hiếu khí cĩ thể được nuơi trong bê phản ứng theo mẻ SBR (Sequencing Batch
Trang 31
Để tài: “Nghiên cứu quá trình tạo bùn hạt hiểu khí với chất mang là than hoạt tính dạng bột và đánh giá hiệu suát xử lý đổi với nước thải thủy san”
Reactor) (J J Beun va cong sy, 1999; M.K de Kreuk, C Picioreanu, M Hosseini,
J.B Xavier, M.C.M van Loosdrecht, 2006; Yu Liu và cộng sự, 2005) hoặc trong bê
SBAR (Sequencing Batch Airlift Reactor) (Nguyên Trọng Lực, Nguyên Phước Dân, Trân Tây Nam, 2009; Bùi Xuân Thành, 2005)
Chất nền
Bun hạt hiếu khí cĩ thể được hình thành với nhiều loại nước thải tổng hợp khác
nhau (acetate, glucose, peptone, sucrose, alcohol, phenol va hỗn hợp của chúng) và nước thải cơng nghiệp (mật rỉ đường, giết mỏ, giấy, sữa, bia )
Bùn giống
Bùn giống, thành phan nước thải và các thơng số vận hanh SBR (pH, nhiệt độ, chu
kỳ thời gian, và các điều kiện khác) ảnh hưởng đến quá trình hình thành hạt (Liu và
Tay, 2004) Trong những nghiên cứu gần đây, bùn hạt hiếu khí được nuơi cấy từ
bùn hoạt tính thơng thường Cộng đồng vi sinh vật trong bùn giống từ bùn hoạt tính rất quan trọng trong quá trình tạo bùn hạt hiếu khí như vi khuẩn ưa nước cĩ vẻ ít phù hợp cho việc gắn kết các bơng bùn so với vi khuẩn ky nước (Zita và Hermansson, 1997) Với một số lượng lớn vi khuẩn ky nước trong bùn giống thì quá trình tạo bùn hạt hiếu khí nhanh hơn với khả năng lắng rất tốt (Wilen và cộng sự, 2007)
Bùn hạt hiếu khí cĩ thê được nuơi cấy từ bùn hoạt tính truyền thống (Tay và cộng
sự, 2001; Beun và cộng sự, 1999; Jang và cộng sự, 2003; ArrojJo và cộng sự, 2004; Wang va cộng sự,2004; Qin và cộng sự, 2004; Schwarzenbeck và cộng sự, 2004;
Kreuk và cộng sự, 2004), bùn ky khí (Linlin và cộng sự, 2005) hoặc hơn hợp bùn hoạt tính và bùn hạt yêm khí (Thanh, 2005)
Chất mang
Một phương thức để nhằm tăng khả năng lắng và nâng cao việc hình thành bùn hạt hiểu khí là sử dụng chất mang (support media) Nhiều loại chất mang được đề nghị
như da basalt (Tijhuis va cong su, 1994), bot biển, cát, hạt nhựa, vỏ sị (Thành,
2005) Các chất mang này đĩng vai trị là nhân trong việc hình thành bùn hạt, cũng như tăng thêm tính lắng của hạt bùn
Trang 32
i
t mang la than hoat tinh dang
hat hiéu kh z A a 39 2 e oi ch uy san khi v c thai th bin O71 nNUuO' eu ua A a tinh c Ac Ĩ1 A z Vì ẩ v
trinh tao bun hat hi
y txu Bang 2.5D v Ƒ éu sua A A en Cuu qua A ` Đề tài: “Nghi bột và đánh giá hi t00Z “TE 12 E2 - Lor- St - c9> a ABBU QC Â | 39090 FOOT TER suey | (SS)Đ/ - LUE OF 69 ABSU /9 8†| 339903 £007 “Te 1 Sue A - - - -| 6T0 ABBU (ip | jouemy FOOT “Te 12 ofony - €[-01 - 09} +670 ABSU 019 L PAS LOOT "TE 12 8E | [Ị-§ - 16 ve LT ABSU |p Cf Bg t00c “TE #2 3Ð2QU2ZEA2S - - -| 0t0E trữ UET † t€| tqpẺm eị auojdad 99007 “Te? IT - - -| OF 0E z0 Áy8u CỊ §|3 32v cL0 4900 “TE !2 T] 4 - - Or] -§E0 Áy8u /{ £| 2IÉE2V i8 9007 '4E[ 3 UIT - - - 88-1t “$30 - 9 aeRO 900c “Te Suey - - -| Stal cl ABSU 8} 9[Z1| 3##2V €007 "T12 3223| (SS)c - 0977] OtOE TT ABU ()C -| ay 6£0 q†007 "TE AE] - 09 - OF | 799†| -£E0 ABST IZ 0| 32V (E0 FOOT “Te SUE A - - - “| -€£0 WET † -| 2v FOOT “TE 2 UID - - -| 0tIr0f| $E0 WET ¢ -| aitp3V 7007 “TEP AL 9 - - 0| Sed - g| awgay (007 "TE la ad | 901-/ 09 Ol< - CT ABSU £0< cị| say 6661 “Te I2 ưag - 61I tă I ABU ()¢ £{| aeRO È66[ ` TE 32 sItHf, - 07 - SI - sf 0 - C| 32V '!I/ss 3 Bury e (qm) (mu) ae (15) |, oy aus ap ầm ox gu | ST | jeg quy| “ese yew | Ges my) | Oe ey SSATIV | © ° | aœuga | EAS | suong | ™ WEIS LOT, dea rey, 7 18 ~
Sinh viên thực hiện: Nguyên Thị Linh
Trang 33zr 39 uy san 9 (6002 “YUuvyy upny ing :uonsN) UOT‘) SUDU IDYD YUly Suonp taộ ư0q (0) z c thai th Ởi Hnưở 7 z ry
trình tạo bùn hạt hiểu khí với chát mang là than hoạt tinh dang u ly doi v
„
zy
ên cứu quá A `
Đề tài: “Nghi
bột và đánh giá hiệu suát x
C007 “Te 32 Suenyz COOT “Te 32 Bayz QcO0T “Te 12 8u2z 002 'EI2AQ pUE ÁpISSE2 2£007 “Te 12 NIT FOOT “Te 19 Suery 9007 “Te 2 BỊEH L661 “Te 12 1101u2810]AL 1007 ‘REP FY BUY E00 ˆ TE 12 0IEaAS2JN S007 “Te 2 wry €007 TE 12 Suel C007 'quE[ (SS)68§ Er9 ror £ tt Ts 0tT $8C-C SC cỡ-0t Sc-6l CC tế LS cL FIT-OF t8 06-0/ Stsl ct 0 clIc0 LI L90 “tS 0 stt0 Sec SOT $0 ET-OT rso0 APSU 6 AE8U (£ ABST §0 Atg8U ‡ VỆ £ ABSU 6] APSU (if ABS OC APEU QZ] APBU TC APS QC up ÿ 9ĩ 1/807 oe IT-8 6£ 9t FC PS COLT tế ESC joyooye j43nq 1a], 3501 3501n6 (oq) om 1218 OF — TÐWNđ Jpetd ARIE) 8uoitp I4 1EJN auojdad 2p 3101dad "3s02nID 2u01dad z9 as02nJf) 81F122E 2Ð 2S02n]O 31E122E 29 2502717 2S02nJD 19 ~
Sinh viên thực hiện: Nguyên Thị Linh
Trang 342.2.1 Cơ chế của sự hình thành bùn hạt hiếu khí
Theo Bài Xuân Thành (2009), sự tạo hạt sinh học (bio-granulation) cĩ thể phân
thành sự tạo hạt hiếu khí và ky khí; bùn hạt được hình thành thơng qua quá trình tự
cỗ định tế bào của vi sinh vật Cơng nghệ cỗ định tế bào được phát triển trong lĩnh vực kỹ thuật mơi trường trong những năm gần đây và cĩ thể chia ra 3 loại cụ thé như sau:
e Mang sinh hoc (biofilm): vi sinh vat duoc cé dinh va bam vào bề mặt chất
rắn như than hoạt tinh, bazan, nhựa, polymer, gốm (Liu và Tay, 2002)
se Tập hợp vi khuẩn và bùn hạt: hạt hiễu khí và ky khí cĩ thể coi là một cộng
đồng vi khuẩn tự cơ định
e Bay vi sinh vat (entrapped microorganisms): vi sinh vat cé thé bi dinh vao các hạt gel ky nước của các liên kết polymer hoặc các dạng gel khác như polyacrylamide (Liu va Tay, 2002)
Theo Tay và cộng sự (2001a), sự hình thành bùn hạt hiếu khí là quá trình tự cố định
tế bào của vi sinh vật khơng cĩ chất mang Giống với việc hình thành màng sinh học (biofilms) và bùn hạt ky khí, q trình hình thành bùn hạt hiếu khí là quá trình trải qua nhiều bước bao hàm các yếu tố lý hĩa sinh Dựa vào việc hình thành của
màng sinh học và bùn hạt ky khí, Liu và Tay (2002b) đề xuất quá trình hình thành
bùn hạt hiếu khí gồm 4 bước chung như sau:
Bước 1: những chuyển động vật lý ban đầu tạo liên kết của vi khuẩn với vi khuẩn bởi các năng lượng như:
Cac nang luong vat ly: o Thuy dong lic o Luc khuếch tán o Trong lic
o_ Nhiệt động lực, ví dụ như chuyên động Brown
o Tính linh động của tế bào Tế bào vi khuẩn cĩ thể di chuyên bởi tiên mao
(flagella), tiém mao (cilia), chan gia (pseudopod)
Trang 35
Để tài: “Nghiên cứu quá trình tạo bùn hạt hiểu khí với chất mang là than hoạt tính dạng bột và đánh giá hiệu suát xử lý đổi với nước thải thủy san”
Tính linh động của vi khuẩn rất quan trọng cho các tương tác ban đầu với bề
mặt và chuyền động dọc theo bề mặt trong việc hình thành màng sinh học
(Pratt and Kolter, 1998)
Bước 2: các năng lượng hấp dẫn ban đầu tạo liên kết ơn định giữa vi khuẩn với vi khuẩn, bao gồm:
o Luc Van der Waals o_ Lực hút điện tích trai dau
o_ Nhiệt động học, ví dụ như năng lượng tự do bề mặt, lực căng bề mặt
o_ Tính ky nước
o_ Vi khuẩn sợi tạo cầu liên kết các vi khuẩn đơn lẻ với nhau
Trong bước này, tính ky nước của tế bào đĩng vai trị quan trọng trong việc hình
thành bùn hạt hiếu khí (Tay và cộng sự, 2000; Liu và cộng sự, 2003, 2004a)
Vi khuẩn sợi sẽ giúp ích trong việc tạo “xương sống” (backbone), tạo mơi trường ơn
định cho vi khuẩn bám vào
Các năng lượng hĩa học:
o Liên kết hydro
o_ Hình thành cặp ion
o Hình thành bộ ba 1on
o Liên kết cầu bên trong hạt Các năng lượng hĩa sinh:
o_ Sự mất nước bề mặt tế bào
o Kha nang gắn kết với màng tế bào (cellular membrane fusion)
Tay và cộng sự (2000) đã cơng nhận rằng sự mất nước ở bề mặt tế bào và sự gan két mang tế bào là một phần trong sự khởi động việc cỗ định tế bào vi khuẩn, trong khi
một số điều kiện khác sẽ tạo ra sự mất nước ở bề mặt tế bào và gan kết màng tế bào
nhiều hơn (Xu và cộng sự, 1993)
Bước 3: oo
o San xuat chat polymer ngoai bao nhu exopylysaccharide o Phat trién cum té bao
Trang 36
o_ Thay đổi gen di truyền bởi mơi trường - tạo điều kiện và tăng cường tương
tác giữa các tế bào, kết quả cuối cùng là các tế bào dính vào nhau với mật độ
Cao
Bước 4: cầu trúc 3 chiều bền vững của bùn hạt được phát triển bởi các lực cắt thủy lực Hình dáng bên ngồi và kích thước hạt là kết quả của sự tương tác lẫn nhau
giữa bùn hạt và lực cắt thủy lực, tập hợp vi sinh vật và tải nạp hữu co
Lực cắt thủy lực chứng minh vai trị quan trọng cĩ thể ảnh hưởng đến cấu trúc và sự trao đối chất của bùn hạt hiếu khí (Tay và cộng sự, 2001b; Liu và Tay, 2002)
Nuơi cấy Hình thành
hạtnhỏ ựng suất
aoe Se
Co (= (®*, Gm @ ‹.- cà
oT URU A lỚI Sự tập h
Hạt tập hợp các vi khuân Phân giải Giới hạn oxy LẬP HỢP
cua vi khuan Hình 2.3 Cơ chế của việc hình thành bùn hạt hiếu khí
(Nguồn: Beun và cộng sự, 1996)
Trang 37
Để tài: “Nghiên cứu quá trình tạo bùn hạt hiểu khí với chất mang là than hoạt tính dạng bột và đánh giá hiệu suất xử lý đổi với nước thải thủy sản ”
Vi khuẩn đơn lẻ 5 Tao C3 ee hình © A lien kết
Chuỗi polymer của EPS
Hình 2.4 Sơ đồ biếu diễn chất polymer ngoai bao lam tăng sự tạo _ bun hat hiéu khi
(Nguon: Liu va cong su, 2004b)
Bun giong
Giai đoạn nuơi cây
Sinh khơi nhẹ chảy ra ngồi
Vy
Hạt dạng sợi
(bơng bùn chiêm ưu thê)
Bơng ra khỏi hệ thống
y Hat duoc tich luy
Hat hiéu khi nhe, min
Tang xao tron
Hat hinh cau, nhan
Hình 2.5 Quá trình hình thành hạt hiếu khí
(Nguơn: Etterer và Wilder, 2001)_ Trích [10]
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thị Linh 23
Trang 382.2.2 Các đặc tính của bùn hạt hiếu khí
Đặc tính của bùn hạt hiêu khí thê hiện những mặt thuận lợi hơn bùn hoạt tính truyện thơng, được thê hiện như sau:
Bin hat (granular sludge) Ban hoat tinh truyén thong )
Ty trong, tinh nén cao hon o_ Khơng cĩ hình dạng cỗ định Khả năng lắng tốt o_ Cấu trúc lỏng lẻo
Khả năng lưu bùn cao
Khả năng chu tải hữu cơ và nitrogen cao
` ⁄/
Hình 2.6 Đặc tính của bùn hạt và bùn hoạt tính truyền thơng
(Nguồn: Bùi Xuân Thành, 2005) % Bé mat ngồi rõ ràng, đều tin (, Rời rac
° O ° oO
Một số tác gia (Tijhuis va cong su, 1994; Jang va cong su, 2003) da xem bun hat là
những màng vi sinh hình cầu lơ lửng chứa tế bào vi sinh, cdc hat tro (inert
particles), các hạt cĩ khả năng phân huỷ (degradable particles) và các chất polymer ngoại bào EPS (extracellular polymeric substances) Chất polymer ngoại bào EPS
trong nước tạo thành một mạng lưới liên kết các hạt khác nhau lại với nhau và cho
phép các loại vi sinh vật khác nhau hình thành các khối kết tụ ơn định (Jang và cộng
sự, 2003)
Tuỳ thuộc vào tính đặc chắc của khối cầu (spherical dense structure), hạt hiếu khí cĩ đặc tính riêng của bùn hiếu khí ở lớp ngồi và bùn ky khí ở lớp trong vì vậy nitrogen co thé dé dàng bị loại bỏ nếu sự khuếch tán oxygen bị giới hạn hoặc đường
kính của hạt đủ lớn Khi đĩ, trong bùn hạt tồn tại hai điều kiện khác nhau Điều kiện
ky khí ở tâm và điều kiện hiếu khí ở phần bên ngồi Xu hướng thay đổi nồng độ
chất nền diễn ra bên trong hạt hiếu khí được mơ tả trong hình sau:
Trang 39
Để tài: “Nghiên cứu quá trình tạo bùn hạt hiểu khí với chất mang là than hoạt tính dạng bột và đánh giá hiệu suát xử lý đổi với nước thải thủy san”
Dung dịch (bulk liquid)
Kykhí Hiếu khí
Hình 2.7 Biểu đồ nồng độ chất nền trong bùn hạt hiếu khí
(Nguồn: Bùi Xuân Thành, 2009)
Bên trong hạt vi khuẩn hình que (rod bacteria) chiếm ưu thế, và cĩ nhiều lỗ hồng Những lỗ hơng này cĩ thể tăng cường sự vận chuyên chất nền từ khối chất lỏng vào trong hạt và đồng thời những sản phẩm trung gian, hoặc sản phẩm phụ cùng với các sản phẩm khác cĩ thể dễ dàng được vận chuyên từ bên trong hạt ra bên ngồi khối
chất lỏng (Tay và cộng sự, 2002)
Kích thước hạt
Kích thước hạt thì rất quan trọng để chất nền, chất dinh dưỡng, oxygen cĩ khả năng
xâm nhập và giải phĩng các sản phẩm, đồng thời cũng ảnh hưởng lớn đến khả năng
sống của vi sinh vật, điều kiện sống và cấu trúc vi mơ của cộng đồng vi sinh Kích thước hạt cũng quyết định khả năng nitrat hố và khử nitrate cùng với sự phân huỷ
ky khí tương ứng với giới hạn của sự khuyếch tán oxygen Thơng thường chiều sâu
thâm nhập của oxygen từ 100 — 500 um (Tijhuis và cộng sự, 1994) Vì vậy nếu bán kính hạt lớn hơn, thì quá trình khử nitrat và phân huỷ ky khí sẽ diễn ra Do đĩ, kích thước hạt là nhân tổ quyết định hình dạng vật lý và đặc tính của bùn hạt hiếu khí
(Linlin và cộng sự, 2005)
Trang 40
Độ ẩm
Thành phần nước trong bùn hạt hiếu khí là 94,3% Thành phần nước trong hạt ky khí là 97,2% (Linlin và cộng sự, 2005)
Vận tốc lắng
Vận tốc lắng của bùn hạt được nuơi cây trong khoảng 22 — 60 m/h vận tốc trung
bình là 34,8 m/h; so với 72 m/h của hạt ky khí Vận tốc lăng của hạt hiếu khí thấp
hơn bởi vì sự gia tăng của thành phần nước trong hạt hiếu khí (Linlin và cộng sự,
2005) Đối với hạt hiểu khí cĩ sử đụng vật mang như vỏ sị thì vận tốc lăng cĩ thể đạt 103 m/h tại tải trong 30 kgCOD/m’ ngay (Bui XuânThành, 2005)
Tỷ lệ VSS⁄SS
Tỷ lệ VSS/SS trong hạt hiểu khí là 0,71 trong khi bùn hạt ky khí là 0,57 Tuy nhiên,
tỷ lệ này thì thấp hơn bùn hoạt tính thơng thường (0,85) (Linlin và cộng sự, 2005) Tỷ trọng của hạt
Tỷ trọng của hạt hiếu khí bằng tý trọng của những tế bào vi khuẩn riêng biệt nhưng
hạt thể hiện đặc tính lắng tốt hơn bởi vì kích thước lớn hơn của chúng Tỷ trọng của
hạt cĩ thể đạt đến 60 mng/luạ: (Beun và cộng sự, 2002)
Tính ky nước bề mặt tế bào
Tính ky nước bề mặt tế bào đối với bùn hạt rất khác so với bùn dạng bơng thơng
thường Tính ky nước của tế bào cĩ sự khác nhau đáng kế trước khi và sau khi hình
thành hạt hiếu khí Tính ky nước bề mặt tế bào gia tăng từ 50,6% ở giai đoạn trước khi hình thành hạt đến 75,1% sau khi hạt hình thành Điều đĩ nĩi lên rằng sự hình
thành hạt hiếu khí sẽ kết hợp với sự gia tăng tính ky nước của tế bào Tính ky nước bề mặt tế bào luơn được xem là đĩng vai trị quan trọng trong việc cỗ định tế bào và
bám dính của tế bào lên bề mặt cũng như sự đính bám giữa các tế bào với nhau (Tay
và cộng sự, 2002)
Bè mặt ky nước của tế bào là 68% khi hình thành bùn hạt hiếu khí với chất nền là
glucose va 73% déi voi chat nén 1a acetate (Lawrence K.Wang - Nazih K Shammas - Yung Tse Hung, 2009)