MỤC LỤC LỜI CaM KẾT 2 Xin chân thành cảm ơn 3 MỞ ĐẦU 1 1. Đặt vấn đề 1 2. Mục tiêu nghiên cứu 2 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 3 1.1 Tổng quan về phenol 3 1.3 Một số phương pháp xử lí phenol trong nước 4 1.4 Một số phương pháp xử lí nước thải chứa phenol trên thế giới 6 1.5 Công nghệ SBR 7 1.5.1 Nguyên lý hoạt động 7 Các giai đoạn xử lý bằng hệ thống SBR6 7 1.5.2 Ưu điểm 8 1.5.3 Nhược điểm 9 Nếu như quá trình lắng bùn xảy ra sự cố thì sẽ dẫn đến bùn bị trôi theo ống đầu ra. 9 1.5.4 Các đặc tính nổi bật 9 2.3 Ảnh hưởng của các yếu tố vật lý và hóa học đến sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật trong nước 10 16 2.4 Bùn hoạt tính sử dụng trong hệ thống xử lí Phenol 18 2.5 Quy trình phân tích các chỉ tiêu đầu vào và đầu ra của hệ thống 20 3.1 Tính toán thiết kế bể SBR 29 3.1.1. Quy trình vận hành và hướng dẫn sử dụng bể SBR 31 Sau khi nuôi bùn chứa vi sinh vật hiếu khí ổn định và ở thể tích 0,008m3 trong bể. Nước từ bể chứa nước thải đầu vào được bơm với Q= 0,71lp trong vòng 30 phút. Tiếp đó hệ thống sục khí với Qvào=70 lp và máy khuấy với Vkhuấy=170 vp sẽ được bật và chạy liên tục trong 7 giờ. Sau 7h, hệ thống sục khí và máy khuấy sẽ tự động ngắt, bể SBR ở pha lắng trong 1 giờ 30 phút. Kết thúc pha lắng, nước sau xử lí theo van xả tự động sang bể chứa nước thải đầu ra trong khoảng thời gian 1 giờ. Kết thúc xả nước, sục khí trong bể SBR sẽ tự động bật 2 giờ để chờ đến mẻ làm việc thứ 2. 31 Số chu kỳ vận hành trong 1 ngày 31 2 31 Tổng thời gian vận hành trong 1 chu kì 31 12h 31 Thời gian bơm nước vào bể 31 0,5h 31 Thời gian sục khí phản ứng 31 7h 31 Thời gian lắng 31 1,5h 31 Thời gian xả nước sau xử lý 31 1h 31 Thời gian chờ giữa 2 mẻ 31 2h 31 3.2 Kết quả phân tích sự thích nghi của bùn hoạt tính lần 1 32 Nhiệt độ của mẫu nước luôn được duy trì ổn định ở mức 2526oC. pH mẫu nước cũng được duy trì ổn định trong khoảng trung tính pH= 68. Mức nhiệt độ và pH được duy trì ổn định trong khoảng tối ưu cho sự phát triển của vi sinh vật. 32 Hiện tượng của bùn thích nghi: 37 Hai ngày đầu, mẫu nước đầu ra trong, bùn lắng tốt, TSS đầu ra gần như bằng 0. 37 Ngày thứ 4 của quá trình thích nghi bùn lắng tốt, nhưng nước đầu ra bắt đầu có hiện tượng đục, bùn nổi váng trên mặt bể. 37 Ngày thứ 5,6 mẫu nước đầu ra đục, nhớt, có mùi hôi, bùn nổi váng dày trên mặt bể, bùn lắng chậm. 37 Ngày thứ 7,8 nước đầu ra đục, nhớt, có mùi hôi, bùn nổi váng dày trên mặt bể, bùn gần như không lắng được và ngả màu vàng nhạt. 37 3.3 Kết quả phân tích sự thích nghi của bùn hoạt tính lần 2 37 Nhiệt độ của mẫu nước vẫn luôn được tiếp tục duy trì ổn định ở mức 2530oC. pH mẫu nước cũng được duy trì ổn định trong khoảng trung tính pH= 68. Mức nhiệt độ và pH được duy trì ổn định trong khoảng tối ưu cho sự phát triển của vi sinh vật. 38 Hiện tượng: 43 Ngày 1 đến ngày 2 của bùn thích nghi: Nước đầu ra trong, bùn lắng tốt. 43 Ngày 35: Nước đầu ra đục hơn, bùn lắng kém hơn bắt đầu có hiện tượng nổi bọt trắng và đóng váng trên mặt bể . 43 Từ ngày thứ 818 của bùn thích nghi: Nước đầu ra trong trở lại, không có mùi hay bị nhớt, bùn lắng tốt hơn. Ngày thứ 18 bùn lắng rất tốt. 43 Từ ngày thứ ba của quá trình bùn thích nghi, xuất hiện bông bùn hoạt tính kích thước đường kính bông bùn khoảng 11,5 mm có thể quan sát bằng mắt thường tương đồng với 4 43 Giải thích: 43 Ngày 1 ngày 4: Bùn hiếu khí bắt đầu thích nghi và tăng sinh khối ( MLSS từ 2220 mgl tăng lên 3620 mgl) 43 Mô hình thực tế 56 Mẫu nước đầu ra của bùn hoạt tinh hiếu khí thích nghi lần 2 57 Bùn thích nghi lần 2 ngày 5 59 Bùn thích nghi lần 2 ngày 5 59 Bùn thích nghi ngày 1 60 Bùn thích nghi ngày 2 60 Bùn thích nghi ngày 3 61 Bùn thích nghi ngày 10 61
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI KHOA MÔI TRƯỜNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU SỰ THÍCH NGHI CỦA BÙN HOẠT TÍNH HIẾU KHÍ TRONG QUÁ TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHỨA PHENOL BẰNG BỂ PHẢN ỨNG THEO MẺ SBR Sinh viên thực hiện: Đặng Thị Ngọc Lớp: ĐH3CM1 Giảng viên hướng dẫn: TS Lê Ngọc Thuấn Cơ quan công tác: Khoa Môi Trường – Trường đại học Tài nguyên Môi trường Hà Nội HÀ NỘI, THÁNG 04 NĂM 2017 LỜI CAM KẾT Chúng xin cam kết tất trình làm đồ án theo hướng dẫn TS.Lê Ngọc Thuấn Mọi kết đồ án trung thực, khách quan phù hợp với thực tiễn Việt Nam Các kết thực chưa công bố nghiên cứu khác Mọi chép trích dẫn có tài liệu đầy đủ, không chép gian lận vi phạm quy chế đào tạo, vi phạm xin chịu hoàn toàn trách nhiệm trước hội đồng nhà trường Lời cảm ơn Trong bốn năm học tập khoảng thời gian thực đồ án tốt nghiệp, em nhận quan tâm, động viên giúp đỡ nhiệt tình thầy cô, người thân bạn bè Với kiến thức thầy cô truyền đạt, động viên bạn bè gia đình giúp đỡ em nhiều để hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp Xin chân thành cảm ơn tất thầy cô giảng viên Khoa Môi trường trường Đại học Tài nguyên Môi trường Hà Nội tạo điều kiện tốt cho em thực nghiên cứu Xin đặc biệt cảm ơn TS.Lê Ngọc Thuấn giành nhiều thời gian hướng dẫn, tận tình giúp đỡ truyền đạt nhiều kinh nghiệm thực tế cho em trình học tập thực đồ án tốt nghiệp Đồng thời, em xin gửi lời cảm ơn đến tất người thân bên cạnh bạn sinh viên lớp ĐH3CM1 ủng hộ, động viên giúp đỡ để hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp Cuối cùng, xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến ba mẹ, anh chị, tất người gia đình nguồn động viên, điểm tựa vững chắc, hỗ trợ giúp thân em có đủ nghị lực để vượt qua khó khăn hoàn thành tốt nhiệm vụ Dù cố gắng tránh khỏi nhiều thiếu sót, em mong nhận góp ý sửa chữa thầy cô bạn đồ án tốt nghiệp Xin chân thành cảm ơn! MỤC LỤC DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT DO (mg/l) MLSS (mg/l) SBR SVI (ml/g) TSS (mg/l) Lượng oxi hòa tan Hàm lượng chất rắn lơ lửng bùn lỏng Bể phản ứng theo mẻ Chỉ số thể tích bùn Hàm lượng cặn lơ lửng DANH MỤC BẢNG DANH MỤC HÌNH Hình 2.1: Công ty cổ phần chăn nuôi CP Việt Nam Hình 2:Bùn hoạt tính công ty cổ phần chăn nuôi CP-khu công nghiệp Phú Nghĩa MỞ ĐẦU Đặt vấn đề Nước nguồn tài nguyên quý giá có tầm quan trọng thiết yếu với sống toàn nhân loại Hiện nay, với trình phát triển không ngừng kinh tế xã hội Việt Nam, trình sản xuất tạo cải vật chất để lại tác động xấu đến môi trường có ô nhiễm nguồn nước Đặc biệt ô nhiễm hợp chất hữu khó phân huỷ độc có thành phần nước thải số ngành công nghiệp, vấn đề trội đáng quan tâm Phenol chất hoá học chủ yếu người tạo ra, tìm thấy phế liệu động vật hợp chất hữu phân huỷ Trong công nghiệp, phenol đóng vai trò quan trọng, nguyên liệu nguồn nhiều ngành công nghiệp Một ngành công nghiệp mũi nhọn nước ta công nghiệp dầu khí, chế biến sản phẩm từ dầu khí công nghiệp sản xuất keo dán Hàng năm hoạt động sản xuất ngành công nghiệp phát thải lượng lớn chất thải độc hại cụ thể phenol, vào môi trường nói chung môi trường nước nói riêng dẫn đến tình trạng ô nhiễm nguồn nước Để phát triển cách bền vững đôi với trình sản xuất, phải quan tâm đến việc tìm phương pháp tối ưu để bảo vệ môi trường, đặc biệt môi trường nước Công nghệ SBR nghiên cứu từ năm 1920 sử dụng ngày rộng rãi toàn giới Ở Châu Âu Trung Quốc, Hòa Kỳ, họ áp dụng công nghệ để xử lý nước thải đô thị nước thải công nghiệp, đặc biệt khu vực đặc trưng có lưu lượng nước thải thấp biến động Các khu đô thị, khu nghỉ dưỡng, khu nghỉ mát số ngành công nghiệp sản xuất sữa, bột giấy, thuộc da sử dụng công nghệ SBR để xử lý nước thải Nhận thức vấn đề cấp thiết đó, đồng thời thấy ưu điểm việc sử dụng biện pháp sinh học công nghệ phản ứng theo mẻ để xử lý nước thải so với phương pháp khác, từ em chọn đề tài “ Nghiên cứu thích nghi bùn hoạt tính hiếu khí trình xử lý nước thải chứa phenol bể phản ứng theo mẻ SBR ” để làm đề tài tốt nghiệp Mục tiêu nghiên cứu - Nghiên cứu chế tạo mô hình bể SBR Nghiên cứu thích nghi bùn hoạt tính hiếu khí trình xử lý nước thải chứa phenol bể SBR Nội dung nghiên cứu Tìm hiểu sở khoa học cấu tạo bể phản ứng theo mẻ ( SBR) , nghiên cứu chế tạo mô hình xử lý nước thải theo mẻ (SBR) áp dụng nước thải chứa phenol Thử nghiệm xử lí nước thải chứa phenol phòng thí nghiệm - Đánh giá hiệu xử lí Phenol nước thải mô hình - - CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan phenol - Công thức phân tử: C6H5OH - Công thức cấu tạo Tính chất vật lý - - Ở điều kiện thường tồn dạng tinh thể hình kim, không màu có mùi hắc đặc trưng, để lâu không khí có màu hồng biến thành màu nâu nhạt bị ôxy hóa Tỷ trọng : d = 1,0545 g/cm2 10 lắng tạo khí nitơ, bám dính với bùn hoạt tính lên bề mặt bể bùn) tính tạo thành mặt bể Lượng lớn bọt Chất hoạt diện bề mặt chất rắn bùn hoạt không bị thoát biến tính tới bề mặt đơn vị xử Hiện diện loài Nocardia lý Bọt tích lũy Bọt váng bọt bị thối Chất rắn Hiện diện Microthrix chảy tràn vào bể lắng đợt parvicella hai hay tràn lên lối (Nguồn: Vi sinh vật môi trường – Đỗ Hồng Lan Chi, Bùi Lê Thanh Khiết, Nguyễn Thị Thanh Kiều, Lâm Minh Triết) 3.3.5 Đánh giá hiệu xử lí tổng P Phương trình đường chuẩn Photpho: Bình Nồng độ (mg/l) Abs 0.01 0.02 0.05 0.1 0.5 0.022 0.024 0.031 0.052 0.342 0.66 Hình 13:Đường chuẩn Phot Bảng 12: Kết xác định hiệu suất xử lí Photpho Thời gian bùn thích nghi (ngày) 2 3 4 18 Nồng độ Photpho đầu vào(mg/l ) 20.35 20.35 2.81 5.28 3.76 5.94 7.87 Nồng độ Photpho đầu ra(mg/l) Hiệu suất xử lí P(%) 15.51 6.89 0.63 0.45 1.58 2.72 6.74 23.75 66.14 77.44 91.56 57.93 54.23 14.44 47 Nồng độ Phenol đầu vào(mg/l ) 37.4 37.4 82 101.85 140.15 153.38 196.90 Hiệu suất xử lí Phenol(% ) 98.18 97.25 81.89 92.02 83.97 96.71 100.00 Hình 14:Đồ thị liên hệ hiệu xử lí P ứng với thay đổi nồng độ Phenol Bùn hoạt tính hiếu khí có khả xử lí P nước thải nhiễm phenol Hiệu xử lí P giảm tăng nồng độ Phenol mẫu nước thải giả định Khoảng Phenol nồng độ 80-100 mg/l tối ưu cho trình xử lí P Đối với chủng loại vi sinh vật điều kiện khác có tỷ lệ BOD:N:P ( BOD:N:P = 100:5:1 hay COD:N:P = 150:5:1)tối ưu cho phát triển Do tỷ lệ N:P mẫu nước thải giả định cố định nên việc thay đổi nồng độ Phenol dẫn đến kết thay đổi hiệu xuất xử lí P 3.3.6 Hiệu xử lí N Phương trình đường chuẩn NH4+: Nồng độ (mg/l) Abs 0.04 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.037 0.109 0.204 0.277 0.396 0.487 Hình 15: Đường chuẩn NH4+ Phương trình đường chuẩn NO3Nồng độ (mg/l) Abs 0.04 0.12 0.16 0.2 0.4 0.024 0.089 0.129 0.132 0.317 Hình 16: Đường chuẩn NO3- Hình 17: Nồng độ NH4+đầu vào – đầu Hình 18: Nồng độ NO3- đầu vào – đầu 48 Hình 19: Đồ thị liên hệ hiệu xử lí N tổng ứng với thay đổi nồng độ Phenol Bảng 13: Kết xác định hiệu suất xử lí N tổng số Nồng độ Nồng độ Nồng độ Nồng độ Hiệu đầu vào đầu đầu vào đầu Tổng N suất xử NH4+ NH4+ NO3NO3ra (mg/l) lí N (%) (mg/l) (mg/l) (mg/l) (mg/l) 69.52 62.04 0.03 0.00 62.04 10.81 69.52 28.46 0.03 0.00 28.46 59.08 56.73 22.8 3.57 26.37 53.52 50.67 17.1 2.98 20.08 60.37 10 61.52 15.6 3.74 19.34 68.56 10 61.52 12.72 4.57 17.29 71.90 18 72.37 25.7 2.52 28.22 61.00 18 49.38 15.29 0.09 3.48 18.77 62.06 Bùn hoạt tính hiếu khí có khả xử lí N nước thải nhiễm phenol Hiệu suất xử lí N tăng dần theo thời gian bùn hoạt tính hiếu khí thích nghi Trong trình phân tích, mẫu nước đầu vào gần NO3- mẫu nước đầu nồng độ NO3- cao Kết khảo sát theo thời gian (hình 3.17 3.18) cho thấy amoni giảm nhanh nitrat tăng không đáng kể Việc khử nitrat pha lắng tạo khí nitơ, bám dính với bùn hoạt tính lên bề mặt bể Điều chứng tỏ trình thích nghi bùn hoạt tính hiếu khí, xảy đồng thời nitrat hóa khử Nitrat hóa đồng thời giải thích tượng váng bọt bể trình bùn thích nghi Kết tương đồng với kết thu nghiên cứu Nguyễn Trọng Lực, 2009 [4] Thời gian (ngày) 49 KẾT LUẬN CHUNG - - Đã thiết kế hệ thống SBR có khả xử lí Phenol nước thải sử dụng bùn hoạt tính hiếu khí với công suất 40 l/ngđ Đánh giá khả xử lí Phenol nước thải bùn hoạt tính hiếu khí hệ thống SBR nồng độ Phenol tương đối cao (200 mg/l)(Hiệu suất 99%) Đánh giá khả thích nghi bùn hoạt tính hiếu khí hệ thống SBR Đánh giá khả xử lí N P có nước thải nhiễm Phenol bùn hoạt tính hiếu khí hệ thống SBR KIẾN NGHI - - Với chế độ vận hành linh hoạt, tự động, thử nghiệm mô hình SBR để xử lý phenol nước thải sinh hoạt nước thải công nghiệp nhiễm Phenol Cần tiếp tục nghiên cứu thử nghiệm hiệu bùn hoạt tính hiếu khí khả xử lí Phenol Có thể áp dụng công nghệ vào việc xử lí nước thải sinh hoạt nước thải công nghiệp nhiễm phenol 50 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt 10 11 Đỗ Hồng Lan Chi, Lâm Minh Triết (2004), Vi Sinh Kỹ Thuật Môi Trường Nhà Xuất Bản Đại Học Quốc Gia Thành Phố Hồ Chí Minh Lê Gia Hy (2010), Giáo trình công nghệ vi sinh vật xử lý chất thải, Nhà xuất Giáo dục Việt Nam Lê Trung Việt (2016), Nghiên cứu xử lý nước thải chứa phenol nước thải trình luyện cốc phương pháp ozon hóa kết hợp với xúc tác FeFe3O4/Graphen, Viện Công nghệ môi trường – Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam, Hà Nội Nguyễn Trọng Lực, Nguyễn Phước Dân, Trần Tây Nam ( 2009), Nghiên cứu tạo bùn hạt hiếu khí khử COD Ammonia bể phản ứng khí nâng mẻ luân phiên (Sequencing batch airlift reactor) , Sở Khoa học Công nghệ Phú Yên - Trường Đại Học Bách Khoa, ĐHQG-HCM Nguyễn Văn Phước, Nguyễn Thị Thanh Phượng, Lê Thị Thu (2009), Xử lí nước thải tinh bột mì công nghệ HYBRID ( lọc sinh học – Aerotank), Viện Môi trường Tài nguyên, ĐHQG-HCM, Trường Đại học Bách khoa, ĐHQG-HCM Nguyễn Văn Phước (2011), Giáo trình xử lí nước thải sinh hoạt công nghiệp phương pháp sinh học, Nhà xuất Xây dựng Nguyễn Việt Cường, Nguyễn Thế Vinh (2009), “Nghiên cứu chế tạo xúc tác quang sở vật TiO2 - SiO2 ứng dụng xử lý nước nhiễm phenol”, Tạp chí phát triển KH&CN, 12(2), tr 11-17 Phan Vũ An (2008), Nghiên cứu xử lý nước nhiễm phenol màng mỏng TiO2, Trường Đại học Bách Khoa – Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh Tiêu chuẩn Việt Nam - TCVN 6216 : 1996 - (ISO 6439 : 1990) Chất lượng nước – Xác định số Phenol – Phương pháp trắc phổ dùng - aminoantipyrin sau chưng cất Trần Việt Ba (2012), Nghiên cứu nâng cao hiệu xử lí bể hiếu khí cách điều chỉnh dinh dưỡng thích hợp cho vi khuẩn hệ thống xử lí nước thải nhà máy giấy Bãi Bằng Vũ Thị Thanh, Lê Thị Nhi Công, Nghiêm Ngọc Minh (2013), Nghiên cứu khả phân hủy phenol chủng vi khuẩn DX3 phân lập từ nước thải kho xăng dầu Đỗ Xá, Hà Nội, Viện Công nghệ Sinh học – Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam, Hà Nội Tiếng Anh 51 12 E Morgenroth, T Sherden I, M.C.M.Van Loosdrecht (1997), Aerobic granular sludge in a sequencing batch 13 Jung H., Park H., Kim J (2007), “Preparation of biotic and abiotic iron oxide nanoparticles (IOnPs) and their properties and applications in heterogeneous catalytic oxidation” Environmental Science and Technology, 41, pp 4741–4747 14 Vazquez I., Rodriguez J., Maranon E., Castrillon L., Fernandez Y (2006), “Study of the aerobic biodegradation of coke wastewater in a two and three-step activated sludge process”, Journal of Hazardous Materials (137), pp 1681–1688 15 Zhao Wen-tao, Huang Xia, Lee Duuu-Jong (2009), “Enhance treatment of coke plant wastewater using an anaerobic-anoxic-oxic memberane bioreactor system” Separation and purification Technology, 66, pp 279-286 52 PHỤ LỤC HÌNH ẢNH Van xả nước đầu ra- Sơ đồ phân phối khí Bơm nước đầu vào bể SBR 53 : Sơ đồ phân phối khí, phân phối khí ống dẫn khí Hệ thống máy khuấy Ổ cắm hẹn tự động 54 Bể chứa nước thải đầu vào bể chứa nước sau xử lí Đai chân đế gia công mô hình Mô hình thực tế 55 Mẫu nước đầu bùn hoạt tinh hiếu khí thích nghi lần Bùn thích nghi lần ngày Bùn thích nghi lần ngày 1-2 56 Bùn thích nghi lần ngày Bùn thích nghi lần ngày Bùn thích nghi lần ngày 5-6 Bùn thích nghi lần ngày thứ 57 Bùn thích nghi lần ngày Bùn thích nghi lần ngày 1-2 Bùn thích nghi lần ngày 10 Bùn thích nghi lần ngày 58 Bùn thích nghi lần ngày 11 Bùn thích nghi lần ngày 18 Bùn thích nghi ngày Bùn thích nghi ngày 59 Bùn thích nghi ngày 10 Bùn thích nghi ngày Xác định thời gian lắng bùn- Lọc mẫu nước xác định MLSS 60 Hiện tượng nước váng bọt – Phân tích Phenol mẫu nước đầu vào-ra Phân tích NO3- ,tổng P mẫu đầu vào-ra Phân tích NH4 + đầu vào đầu ra, đo DO nhiệt độ 61