NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA THỜI GIAN LƯU, HÀM LƯỢNG BÙN TRONG QUÁ TRÌNH XỬ LÍ NƯỚC THẢI CHỨA PHENOL BẰNG BỂ PHẢN ỨNG THEO MẺ SBR

MỤC LỤC DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT DANH MỤC HÌNH ẢNH DANH MỤC BẢNG MỞ ĐẦU 1 1. Đặt vấn đề 1 2. Mục tiêu nghiên cứu 1 3. Nội dung nghiên cứu 2 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CHUNG 3 1.1. Tổng quan về phenol 3 1.1.1 Đặc điểm và tính chất của phenol 3 1.1.2 Những ảnh hưởng của phenol tới con người 3 1.1.3 Một số phương pháp xử lý phenol trong nước 4 1.1.4Một số phương pháp xử lý phenol trên thế giới 5 1.2 Công nghệ SBR 6 1.2.1 Nguyên lý hoạt động 6 1.2.2 Ưu điểm 7 1.2.3 Nhược điểm 8 1.2.4 Các đặc tính nổi bật 8 1.3Phương pháp sử dụng bùn hoạt tính hiếu khí 8 1.4Đặc điểm chung của bùn hoạt tính 9 1.5 Các yếu tố ảnh hưởng tới bể bùn hoạt tính hiếu khí 10 1.6 Nguồn dinh dưỡng cung cấp cho sinh khối 11 1.6.1 Nguồn cacbon 11 1.6.2 Nguồn nitơ 11 1.6.3 Nguồn photpho 12 1.6.4 Hàm lượng sunphat 12 1.6.5 Hàm lượng các kim loại nặng 12 1.6.6 Nguồn khoáng 13 1.7 Ảnh hưởng của các yếu tố vật lý và hóa học đến sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật trong nước 13 1.7.1 Hàm lượng oxy hoà tan 13 1.7.2 Nhu cầu oxy sinh hóa BOD 14 1.7.3 Nhu cầu oxy hoá hoá học COD 14 1.7.4 Nhiệt độ 14 1.7.5 Độ pH 14 2.1 Mô hình nghiên cứu 15 2.2 Thành phần nước thải 15 2.3 Nguồn sinh khối 16 2.3.1 Đặc tính của bùn 17 2.3.2 Phương pháp duy trì sinh khối bùn 17 2.4 Phương pháp phân tích 18 2.4.1 Xác định DO, nhiệt độ. 18 2.4.2 Quy trình phân tích MLSS 18 2.4.3 Quy trình phân tích TSS 20 2.4.4 Chỉ số thể tích bùn ( SVI ) 21 2.4.5 Phương pháp phân tích Phenol 21 2.4.6 Phương pháp phân tích NO3 23 2.4.7 Phương pháp phân tích NH4+ 25 2.4.8 Phương pháp phân tích tổng Photpho 26 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 28 3.1 Thiết kế mô hình bể phản ứng theo mẻ SBR 28 3.2 Hàm lượng oxy hòa tan ( DO ) và nhiệt độ 30 3.3 Chỉ số thể tích bùn (SVI) và nồng độ chất rắn trong bể bùn hoạt tính (MLSS) 31 3.4 Kết quả phân tích TSS mẫu nước đầu ra 33 3.5 Đánh giá ảnh hưởng của thời gian lưu tới hiệu quả xử lý phenol bằng bể phản ứng theo mẻ SBR 34 3.5.1 Đường chuẩn xác định phenol 34 3.5.2 Đánh giá hiệu quả xử lý phenol 35 3.6 Đánh giá ảnh hưởng của hàm lượng bùn tới hiệu quả xử lý phenol bằng bể phản ứng theo mẻ SBR 37 3.7 Đánh giá hiệu quả xử lý tổng Photpho bằng bể phản ứng theo mẻ SBR 40 3.7.1 Đường chuẩn xác định tổng Photpho 40 3.7.2 Đánh giá hiệu quả xử lý tổng P bằng bể phản ứng theo mẻ SBR 41 3.8 Đánh giá hiệu quả xử lý N bằng bể phản ứng theo mẻ SBR 42 3.8.1 Phương trình đường chuẩn NH4+ và NO3 42 3.8.2 Đánh giá hiệu quả xử lý N bằng bể phản ứng theo mẻ SBR 43 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 46 TÀI LIỆU THAM KHẢO 47 PHỤ LỤC HÌNH ẢNH 1 CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Error Bookmark not defined.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

KHOA MÔI TRƯỜNG

DƯƠNG THỊ KIỀU NGA

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA THỜI GIAN LƯU, HÀM LƯỢNG BÙN TRONG QUÁ TRÌNH XỬ LÍ NƯỚC THẢI CHỨA PHENOL BẰNG BỂ PHẢN ỨNG

THEO MẺ SBR

HÀ NỘI, 2017

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

KHOA MÔI TRƯỜNG

DƯƠNG THỊ KIỀU NGA

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPNGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA THỜI GIAN LƯU, HÀM LƯỢNG BÙN TRONG QUÁ TRÌNH XỬ LÍ NƯỚC THẢI CHỨA PHENOL BẰNG BỂ PHẢN ỨNG

Mọi sao chép trích dẫn đều có căn cứ tài liệu đầy đủ, không sao chép gian lận

vi phạm quy chế đào tạo, nếu vi phạm thì chúng tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệmtrước hội đồng và nhà trường

Sinh viên thực hiện

LỜI CẢM ƠN

Trong bốn năm học tập và khoảng thời gian thực hiện đồ án tốt nghiệp, tôiluôn nhận được sự quan tâm, động viên và giúp đỡ nhiệt tình của các thầy cô, ngườithân và bạn bè Với những kiến thức thầy cô truyền đạt, sự động viên của bạn bè vàgia đình đã giúp đỡ tôi rất nhiều để hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp này

Xin chân thành cảm ơn tất cả các thầy cô giảng viên Khoa Môi trường củatrường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội đã tạo điều kiện tốt nhất cho tôithực hiện nghiên cứu này

Xin đặc biệt cảm ơn TS.Lê Ngọc Thuấn đã giành nhiều thời gian hướng dẫn,tận tình giúp đỡ và truyền đạt nhiều kinh nghiệm thực tế cho tôi trong quá trình họctập cũng như thực hiện đồ án tốt nghiệp

Đồng thời, tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến tất cả những người thân bên cạnh

và các bạn sinh viên lớp ĐH3CM1 đã ủng hộ, động viên và giúp đỡ để hoàn thànhtốt đồ án tốt nghiệp

Cuối cùng, xin được gửi lời biết ơn sâu sắc đến ba mẹ, anh chị, tất cả mọingười trong gia đình luôn là nguồn động viên, là điểm tựa vững chắc, đã hỗ trợ vàgiúp bản thân tôi có đủ nghị lực để vượt qua khó khăn và hoàn thành tốt nhiệm vụcủa mình

Dù đã rất cố gắng nhưng không thể tránh khỏi nhiều thiếu sót, chúng tôi rấtmong nhận được sự góp ý và sửa chữa của thầy cô và các bạn về đồ án tốt nghiệpnày

Xin chân thành cảm ơn!

Sinh viên thực hiện

MỤC LỤC

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

trong bùn lỏng

BTNMT Bộ Tài nguyên và Môi trường

DANH MỤC HÌNH ẢNH

DANH MỤC BẢNG

MỞ ĐẦU

1 Đặt vấn đề

Nước là một nguồn tài nguyên quý giá và có tầm quan trọng thiết yếu với sựsống của toàn nhân loại Hiện nay, cùng với quá trình phát triển không ngừng củanền kinh tế xã hội Việt Nam, các quá trình sản xuất tạo ra của cải vật chất đã để lạinhững tác động xấu đến môi trường Trong đó sự ô nhiễm nguồn nước, đặc biệt là

sự ô nhiễm của các hợp chất hữu cơ khó phân huỷ và rất độc có trong thành phầnnước thải của một số ngành công nghiệp, vẫn là vấn đề đáng được quan tâm nhất Một trong những ngành công nghiệp mũi nhọn của nước ta đó là công nghiệpdầu khí, chế biến các sản phẩm từ dầu khí và công nghiệp sản xuất keo dán Hàngnăm các hoạt động sản xuất của những ngành công nghiệp này đã phát thải ra mộtlượng lớn chất thải độc hại cụ thể là phenol, vào môi trường nói chung và môitrường nước nói riêng Phenol là một chất hoá học chủ yếu do con người tạo ra,mặc dù nó được tìm thấy trong những phế liệu động vật và các hợp chất hữu cơphân huỷ Trong công nghiệp, phenol đóng vai trò rất quan trọng, nó là nguyên liệunguồn của nhiều ngành công nghiệp Ngành công nghiệp thể hiện rõ nhất đó làngành sản xuất keo, ngành sản xuất nhựa nhân tạo, ngành dệt, dầu khí Để có thểphát triển một cách bền vững thì đi đôi với các quá trình sản xuất, chúng ta luônphải quan tâm đến việc tìm ra những phương pháp tối ưu nhất để bảo vệ môitrường, đặc biệt là môi trường nước SBR đã được nghiên cứu từ những năm 1920

và được sử dụng ngày càng rộng rãi trên toàn thế giới Ở Châu Âu và Trung Quốc,Hòa Kỳ, họ đang áp dụng công nghệ này để xử lý nước thải đô thị và nước thảicông nghiệp, đặc biệt là trong những khu vực đặc trưng có lưu lượng nước thải thấp

và biến động Các khu đô thị, khu nghỉ dưỡng, khu nghỉ mát và một số ngành côngnghiệp như sản xuất sữa, bột giấy, thuộc da đang sử dụng công nghệ SBR để xử lýnước thải

Nhận thức được những vấn đề cấp thiết đó, đồng thời thấy được ưu điểm củaviệc sử dụng các biện pháp sinh học cũng như công nghệ phản ứng theo mẻ để xử

lý nước thải so với các phương pháp khác, từ đó em đã chọn đề tài “Nghiên cứu

ảnh hưởng của thời gian lưu, hàm lượng bùn trong quá trình xử lý nước thải chứa phenol bằng bể phản ứng theo mẻ SBR” để làm đề tài tốt nghiệp của mình.

2 Mục tiêu nghiên cứu

• Thử nghiệm xử lý nước thải chứa phenol trong phòng thí nghiệm

• Đánh giá hiệu quả xử lý Phenol trong nước thải của mô hình

3 Nội dung nghiên cứu

• Tìm hiểu cơ sở khoa học và cấu tạo của bể phản ứng theo mẻ ( SBR) , nghiêncứu và chế tạo mô hình xử lý nước thải theo mẻ (SBR) áp dụng đối với nước thải chứa phenol

• Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian lưu và hàm lượng bùn trong quá trình

xử lý nước thải chứa phenol bằng bể phản ứng theo mẻ SBR

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CHUNG

1.1 Tổng quan về phenol

1.1.1 Đặc điểm và tính chất của phenol

- Phenol (hay còn có tên khác là acid cacbolic) có CTPT : C6H5OH

- Khối lượng phân tử: 94,11 g/mol

- Khối lượng riêng : 1,06 g/cm3

- Nhiệt độ tan chảy : 43°c, nhiệt độ sôi: 182°c

- Khả năng hoà tan trong nước ( ở 20°c): 70g/l

Phenol là một chất hoá học chủ yếu do con người tạo ra, mặc dù nó được tìmthấy trong những phế liệu động vật và các hợp chất hữu cơ phân huỷ Nó được tìmthấy đầu tiên khi chưng cất than đá vào năm 1834 và có tên là acid cacbolic Chođến trước chiến tranh thế giới thứ nhất, chưng cất than đá gần như là cách duy nhất

để tạo ra phenol Tuy nhiên hiện nay người ta đã tìm ra nhiều phản ứng để tổng hợptạo ra phenol bằng phương pháp hoá học

Phenol là một chất không màu hoặc màu trắng khi nó ở dạng tinh khiết, ở dạngnày thì phenol là các tinh thể rắn Tuy nhiên thông thường nó tồn tại ở dạng lỏng.Ngưỡng ngửi mùi của phenol là 0,04 ppm Ở nồng độ này phenol có mùi hơi cay,ngọt Ngoài ra, phenol rất dễ cháy [12]

1.1.2 Những ảnh hưởng của phenol tới con người

Phenol có thể thâm nhập vào cơ thể người qua việc hô hấp và tiếp xúc da, mắt,màng nhầy Phenol được xem là chất cực độc đối với con người nếu đi vào cơ thểngười qua đường miệng với hàm lượng lớn Khi ăn phải những chất có hàm lượngphenol cao sẽ dẫn đến tử vong Triệu chứng như co giật, hôn mê dẫn tới rối loạn hôhấp, không còn khả năng kiểm soát, máu trong cơ thể thay đổi dẫn đến hiện tượngtụt huyết áp Phenol còn làm ảnh hưởng tới gan, thận và cả tim của người nhiễmđộc

Những ảnh hưởng lâu dài của phenol: nhiều thí nghiệm đã chỉ ra sự liên quan

về đau bắp thịt, sưng gan của con người khi tiếp xúc với phenol lâu ngày Phenolcòn gây bỏng cho da, làm rối loạn nhịp tim, tiếp xúc thường xuyên với phenol có

thể dẫn đến sự phát triển chậm trễ, gây ra sự biến đổi dị thường ở thế hệ sau, tăng tỉ

lệ đẻ non ở người mang thai

Khả năng gây ung thư của phenol: EPA đã xếp phenol vào nhóm D, nhóm cókhả năng gây bệnh ung thư ở người

Khi ăn, uống phải một lượng phenol có thể gây kích ứng, bỏng phía bên trong

cơ thể và gây tử vong ở hàm lượng cao Tình trạng kích ứng và ảnh hưởng cũng xảy

ra tương tự đối với các loài động vật khi tiếp xúc với phenol

1.1.3 Một số phương pháp xử lý phenol trong nước

Ozon có thể oxi hóa các hợp chất hữu cơ trong nước theo hai con đường:

− Oxi hóa phenol trực tiếp bằng phân tử ozon hòa tan trong nước

− Oxi hóa phenol gián tiếp thông qua gốc hydroxyl (OH°) tạo ra khi phân hủy ozontrong nước

− Hai con đường oxi hoá phenol nói trên của ozon xảy ra gần nhau Quá trình oxi hoátrực tiếp bằng phân tử O3 xảy ra tương đối chậm so với oxi hoá gián tiếp thông quagốc hydroxyl (OH°)do sự phân huỷ ozon tạo ra [3]

 Phương pháp sử dụng vật liệu Ag- TiO2/ Bentonit

Nguyễn Việt Cường cùng cộng sự năm 2009 đã nghiên cứu chế tạo xúc tácquang trên cơ sở vật TiO2 - SiO2 và ứng dụng trong xử lý nước nhiễm phenol [6].Nhóm tác giả đã tiến hành đánh giá cấu trúc tinh thể của sản phẩm (được tổng hợp

từ TiO2 – SiO2 và N-TiO2-SiO2 bằng phương pháp sol-gel) và hoạt tính xúc tácquang thông qua hiệu suất xử lý phenol trong điều kiện sử dụng ánh sáng UV-A vàánh sáng mặt trời Kết quả cho thấy việc bổ sung SiO2 và N đều làm tăng diện tích

bề mặt riêng của vật liệu so với sản phẩm TiO2 ban đầu Hoạt tính xúc tác quang củacác sản phẩm trong điều kiện sử dụng ánh sáng UV-A đạt tốt nhất ở tỷ lệ khối lượng

TiO2:SiO2 là 90:10 Trong điều kiện sử dụng ánh sáng mặt trời tự nhiên tại TPHCM,vật liệu pha tạp N-TiO2-SiO2 thể hiện hiệu quả xử lý phenol đạt khoảng 90%, vượttrội so với các vật liệu TiO2-SiO2 và TiO2 (lần lượt là 62 và 60%) Hiệu quả xử lýphenol của các hợp chất pha tạp N-TiO2-SiO2 trong điều kiện ánh sáng mặt trời tựnhiên vượt trội (đạt xấp xỉ 90%), gấp 1,5 lần so với hợp chất không pha tạp N.Phan Vũ An năm 2008 đã nghiên cứu xử lý nước nhiễm phenol bằng màngmỏng TiO2 [7] Kết quả nghiên cứu cho thấy khi tác nhân quang hóa là ánh sángUV-A, hạt alummino silicate được phủ lớp phim xúc tác N-TiO2-SiO2 có hiệu quảcao nhất (31,2%) do quá trình nhúng giúp tạo lớp phủ ổn định, đồng đều và bềnvững trên bề mặt chất mang Khi tác nhân quang hóa là ánh sáng mặt trời tự nhiên,sợi thủy tinh được phủ lớp phim xúc tác N-TiO2-SiO2cho hiệu quả xử lý phenol caonhất (85,32%) do diện tích bề mặt tiếp xúc với ánh sáng mặt trời tự nhiên lớn nên

đã giúp cải thiện rõ hiệu quả xử lý Trong thí nghiệm, sau 3 lần chạy, độ hao hụt là0,19% (tương đương 0,001g) cho mỗi lần thí nghiệm Điều này chứng tỏ sợi thủytinh có tiềm năng ứng dụng trong thực tiễn

b, Phương pháp sinh học

 Phương pháp sử dụng chủng vi khuẩn DX3

Vũ Thị Thanh và cộng sự đã nghiên cứu khả năng phân hủy phenol của chủng

vi khuẩn DX3 [11] Chủng vi khuẩn DX3 được phân lập từ bể chứa nước thải khoxăng dầu Đỗ Xá, Thường Tín, Hà Nội Sau 3 lần làm giàu liên tiếp trên môi trườngmuối khoáng Gost có bổ sung 50 mg/l phenol Nhóm nghiên cứu lựa chọn các nồng

độ phenol ban đầu lần lượt là 50, 100 và 150 mg/l để bổ sung vào môi trường nuôicấy của chủng vi khuẩn Bacillus sp DX3 và nuôi ở 30oC Kết quả cho thấy, sau 7ngày nuôi cấy trên môi trường khoáng dịch với nồng độ phenol ban đầu 150 mg/lthì hàm lượng phenol đã giảm xuống còn 0,067 mg/l, đạt hiệu quả xử lý 99,9%

1.1.4 Một số phương pháp xử lý phenol trên thế giới

 Phương pháp sử dụng bùn hoạt tính trong điều kiện hiếu khí

Vazquez và cộng sự năm 2006 đã nghiên cứu loại bỏ phenol, amoni,thiocyanua trong nước thải cốc hóa bằng bùn hoạt tính trong điều kiện hiếu khí vớicác thông số đầu vào phenol (110-350mg/l); N-NH4+(504-2340mg/l); SCN-(185-370mg/l), COD(807-3275 mg/L) [16] Khi bổ sung nguồn cacbon (2,8kgNaHCO3/m3) sẽ tạo điều kiện cho các vi sinh vật tự dưỡng phát triển để đẩy mạnhquá trình khử nitơ trong dòng thải Hiệu quả xử lý NH4 đạt 71% khi thời gian lưunước là 54,3h Hiệu quả loại bỏ COD, phenol lần lượt là 65,6 và 97% Hiệu quả loại

bỏ phenol trong điều kiện không bổ sung carbon tương đương với điều kiện bổ sungnguồn carbon Tuy nhiên khả năng loại bỏ phenol tăng khi pH tăng Hiệu quả loại

bỏ cao nhất đạt 96% khi pH=8 trong 15 h phản ứng

 Phương pháp sử dụng hệ phản ứng màng sinh học yếm khí - thiếu khí - hiếu khí (A1/A2/O-MBR)

Wen-tao Zhao và cộng sự năm 2009 [15] đã nghiên cứu xử lý nước thải nhàmáy cốc bằng hệ phản ứng màng sinh học yếm khí - thiếu khí - hiếu khí (A1/A2/O-MBR) Bể yếm khí với vật liệu đệm, độ xốp 95% Bể hiếu khí được cung cấp oxybằng bơm không khí, với DO được duy trì 5mg/l và sử dụng màng sợi polythene,Mitsubishi, Nhật với diện tích 0,2m2 Tại bể này nước thải được bổ sung Na2CO3 đểtạo môi trường kiềm cho quá trình loại bỏ các chất dinh dưỡng và duy trì pH trongkhoảng 7-7,2 Nước thải ở các bể được duy trì ở nhiệt độ 350C±1 bằng nhiệt kế đểđảm bảo nước nghiên cứu có cùng nhiệt độ với nguồn nước thải Hệ thốngA1/A2/O-CAS (sử dụng bùn hoạt tính) cũng hoạt động song song, cùng điều kiện

để so sánh hiệu quả xử lý giữa hai hệ thống Kết quả cho thấy hiệu quả loại bỏ COD

và phenol của hệ A1/A2/O-MBR cao hơn hẳn hệ sử dụng bùn hoạt tính đặc biệt khi

hệ thống hoạt động với tải lượng chất ô nhiễm lớn như nước thải cốc hóa Hiệu quả

xử lý COD đạt 89,8±1,2% tương đương 264±36mg/l Hiệu quả xử lý phenol đạt99,9% với nồng độ phenol sau xử lý là 0,2±0,1mg/l Công nghệ tích hợp A1/A2/O-MBR là công nghệ hiện đại nhất hiện nay cho hiệu quả xử lý chất hữu cơ cao Tuynhiên giá thành xử lý đắt do chi phí màng cao Do đó trong các nước đang phát triểncũng chưa được ứng dụng nhiều

1.2 Công nghệ SBR

1.2.1 Nguyên lý hoạt động

Bể SBR (Sequencing Batch Reactor): là bể phản ứng làm việc theo mẻ dạng

công trình xử lý bùn hoạt tính nhưng 2 giai đoạn sục khí và lắng diễn ra trong cùngmột bể Hệ thống SBR là hệ thống dùng để xử lý nước thải sinh học chứa hợp chấthữu cơ và nito cao Hệ thống hoạt động liên tục bao gồm quá trình bơm nước thải –phản ứng – lắng – hút nước ra, trong đó quá trình phản ứng hay còn gọi là quá trìnhtạo hạt (bùn hạt hiếu khí) quá trình này phụ thuộc vào khả năng cấp khí, đặc điểmcủa chất nền trong nước thải đầu vào [2]

 Các giai đoạn xử lý bằng hệ thống SBR

• Pha làm đầy: Trong pha này, nước thải sẽ được nạp đầy bể, nước thải vào sẽ mang

theo một hàm lượng thức ăn cho các vi khuẩn trong bùn hoạt tính, tạo ra một môitrường cho phản ứng sinh hóa xảy ra

Đưa nước thải vào bể có thể vận hành ở 3 chế độ: làm đầy tĩnh, làm đầy khuấytrộn, làm đầy sục khí

- Làm đầy tĩnh: Nước thải đưa vào bể ở trạng thái tĩnh, nghĩa là không cung cấp thiết

bị khuấy trộn và sục khí Trạng thái này thường áp dụng trong công trình không cầnquá trình nitrat hóa và quá trình phản nitrat và những công trình lưu lượng nước thảithấp để tiết kiệm năng lượng, chi phí vận hành, bảo dưỡng

- Làm đầy có khuấy trộn thì giúp điều hòa nồng độ, ổn định thành phần nước thải,đồng thời xảy ra các quá trình oxy hóa cơ chất trong điều kiện hiếu khí và thiếu khí,tăng hiệu quả xử lý nito trong nước thải

- Làm đầy có thổi khí nhằm duy trì vùng hiếu khí trong bể Tạo điều kiện cho vi sinhvật sinh trưởng và phát triển mạnh mẽ, trong bể xảy ra quá trình oxy hóa các hợpchất hữu cơ, loại bỏ một phần COD/BOD trong nước thải Tạo điều kiện cho quátrình nitrat hóa xảy ra

• Pha phản ứng: Sau khi cho nước vào bể, hệ thống bơm nước thải vào sẽ ngừng hoạt

động, thay vào đó hệ thống sục khí sẽ được khởi động để tiến hành quá trình nitrithóa, nitrat hóa và phân giải các hợp chất hữu cơ Do trong pha này, không có nướcthải vào trong bể vì vậy thề tích nước thải và tải trọng hữu cơ không được bồ sung,quá trình sục khí được duy trình, các vi sinh vật hiếu khí sẽ oxi hóa các hợp chấthữu cơ để sinh trưởng và phát triển Vì vậy các hợp chất hữu cơ sẽ được loạibỏ.Trong pha này còn xảy ra quá trình nitrat hóa, ammoniac có trong nước thải sẽđược chuyển hóa thành nitrit và nitrat

• Pha lắng: các thiết bị sục khí ngừng hoạt động, quá trình lắng diễn ra trong môi

tường tĩnh hoàn toàn, thời gian lắng thường nhỏ hơn 2 giờ Trong pha này, các bôngbùn đã được hình thành sẽ được lắng xuống đáy bể, đồng thời xảy ra quá trình phảnnitrat, nitrat và nitrit được tạo ra ở pha trên sẽ bị khử thành nito

• Pha xả nước: nước đã lắng sẽ được hệ thống thu nước tháo ra đến công trình tiếp

theo, đồng thời trong quá trình này bùn cũng được tháo ra

• Pha chờ: thời gian chờ nạp mẻ tiếp theo( có thể bỏ qua pha này).

1.2.2 Ưu điểm

- Trong pha làm đầy bể SBR đóng vai trò như bể cân bằng vì vậy bể SBR có thể chịudựng được tải trọng cao và sốc tải

- Có thể hạn chế được sự phát triển của vi khuẩn sợi thông qua việc điều chỉnh tỉ sốF/M và thời gian thổi khí trong quá trình làm đầy

- Ít tốn diện tích đất xây dựng do các quá trình cân bằng cơ chất, xử lý sinh học vàlắng được thực hiện trong cùng một bể

- Dễ dàng bảo trì, bảo dưỡng thiết bị (các thiết bị ít) mà không cần phải tháo nướccạn bể Chỉ tháo nước khi bảo trì các thiết bị như: cánh khuấy, motor, máy thổi khí,

hệ thống thổi khí

- Hệ thống có thể điều khiển hoàn toàn tự động

- TSS đầu ra thấp, hiệu quả khử photpho, nitrat hóa và khử nitrat hóa cao

- Ít tốn diện tích do không có bể lắng 2 và quá trình tuần hoàn bùn

1.2.3 Nhược điểm

- Nếu như quá trình lắng bùn xảy ra sự cố thì sẽ dẫn đến bùn bị trôi theo ống đầu ra

- Khi xả tốc độ dòng chảy rất lớn sẽ làm ảnh hưởng đến các hệ thống xử lý phía sau

- Có thể xảy ra quá trình khử nitrat trong pha lắng nếu như thời gian lưu bùn dài.Điều này sẽ dẫn đến hiện tượng bùn nổi do bị khí nitơ đẩy lên Hiện tượng này càngnghiêm trọng vào những ngày nhiệt độ cao

1.2.4 Các đặc tính nổi bật

- Nồng độ bùn trong công trình: hầu hết các công trình truyền thống đều hoạt động

ở nồng độ bùn thấp hoặc trung bình, thường 1.500 - 2.500 mg/l nhưng đối với bểSBR lại hoạt động ở nồng độ bùn cao, điển hình là 2.000 - 4.000 mg/l dẫn đến tuổibùn lâu hơn và tăng hiệu quả sinh học

- Tất cả quá trình tích hợp vào một công trình: công nghệ SBR kết hợp các quá trìnhnitrat hóa, khử nitơ, phản ứng, lắng và ổn định bùn bên trong một công trình nhỏgọn, đỡ tốn chi phí xây dựng.

1.3 Phương pháp sử dụng bùn hoạt tính hiếu khí

Các vi sinh vật thường tồn tại ở trạng thái huyền phù Bể được sục khí đểđảm bảo yêu cầu oxy và duy trì bùn hoạt tính ở trạng thái lơ lửng Huyền phù lỏngcủa các vi sinh vật trong bể thông khí được gọi chung là chất lỏng hỗn hợp và sinhkhối (MLSS)

Khi nước thải đi vào bể thổi khí, các bông bùn hoạt tính được hình thành màhạt nhân của nó là các phần tử cặn lơ lửng

Các loại vi khuẩn hiếu khí đến cư trú, phát triển dần cùng với các động vậtnguyên sinh, nấm, xạ khuẩn,… tạo nên các bông bùn màu nâu sẫm, có khả nănghấp thụ các chất hữu cơ hòa tan, keo và không hòa tan phân tán nhỏ

Vi khuẩn và vi sinh vật sống dùng chất hữu cơ và chất ding dưỡng (N, P) làmthức ăn để chuyển hóa chúng thành các chất trơ không hòa tan và thành tế bào mớidẫn đến lượng bùn hoạt tính giảm dần do 1 số vi sinh vật không thích nghi bị chết

đi, sau đó sinh khối sẽ tăng dần lên do sự sinh sản của các cá thể thích nghi với môitrường nước thải đang xử lý Quá trình cứ tiếp diễn đến khi chất thải cuối cùngkhông thể là thức ăn của các vi sinh vật được nữa

1.4 Đặc điểm chung của bùn hoạt tính

Bùn hoạt tính là những quần thể sinh vật, vi sinh vật bao gồm: vi khuẩn, nấm,

Protozoa, tích trùng và các loại động vật không xương, động vật bậc cao khác

(giun, dòi, bọ) Bùn có dạng bóng, màu nâu xám Bùn hoạt tính được hình thành rấtđơn giản bằng cách làm thoáng sục khí vào nước thải với sự có mặt của vi khuẩn.Việc sục khí được thực hiện cho tới khi vi khuẩn phân hủy chất hữu cơ Bùn hoạttính hình thành không phải bởi một loại vi khuẩn tạo bông đặc biệt mà chỉ là mộthiện tượng bình thường, bởi mỗi loại vi khuẩn đều có mức năng lượng nhất định

Đa số nước thải chứa đủ vi sinh vật để sản sinh ra bùn hoạt tính, không cần phảigieo cấy gì thêm Những vi sinh vật này thường có xuất xứ từ phân, các chất bẩnsinh hoạt Đối với một số ít nước thải công nghiệp có thể phải có thêm một ít phân

để gieo cấy

Vai trò cơ bản trong quá trình làm sạch nước thải của bùn hoạt tính là vikhuẩn, thành phần các loại vi khuẩn trong bùn hoạt tính phát triển tuỳ thuộc vào đặctrưng của nước thải Trong đó, có thể chia làm các nhóm vi khuẩn sau:

Hình 1 1 Các nhóm vi khuẩn có trong bùn hoạt tính

( Nguồn: Báo cáo chuyên đề công nghệ môi trường 2009)

1.5 Các yếu tố ảnh hưởng tới bể bùn hoạt tính hiếu khí

Quá trình xử lý hiếu khí chịu ảnh hưởng của nông độ bùn hoạt tính tức phụthuộc vào chỉ sổ bùn Chỉ sổ bùn càng nhỏ thì nồng độ bùn đưa vào công trình xử

lý càng lớn hoặc ngược lại Khi tiến hành quá trình cần phải cung cấp đầy đủlượng oxi một cách liên tục sao cho lượng oxi hòa tan trong nước > 2 mg/L, tảitrọng hữu cơ trong xử lý hiếu khí thường thấp nên nồng độ các chất bẩn hữu cơqua bể bủn hoạt tính có BOD toàn phần phải < 1000 mg/L Ngoài ra trong nướcthải cũng cần đầy đủ các nguyên tố vi lượng, nguyên tố dinh dưỡng Các nguyên

150:5:1 Giá trị pH tối ưu cho đa số vi sinh vật từ 6,5 - 8,5 pH < 5 sẽ thúc đẩy

nấm phát triển Nêu pH > 9 sẽ phá hủy cân bằng nguyên sinh chất tế bào, vỉ sinhvật sẽ chết Nước thải có nhiệt độ thích nghỉ với đa số vi sinh vật tối ưu từ 25oC -37°C hoặc 20° - 80°C thấp nhất vào mùa đông là 12°C, Ngoài ra quá trình xử lýhiếu khi còn phụ thuộc nồng độ muối vô cơ, lượng chất lơ lửng chảy vào bể xử lýcũng như các loại vi sinh vật và cấu trúc chất bẩn hữu cơ.

1.6 Nguồn dinh dưỡng cung cấp cho sinh khối

Chất dinh dưỡng đối vi sinh vật là bất kỳ chất nào được vi sinh vật hấp thụ từmôi trường xung quanh và được chúng sử dụng làm nguyên liệu để cung cấp chocác quá trình sinh tổng hợp tạo ra các thành phần của tế bào hoặc để cung cấp chocác quá trình trao đổi năng lượng Như vậy, chất dinh dưỡng phải là những hợp chất

có tham gia vào quá trình trao đổi chất nội bào

Mỗi một loài sinh vật có thể sử dụng một số thức ăn nhất định, chúng sẽ đồnghoá những loại thức ăn dễ đồng hoá trước, thức ăn khó đồng hoá sau Thành phần

và chất lượng nước thải thể hiện qua các thông số sau:

1.6.1 Nguồn cacbon

Tuỳ từng nhóm vi sinh vật mà nguồn cacbon được cung cấp dưới dạng cacbon

vô cơ (CO2, ) hoặc cacbon hữu cơ và nguồn năng lượng là ánh sáng mặt trời haynguồn năng lượng là sản phẩm của trao đổi chất (ATP)

Trên thế giới hầu như không có hợp chất cacbon hữu cơ nào mà không bị visinh vật phân giải Không ít những vi sinh vật có thể đồng hoá được cả các hợp chấtcacbon rất bền vững như cao su, chất dẻo, dầu mỏ,

Đối với những chất hữu cơ không tan trong nước hoặc có khối lượng phân tửlớn, để hấp thụ được các chất này thì vi sinh vật phải tiết ra các enzym ngoại bàothuỷ phân để chuyển hoá chúng thành những hợp chất dễ hấp thụ (đường, axitamin, )

Đối với vi sinh vật dị dưỡng, nguồn thức ăn cacbon làm cả hai chức năng:nguồn dinh dưỡng và nguồn năng lượng

1.6.2 Nguồn nitơ

Nitơ là nguyên tố rất cần thiết cho quá trình tổng hợp các chất hữu cơ chứa nitơtrong cơ thể vi sinh vật Để tiến hành quá trình đồng hoá được các hợp chất chứanitơ có trong môi trường nước, vi sinh vật phải tổng hợp được các enzym ngoại bàosẽ phân giải protein thành các amino axit và các thành phần khác Chính vì thế màtrong môi trường nước thường tồn tại các dạng nitơ sau: nitơ amin, nitơ amoniac,

nitơ nitrit, nitơ nitrat, nitơ tự do Nguồn nitơ dễ hấp thụ nhất đối với vi sinh vật là

NH3 và NH4+ Muối amoni vô cơ rẻ hơn nhưng thường làm chua môi trường, làm ứcchế sự phát triển của vi sinh vật Thường dùng urê làm nguồn nitơ vì tạo môi trườngtrung tính

Đa số các vi sinh vật không có khả năng đồng hóa N2 trong không khí Tuynhiên có những vi sinh vật có thể chuyển hoá N2 thành NH3 nhờ hoạt động xúc táccủa một hệ thống enzym có tên là nitrogenaza

Đối với nguồn thức ăn nitơ hữu cơ, vi sinh vật có khả năng đồng hoá rất tốt.Các thức ăn này sẽ vừa làm nguồn cacbon vừa là nguồn cung cấp nitơ cho vi sinhvật

Khi thiếu nitơ lâu dài, ngoài việc cản trở quá trình sinh hoá, các chất hữu cơ còntạo ra bùn hoạt tính khó lắng

1.6.4 Hàm lượng sunphat

Sunphat sắt luôn có mặt trong nước bị ô nhiễm và trong nước thải Lưu huỳnh

có mặt trong một số aminoaxit cấu tạo nên protein (cystein và methionin) Lưuhuỳnh sẽ được chuyển hoá theo phương trình sau trong điều kiện kị khí nhờ vikhuẩn:

Sự có mặt của lưu huỳnh dạng H2Strong nước làm cho nước có mùi thối

1.6.5 Hàm lượng các kim loại nặng

Khi trong nước chứa các kim loại nặng như: chì (Pb), thuỷ ngân (Hg), Crom(Cr), Cadimi (Cd), Asen (As) thì ngoài việc gây hại cho con người, động thực vật sử

dụng nguồn nước, các kim loại nặng này còn có ảnh hưởng nhiều đến hoạt động củacác vi sinh vật trong nước.

Các kim loại nặng ở hàm lượng nhất định nào đó có thể làm cho quá trình traođổi chất của cơ thể vi sinh vật bị rối loạn do sự kìm hãm hoạt động của các enzymkhi có mặt một số kim loại Tuy nhiên đối với một vài kim loại nặng ở dạng vết thìlại có tác dụng tốt nhất định đối với sự phát triển sinh vật

1.6.6 Nguồn khoáng

Nhu cầu của vi sinh vật đối với các nguyên tố khoáng là không giống nhau tuỳthuộc vào từng loài, từng giai đoạn phát triển

Các nguyên tố khoáng chia làm 2 loại:

Nguyên tố đa lượng: là các nguyên tố mà vi sinh vật sử dụng với lượng lớn

Đó là các nguyên tố: P, K, S, Mg, Na, Cl, Ca, Fe,

Nguyên tố vi lượng : là các nguyên tố mà vi sinh vật chỉ đòi hỏi một lượng rấtnhỏ: B, Mo, Cu, Zn, Mn,

Hàm lượng các nguyên tố khoáng ở nguyên sinh chất của vi sinh vật khác nhau

là khác nhau, tuỳ loài, tuỳ giai đoạn, tuỳ điều kiện nuôi cấy [10]

1.7 Ảnh hưởng của các yếu tố vật lý và hóa học đến sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật trong nước

Sự phát triển của vi sinh vật trong các thuỷ vực chịu ảnh hưởng của nhiều nhân

tố vật lý và hoá học; những nhân tố này tác dụng cùng nhau và tương hỗ theo nhiềukiểu Chúng ảnh hưởng đến độ lớn, thành phần loài của các quần thể, đến hình thái

và sinh lý của vi sinh vật Đó là các nhân tố: pH, nhiệt độ, độ đục, hàm lượng muối,các chất hữu cơ, các chất vô cơ, các khí hoà tan.[10]

1.7.1 Hàm lượng oxy hoà tan

DO là hàm lượng oxy hoà tan trong nước để duy trì sự sống cho các vi sinh vậttrong nước

Đây là điều kiện đầu tiên đảm bảo cho vi sinh vật hiếu khí có khả năng oxi hoácác chất bẩn hữu cơ Do đó, trong quá trình xử lý phải đảm bảo cung cấp đủ lượngoxi mà chủ yếu dưới dạng hoà tan trong môi trường lỏng Để đáp ứng được lượngoxi hoà tan trong bể hiếu khí người ta thường chọn giải pháp khuấy trộn cơ họchoặc sục khí

Khi nồng độ oxy hoà tan dưới 0,5mg/l thì quá trình xử lý nước thải bằng visinh vật hiếu khí hầu như ngưng trệ Lượng oxy hoà tan tốt nhất trong khoảng1,5÷4,0 mg/l.

1.7.2 Nhu cầu oxy sinh hóa BOD

BOD được định nghĩa là lượng oxy cần thiết mà các vi sinh vật đã sử dụng đểoxy hoá cacbon hữu cơ thành CO2 và nitơ hữu cơ thành NO3- Phương trình tổngquát như sau:

Chất hữu cơ + O2

Chất hữu cơ + O2

Chỉ số BOD càng cao chứng tỏ lượng chất hữu cơ có khả năng phân huỷ sinhhọc trong nước càng lớn Trong thực tế, người ta không thể xác định lượng oxi cầnthiết để phân huỷ hoàn toàn chất hữu cơ vì tốn quá nhiều thời gian mà người tathường chỉ xác định lượng oxi cần thiết trong 5 ngày đầu ở nhiệt độ 200C, kí hiệuBOD5 Tại thời điểm này đã có 70 – 80% các chất hữu cơ bị oxy hoá

1.7.3 Nhu cầu oxy hoá hoá học COD

COD được định nghĩa là lượng oxy cần thiết cho quá trình oxy hoá hoá học cácchất hữu cơ trong mẫu nước thải thành CO2 và H2O Chỉ số COD biểu thị cả lượngcác chất hữu cơ có thể và không thể bị oxy hoá bằng vi sinh vật, do đó, nó có giá trịcao hơn BOD Phép phân tích COD có ưu điểm là cho kết quả nhanh nên đã khắcphục được nhược điểm của phép đo BOD

1.7.4 Nhiệt độ

Nhiệt độ nước thải ảnh hưởng rất lớn tới chức năng hoạt động của vi sinh vật.Khi nhiệt độ tăng thì tốc độ oxy hoá của sinh vật tăng, nhưng độ hoà tan oxy trongnước giảm Nhiệt độ đa số vi sinh vật có thể hoạt động được là từ 6÷400C Khi nhiệt

độ tăng hoặc giảm quá ngưỡng sẽ ảnh hưởng đến khả năng hoạt hoá của các enzym

Vì vậy, vi khuẩn sẽ ngừng hoạt động, cuối cùng dẫn đến tử vong, còn nhiệt độ quáthấp thì tốc độ làm sạch sẽ bị giảm, quá trình thích nghi của vi sinh vật với môitrường mới sẽ chậm lại

1.7.5 Độ pH

Đây là thông số ảnh hưởng rất lớn đến các quá trình sinh học xảy ra trongnước (quá trình trao đổi chất, quá trình sinh sản và phát triển của vi sinh vật, độngthực vật trong nước) pH cũng ảnh hưởng đến các quá trình vật lý và các phản ứng

hoá học xảy ra trong môi trường nước Đối với đa số vi sinh vật, thường sinh trưởng

và phát triển ở pH 6,0 ÷ 8,5 Khi pH nằm ngoài khoảng trên sẽ làm giảm hoạt lựccủa bùn hoạt tính, do đó làm giảm hiệu suất của quá trình xử lý

CHƯƠNG 2 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Mô hình nghiên cứu

Sử dụng mô hình nghiên cứu dạng SBR có kích thước L x B x H = 0,3 x 0,3 x 0,6m; lưu lượng 40 l/ngđ

Các thiết bị phụ trợ bao gồm:

• Hệ thống phân phối khí bố trí ở đáy bể

• Hệ thống ống dẫn nước đầu vào và đầu ra

• Hệ thống van vòi điều chỉnh lưu lượng nước đầu vào, đầu ra

• Bể chứa nước đầu vào và đầu ra

Bể hoạt động gồm 4 giai đoạn: Làm đầy, Sục khí, Lắng, Rút nước và Chờ

Thời gian vận hành bể được thể hiện trong Bảng 2.1:

Bảng 2 1 Chu trình vận hành mô hình bể SBR

Thời gian cho từng giai đoạn :

Bảng 2 2 Thành phần nước thải

Hóa chất

Nồng độ trong nước thải (mg/l)

Hóa chất

Nồng độ trong nước thải (mg/l)

( Nguồn tham khảo: Biodegradation of high phenol concentration by activated

sludge in an immersed membrane bioreactor, 2006 - B Marrot ∗, A Martinez, P Moulin, N Roche)

Barrios-2.3 Nguồn sinh khối

Bùn được lấy từ bể xử lý hiếu khí của hệ thống xử lý nước thải sản xuất củacông ty cổ phần chăn nuôi CP Việt Nam (KCN Phú Nghĩa, huyện Chương Mỹ,thành phố Hà Nội)

Hình 2 1 Công ty cổ phần chăn nuôi CP Việt Nam

2.3.1 Đặc tính của bùn

Bùn hoạt tính ban đầu được lấy tại bể aeotank tại hệ thống xử lý nước thải sảnxuất của công ty cổ phần chăn nuôi CP-khu công nghiệp Phú Nghĩa Những đặcđiểm cơ bản của bùn hoạt tính bao gồm:

- Các thông số cơ bản của bùn hoạt tính tương ứng là:

sử dụng tương đối ổn định và có thể sử dụng để vận hành mô hình

Hình 2 2 Bùn hoạt tính của công ty cổ phần chăn nuôi CP-khu công nghiệp

Phú Nghĩa

2.3.2 Phương pháp duy trì sinh khối bùn

Bên cạnh bùn hoạt tính vận hành trong mô hình, bùn hoạt tính được nuôi cấyriêng trong 2 bể khác để có thể cung cấp, bổ sung kịp thời trong trường hợp môhình gặp sự cố

Tiến hành đối với từng bể, có hệ thống sục khí dẫn khí vào bể để nuôi cấy bùn,sục liên tục 24/24 giờ Nguồn dinh dưỡng cung cấp: Phenol, NH4Cl, KH2PO4, cáckhoáng chất: Vi lượng và đa lượng.

Bước 1: Dùng bình tam giác lấy 100ml mẫu từ bể hiếu khí

Bước 2: Nhúng đầu đo chứa màng lọc, điện cực kim loại và chất điện giải vàodung dịch cần đo

Bước 3: đọc kết quả từ máy đo DO (Giá trị DO thể hiện đến 2 chữ số sau dấuphẩy) và nhiệt độ

Phương pháp xác định: MLSS được xác định theo phương pháp khối lượng.

Bước 2: Đem giấy lọc đã sẫy đi hấp trong khoảng 30 phút đến 1 tiếng

Bước 3: Lấy 100ml nước thải trong bể hiếu khí rồi lọc qua giấy lọc để thu bùn

có trong nước thải

Bước 4: Cầm giấy lọc có chứa bùn trong nước thải đi sấy ở nhiệt độ 1050Ctrong thời gian từ 2 đến 3 tiếng

Bước 5: Hấp mẫu giấy vừa sấy trong thời gian 30 phút

Bước 6: Đem mẫu giấy chứa bùn này đi cân sẽ có được hàm lượng bùn hoạttính lơ lửng hay còn có tên viết tắt là MLSS (b, gam)

 Tính toán kết quả

MLSS = , mg/l

2.4.3 Quy trình phân tích TSS

a, Định nghĩa

TSS (Total Suspended Solids): Là tổng lượng vật chất hữu cơ và vô cơ lơ lửng(phù sa, mùn bã hữu cơ, tảo) lơ lửng trong nước

Hàm lượng chất rắn lơ lửng tổng hoặc hàm lượng chất rắn có khả năng lắng tụ

là chỉ tiêu đánh giá mức độ ô nhiễm của nước

Phương pháp xác định: TSS được xác định theo phương pháp khối lượng

Số lượng (cái)

 Quy trình tiến hành

- Chuẩn bị giấy lọc: sấy giấy lọc trong 2h sau đó tiến hành cân giấy lọc bằng cân

phân tích được M1

- Tiến hành lọc mẫu: đặt giấy lọc đã sấy lên trên bình tam giác Sau đó hút 20ml mẫu

nước (trước và sau xử lý) nhả lên trên giấy lọc (trong quá trình hút phải lắc đều cốcđựng mẫu sao cho cặn không lắng đọng lại trong cốc) (mỗi mẫu nước tiến hành lọc