nghiên cứu áp dụng công nghệ ic (internal circulation) xử lý nước thải chế biến thủy hải sản ở các tải trọng hữu cơ 20 và 25 kgcod m3 ngày

Trong nghiên cứu này, chúng tôi áp dụng công nghệ IC với giá thể PVA – gel để khử COD và các chất hữu cơ khác của nước thải chế biến thủy hải sản với các tải trọng hữu cơ là 20 và 25 kgC

UASB, các ngăn này kết nối với nhau bằng cách đặt ngăn này lên phía trên ngăn kia Bể IC cũng được xem là một phiên bản đặc biệt của bể EGSB, được vận hành theo chế độ dãn nở của bùn hạt PVA – gel để khử các chất hữu cơ với tải trọng thể tích cao Trong nghiên cứu này, chúng tôi áp dụng công nghệ IC với giá thể PVA – gel để khử COD và các chất hữu cơ khác của nước thải chế biến thủy hải sản với các tải trọng hữu cơ là 20 và 25 kgCOD/m3.ngày với kết quả cho thấy hiệu quả khử COD đạt > 70%, bể IC kị khí này không có khả năng khử được SS, TN và TP

compartments (like UASB) on top of each other, one highly loaded and one low loaded IC was especially considered as a modification of the EGSB reactor, in which the PVA – gels are partially fluidized to remove of organic substances In this study, we applied IC with PVA-gel to remove COD and organic substances of wastewater of seafood with 5 organic loading rates of 20 and 25 kgCOD/m3.day The results shown that IC can be remove more than 70% COD reduction and IC can not remove SS, TN and TP

Key word: UASB, EGSB, IC, PVA – gel

TP Hồ Chí Minh, ngày tháng năm GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

TP Hồ Chí Minh, ngày tháng năm GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

MỤC LỤC

MỤC LỤC i

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT iii

DANH MỤC CÁC BẢNG iv

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ v

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 4

1.1 Tổng quan về ngành chế biến thủy hải sản 4

1.1.1 Ngành chế biến thủy hải sản 4

1.1.2 Công nghệ sản xuất ngành chế biến thủy hải sản 5

1.1.3 Nguồn nước thải chế biến thủy hải sản 5

1.1.4 Các công nghệ xử lý nước thải chế biến thủy hải sản 7

1.2 Tổng quan chung về quá trình sinh học kỵ khí 9

1.2.1 Quá trình sinh học kỵ khí 10

1.2.2 Phân loại các các công nghệ kỵ khí 11

1.3 Hạt polyvinyl alcohol (PVA – gel) 20

1.4 Các nghiên cứu trong và ngoài nước 21

1.4.1 Các nghiên cứu trong nước 21

1.4.2 Các nghiên cứu ngoài nước 22

CHƯƠNG 2 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 24

2.1 Tổng quan phương pháp nghiên cứu 24

2.2 Mô hình và vật liệu nghiên cứu 25

2.2.1 Mô hình thí nghiệm 25

2.2.2 Vật liệu nghiên cứu 26

2.2.3 Phương pháp vận hành 27

2.2.4 Kiểm soát các yếu tố trong quá trình vận hành mô hình 29

2.2.5 Phương pháp phân tích 29

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 33

3.1 Kết quả thí nghiệm ở các tải trọng hữu cơ 20 và 25 kgCOD/m ngày 33

3.1.1 Kết quả thí nghiệm ở tải trọng hữu cơ 20 kgCOD/m3.ngày 33

3.1.2 Kết quả thí nghiệm ở tải trọng hữu cơ 25 kgCOD/m3.ngày 36

3.2 So sánh và đánh giá hiệu quả xử lý các chất hữu cơ giữa các thí nghiệm 40

3.2.1 pH – Tải trọng hữu cơ 20 và 25 kgCOD/m3.ngày 40

3.2.2 SS và sinh khối trên hạt PVA-gel – Tải trọng hữu cơ 20 và 25 kgCOD/m3.ngày 41

3.2.3 TN – Tải trọng hữu cơ 20 và 25 kgCOD/m3.ngày 43

3.2.4 TP – Tải trọng hữu cơ 20 và 25 kgCOD/m3.ngày 43

3.2.5 Mối quan hệ giữa COD (tổng hợp tế bào), TN và TP ở các tải trọng hữu cơ 20 và 25 kgCOD/m3.ngày 44

3.2.6 Mối quan hệ tương quan giữa COD (tạo khí Biogas) và lượng khí Biogas sinh ra ở các tải trọng hữu cơ 20 và 25 kgCOD/m3.ngày 47

3.2.7 COD và hiệu suất khử COD – Tải trọng hữu cơ 20 và 25kgCOD/m3.ngày 49 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 51

TÀI LIỆU THAM KHẢO 53

PHỤ LỤC 1 BẢNG PHÂN TÍCH SỐ LIỆU NGHIÊN CỨU 56

PHỤ LỤC 2 BẢNG TÍNH TOÁN TỈ LỆ COD:N:P VÀ CODTỔNG HỢP TẾ BÀO 59

PHỤ LỤC 3 HÌNH ẢNH MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM IC VÀ HẠT PVA -GEL Ở CÁC TẢI TRỌNG HỮU CƠ 20 VÀ 25 KGCOD/M 3 /NGÀY 62

PHỤ LỤC 4 BẢN VẼ ACAD MÔ HÌNH IC 64

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

BOD Biochamical Oxygen Denamd (Nhu cầu oxi hóa sinh học)

COD Chemical Oxygen Demand (Nhu cầu oxi hóa hóa học)

EGSB Expanded Granular Sludge Bed Reactor (Bể phản ứng bùn hạt cao tải)

FBBR Fluidized Bed Biological Reactor (Bể sinh học kỵ khí tầng giãn nở)

HRT Hydrolic Retention Time (Thời gian lưu nước)

IC Internal Circulation Reactor (Bể tuần hoàn nội bộ)

OLR Organic Load Rate (Tải trọng chất hữu cơ)

PVA Polyvinyl Alcohol

SBR Sequencing Batch Reactors (Bể phản ứng sinh học theo mẻ)

SRT Solid Residence Time (Thời gian lưu bùn)

SS Supended Solids (Chất rắn không hòa tan)

TN Total Nitrogen (Tổng Nitơ)

TP Total Phosphorus (Tổng Phốt Pho)

TS Total Solid (Tổng chất rắn)

UASB Upflow Anaerobic Sludge Bed Reactor (Bể kỵ khí sinh học dòng chảy

ngược)

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Sản lượng khai thác hải sản tháng 5/2015 (Đơn vị 1.000 tấn) 4

Bảng 1.2 Thành phần nước thải từ các phân xưởng chế biến thủy sản 7

Bảng 2.1 Các thông số tính toán vận hành mô hình nghiên cứu 25

Bảng 2.2 Thông số mô hình IC 25

Bảng 2.3 Các chỉ tiêu và tần suất lấy mẫu tại từng vị trí 30

Bảng 2.4 Các phương pháp phân tích mẫu 30

Bảng 3.1 Kết quả phân tích tải trọng hữu cơ 20 kgCOD/m3.ngày (COD, SS, TN, TP và pH) 34

Bảng 3.2 Kết quả phân tích tải trọng hữu cơ 25 kgCOD/m3.ngày (COD, SS, TN, TP và pH) 38

Bảng 3.3 TN, TP và lượng giảm TN, TP ở từng tải trọng hữu cơ 46

Bảng 3.4 Thể tích khí Biogas sinh ra theo lý thuyết 48

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 1.1 Sơ đồ quy trình chung cho ngành chế biến thủy sản 5

Hình 1.2 Sơ đồ công nghệ 1 xử lý nước thải thủy sản (Lâm Minh Triết, 2006) 8

Hình 1.3 Sơ đồ công nghệ 2 xử lý nước thải thủy sản (Lâm Minh Triết, 2006) 9

Hình 1.4 Sơ đồ diễn biến các dòng biến đổi chất trong quá trình phân hủy kỵ khí (Driessen W and Yspeert P, 1999) 11

Hình 1.5 Một số mô hình thiết bị xử lý kỵ khí 12

Hình 1.6 Các dạng quá trình kỵ khí dã được ứng dụng rộng rãi trong thực tế 12

Hình 1.7 Sơ đồ cấu tạo bể UASB 15

Hình 1.8 Sơ đồ cấu tạo của bể EGSB và bùn hạt 17

Hình 1.9 Sơ đồ cấu tạo của bể IC 18

Hình 1.10 Hạt Polyvinyl alcohol (PVA – gel) 20

Hình 2.1 Sơ đồ thực hiện nghiên cứu 24

Hình 2.2 Mô hình thí nghiệm công nghệ IC 26

Hình 2.3 Hệ thống đo khí Gasometer 28

Hình 2.4 Counter điện tử 29

Hình 3.1 pH, COD, SS, TN, TP và lượng khí Biogas sinh ra – Tải trọng hữu cơ 20 kgCOD/m3.ngày 35

Hình 3.2 pH, COD, SS, TN, TP và lượng khí Biogas sinh ra – Tải trọng hữu cơ 25 kgCOD/m3.ngày 39

Hình 3.3 pH – Tải trọng hữu cơ 20 và 25 kgCOD/m3.ngày 41

Hình 3.4 SS và sinh khối trên hạt PVA-gel – Tải trọng hữu cơ 20 và 25 kgCOD/m3.ngày 42

Hình 3.5 TN – Tải trọng hữu cơ 20 và 25 kgCOD/m3.ngày 43

Hình 3.6 TP – Tải trọng hữu cơ 20 và 25 kgCOD/m3.ngày 44

Hình 3.7 COD tổng hợp tế bào, TN và TP – Tải trọng hữu cơ 20 và 25 kgCOD/m3.ngày 45

Hình 3.8 TN và TP – Tải trọng hữu cơ 20 và 25 kgCOD/m3.ngày 46

Hình 3.9 Tương quan giữa lượng giảm TN và TP – Tải trọng hữu cơ 20 và 25 kgCOD/m3.ngày 46

Hình 3.10 Lượng khí Biogas sinh ra – Tải trọng hữu cơ 20 và 25 kgCOD/m ngày 48 Hình 3.11 COD và hiệu quả xử lý COD – Tải trọng hữu cơ 20 và 25 kgCOD/m3.ngày 49 Hình 3.12 Hiệu suất xử lý COD – Tải trọng hữu cơ 20 và 25 kgCOD/m3.ngày 50

MỞ ĐẦU TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Hiện nay rất nhiều công ty nhà máy chế biến thủy sản được thành lập rất nhiều đặc biệt ở vùng đồng bằng duyên hải và miền tây nam bộ Việt Nam Lượng nước dùng cho việc chế biến thủy sản càng tăng cao nhưng vấn đề xử lý nước thải chưa được quan tâm và đồng thời công nghệ xử lý nước thải ngành này đã lạc hậu, sử dụng các công nghệ truyền thống như bể kỵ khí, hiếu khí Mặt khác hệ thống công nghệ xử lý nước thải này chưa được cải tiến nên vấn đề tiêu tốn chí đầu tư và chi phí vận hành cao khiến cho nhà đầu tư thường ít cải tiến hệ thống xử lý nước thải và hiện nay rất ít đơn

vị ngành này có các hệ thống xử lý nước thải ngành chế biến thủy sản cải tiến

Trong hệ thống xử lý nước thải hiện nay, quá trình kỵ khí là quá trình dùng các vi sinh vật kỵ khí để khử các chất ô nhiễm hữu cơ nó có ưu điểm là sinh ra bùn ít tiêu thụ năng lượng ít diện tích xây dựng và chi phí xây dựng thấp tạo ra khí CH4 chiếm 60 – 75% trong khí biogas tiêu thụ ít dinh dưỡng Nhưng đối với quá trình kỵ khí thông thường nó có nhiều khuyết điểm đáng quan tâm: thời gian khởi động quá chậm, dễ bị sốc tải xử lý nước thải ô nhiễm hữu cơ tải trọng thấp và đặc biệt là bùn hạt sinh ra ít Trong khi đó, công nghệ IC đã được cải tiến có dùng giá thể lơ lửng và đang được tiến hành nghiên cứu và ứng dụng cho nhiều loại nước thải khác nhau xử lý các chất ô nhiễm hữu cơ với nồng độ ngày càng cao như nồng độ COD > 30.000 mg/L hiệu quả

xử lý COD cao > 85% Ngoài ra ông nghệ IC giải quyết được 1 số khuyết điểm của quá trình kỵ khí thông thường như: chịu tải trọng hữu cơ cao > 40 kgCOD/m3.ngày thời gian khởi động và vận hành nhanh và không bị sốc tải

Ngoài ra công trình áp dụng IC vận hành đơn giản dễ thực hiện và quản lý Mặc dù công trình IC đã được sử dụng nhiều trên thế giới nhưng hiện nay ở Việt Nam chỉ có 1

số ít công ty đã thực hiện và vận hành công nghệ IC trong xử lý nước thải như: công ty bia ở Tiềng Giang, công ty bia Sapporo Nhật Bản ở Long An

Dựa trên các bất cập trên nhóm nghiên cứu đặt ra vấn đề nghiên cứu và triển khai áp dụng công trình IC xử lý nước thải chế biến thủy sản và công trình IC này ít nhóm nghiên cứu nào trong nước thực hiện sâu để xử lý nước thải chế biến thủy sản Vì vậy

chúng tôi đề xuất thực hiện đề tài “Nghiên cứu áp dụng công nghệ IC (Internal Circulation) xử lý nước thải chế biến thủy hải sản ở các tải trọng 20 và 25 kgCOD/m 3 ngày” để đánh giá khả năng xử lý và hiệu quả khử COD của nước thải thủy

sản ở các tải trọng hữu cơ cao

MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

Đánh giá được khả năng xử lý và hiệu quả khử COD trong nước thải thủy sản bằng công nghệ IC sinh học kỵ khí tuần hoàn trong quy mô phòng thí nghiệm với các tải trọng 20 và 25 kg COD/m3.ngày

NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

Nội dung 1: Tổng quan tài liệu về nghiên cứu, ứng dụng các công nghệ kỵ khí, công

ĐỐI TƯỢNG VÀ GIỚI HẠN NGHIÊN CỨU

Đối tượng nghiên cứu: Xử lý nước thải thủy sản với nồng độ chất ô nhiễm hữu cơ cao bằng công nghệ IC

Giới hạn đề tài: Đề tài nghiên cứu xử lý nước thải thủy sản có nồng độ ô nhiễm hữu cơ

có tải trọng hữu cơ từ 20 kg COD/m3.ngày đến 25 kg COD/m3.ngày, được thực hiện trong phòng thí nghiệm với nước thải thủy sản tại trường Đại học Tài nguyên và Môi trường TP.HCM

Ý NGHĨA VÀ TÍNH MỚI CỦA NGHIÊN CỨU

So với 1 số công nghệ kỵ khí truyền thống ta thấy rằng quá trình kỵ khí xử lý nước có nồng độ ô nhiễm hữu cơ OLR < 20 kgCOD/m3.ngày thường xây dựng bể tốn nhiều diện tích hiệu quả khử COD không cao dễ sốc tải khởi động khó và chậm

Với công nghệ IC vận hành đơn giản hơn dễ thực hiện và quản lý Công nghệ IC có thể thực hiện để khử các chất hữu cơ có tải trọng rất cao > 40 kgCOD/m3.ngày có thể khử các chất ô nhiễm nồng độ cao với nhiều loại nước thải đa dạng khác nhau

Ở Việt Nam có rất ít các công trình IC kỵ khí dùng bùn hạt PVA – gel để xử lý nước thải thủy sản do đó đề tài này được nghiên cứu nhằm mục đích đánh giá khử COD và

các chất hữu cơ khác với nồng độ cao cho nước thải thủy sản Đây là tính mới của đề tài đó là khía cạnh có dùng bùn hạt PVA – gel

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 TỔNG QUAN VỀ NGÀNH CHẾ BIẾN THỦY HẢI SẢN

1.1.1 Ngành chế biến thủy hải sản

Ngày nay, với nền kinh tế đang phát triển mạnh mẽ, kéo theo nền công nghiệp phát triển nhanh, đời sống người dân trên toàn thế được cải thiện Nhưng các vấn đề bảo vệ môi trường, ô nhiễm môi trường đang là vấn đề nan giải của các lãnh đạo các quốc gia như vấn đề ô nhiễm không khí, rác thải, bệnh dịch… và đặc biệt là vấn đề nước thải, dẫn tới thiếu nguồn nước sạch Mặt khác, để cung ứng nguồn thực phẩm cho người dân, các nhà sản xuất đã không ngừng phát triển nguồn sản phẩm của mình như nguồn thực phẩm: gia cầm, tinh bột, rau củ… trong đó có nguồn thực phẩm về thủy sản Chất lượng, số lượng sản phẩm ngày càng cao, kéo theo việc sử dụng nước sạch để sản xuất sản phẩm tăng theo Tuy nhiên, vấn đề xử lý nước thải ngành chế biến thuỷ sản chưa được chú trọng vì nước thải ngành này có nồng độ ô nhiễm hữu cơ cao như COD, BOD, TN, TP…

Bảng 1.1 Sản lượng khai thác hải sản tháng 5/2015 (Đơn vị 1.000 tấn)

TT Chỉ tiêu Kế

hoạch Năm

tháng

Tháng 5 5

tháng

Báo cáo

Lũy kế

từ đầu năm

1.1.2 Công nghệ sản xuất ngành chế biến thủy hải sản

Các cơ sở chế biến khác nhau thường sử dụng công nghệ chế biến khác nhau Cơ sở chế biến ở quy mô tiểu thủ công nghiệp sử dụng công nghệ chế biến đơn giản, công nghệ chế biến thành phẩm Các công ty lớn sử dụng công nghệ hiện đại, thành phẩm đạt tiêu chuẩn xuất khẩu Nhìn chung các công nghệ chế biến ở Việt Nam đều tuân theo quy trình chế biến như sau:

Hình 1.1 Sơ đồ quy trình chung cho ngành chế biến thủy sản

Tôm, cá, mực, sò Tiếp nhận nhiên liệu

Sơ chế: bỏ đầu tôm, mực, vảy cá

Rửa sạch, xử lý vi sinh

Muối đá Lọc và phân cỡ Xếp khuôn Cấp đông Xếp khuôn Đóng gói bao bì

Chất thải rắn Nước thải Nước thải + muối thải

1.1.3 Nguồn nước thải chế biến thủy hải sản

Nước thải trong công ty, nhà máy chế biến thủy sản phần lớn là nước thải trong quá trình sản xuất bao gồm:

 Nước rửa nguyên liệu, bán thành phẩm

 Nước sử dụng cho vệ sinh và nhà xưởng, thiết bị, dụng cụ chế biến

 Nước vệ sinh cho công nhân

Trong quy trình công nghệ chế biến các loại thủy sản, nước thải chủ yếu sinh ra từ khâu rửa sạch, sơ chế nguyên liệu Dòng nước thải ra giàu chất hữu cơ (protein, lipit, axitamin, giàu đạm N – amoni , axit hữu cơ ) thường chứa nhiều đầu tôm, vảy cá, râu tôm, râu mực vụn, mảnh vụn thịt và ruột, nội tạng, máu… của các loài thủy sản, chúng thường dễ bị phân hủy tạo mùi hôi tanh đặc trưng, gây ô nhiễm về mặt cảm quan, ảnh hưởng đến sức khỏe công nhân Ngoài ra, còn chứa mỡ cá, dầu chiên nổi mặt nước, tạo mùi

Nhìn chung, nước thải chế biến thủy sản bị ô nhiễm hữu cơ khá nặng, COD dao động trong khoảng 1.000 – 1.200 mg/L, BOD5 trong khoảng 600 – 950 mg/L, hàm lượng Nitơ hữu cơ trong nước thải cũng rất cao đến 70 – 110 mg/L, hàm lượng Phốtpho 10 –

100 mg/L dễ gây ra hiện tượng phú dưỡng hóa nguồn tiếp nhận (Lâm Minh Triết, 2006)

Tuy nhiên, nồng độ và thành phần các chất hữu cơ có trong nước thải thay đổi theo mùa thủy sản, theo định mức sử dụng nước, có xu hướng giảm dần ở những lần rửa sau cùng

Do đặc tính nước thải ngành chế biến thủy sản chứa lượng chất hữu cơ lớn, tỉ số

BOD/COD dao động khoảng từ 0,5 đến 0,7 (Lâm Minh Triết, 2006; Nguyễn Văn Phước, 2005) nên biện pháp xử lý thường được áp dụng là sử dụng các công trình xử

thời gian, do đó trong công nghệ thường phải sử dụng bể điều hòa có dung tích đủ lớn

để ổn định dòng nước thải vào công trình xử lý sinh học tiếp theo

Nước thải sau khi xử lý sinh học vẫn còn một số vi sinh vật gây bệnh, do đó phải qua giai đoạn khử trùng trước khi xả ra ngoài môi trường

Bảng 1.2 Thành phần nước thải từ các phân xưởng chế biến thủy sản

Nguồn: Lê Thị Cẩm Chi (2011)

1.1.4 Các công nghệ xử lý nước thải chế biến thủy hải sản

Với những tính chất và đặc tính của nước thải thủy sản đã nêu trên, một số công nghệ

xử lý nước thải đã được áp dụng như sơ đồ dưới đây

Bể thu gom

Khí

Nước tuần hoàn Tuyển nổi

Bể thu gom

Khí

Nước tuần hoàn

1.2 TỔNG QUAN CHUNG VỀ QUÁ TRÌNH SINH HỌC KỴ KHÍ

1.2.1 Quá trình sinh học kỵ khí

Xử lý nước thải bằng phương pháp kỵ khí được thực hiện bởi các vi sinh vật trong điều kiện hoàn toàn không có oxi Quá trình chuyển hóa các hợp chất hữu cơ thành

CH4, CO2, NH3, H2S được viết tổng quát qua quá trình sau (Nguyễn Văn Phước, 2005)

[Chất hữu cơ] + [Vi khuẩn] →CH4 + CO2 + NH3 + H2S + [Các chất khác] + Q

Quá trình phân hủy kỵ khí là quá trình phân hủy sinh học chất hữu cơ trong điều kiện không có oxy Phân hủy kỵ khí có thể chia làm 6 quá trình:

Thủy phân polymer:

Thủy phân các protein;

Thủy phân polysaccharide;

Thủy phân chất béo;

Lên men các amino acid và đường;

Phân hủy kỵ khí các acid béo mạch dài và rượu (alcohols);

Phân hủy kỵ khí các acid béo dễ bay hơi (ngoại trừ acid acetic);

Hình thành khí methane từ acid acetic;

Hình thành khí methane từ hydrogen và CO2

Các quá trình này có thể họp thành 4 giai đoạn xảy ra đồng thời trong quá trình phân hủy kỵ khí chất hữu cơ

Thủy Phân: Trong giai đoạn này dưới tác dụng của enzyme do vi khuẩn tiết ra các

phức chất và chất không tan (như polysaccharides proteins lipids) chuyển hóa thành các phức đơn giản hơn hoặc chất hòa tan (như đường các amino acid acid béo) Quá trình này xảy ra chậm Tốc độ thủy phân phụ thuộc vào pH kích thước hạt và đặc tính

dễ phân hủy của cơ chất Chất béo thủy phân rất chậm

Acid hóa: Trong giai đoạn này vi khuẩn lên men chuyển hóa các chất hòa tan thành

chất đơn giản như acid béo dễ bay hơi alcohols acid lactic methanol CO2, H2, NH3,

H2S và sinh khối mới Sự hình thành các acid có thể làm pH giảm xuống 4,0

Acetic hóa (Acetogenesis): Vi khuẩn Acetic chuyển hóa các sản phẩm của giai đoạn

acid hóa thành acetate H2, CO2 và sinh khối mới

Methane hóa (Methanogenesis): Đây là giai đoạn cuối của quá trình phân hủy kỵ

khí Acid acetic H2, CO2 acid formic và methanol chuyển hóa thành methane CO2 và sinh khối mới

Trong 3 giai đoạn thủy phân, acid hóa và acetic hóa COD trong dung dịch hầu như không giảm COD trong nước thải chỉ giảm trong giai đoạn methane hóa

Ngược với quá trình hiếu khí trong xử lý nước thải bằng phân hủy kỵ khí tải trọng tối

đa không bị hạn chế bởi chất phản ứng như oxy Nhưng trong công nghệ xử lý kỵ khí cần lưu ý đến 2 yếu tố quan trọng:

 Duy trì sinh khối vi khuẩn càng nhiều càng tốt;

 Tạo tiếp xúc đủ giữa nước thải với sinh khối vi khuẩn

Khi hai yếu tố trên đáp ứng công trình xử lý kỵ khí có thể áp dụng tải trọng rất cao

Hình 1.4 Sơ đồ diễn biến các dòng biến đổi chất trong quá trình phân hủy kỵ khí

(Driessen W and Yspeert P, 1999)

Các sản phẩm lên men khác như: propionate, butyrate, succinate, lactate, ethanol

Các chất nền cho quá trình lên men methane: H2, CO2, formate,

methanol, methylamine, acetate

Methane (CH4) + carbon dioxide (CO2)

Lipids Polysaccharides Protein Acid nucleic

pyrimidines Amino acids

Các hợp chất vòng thơm đơn giản

1.2.2 Phân loại các các công nghệ kỵ khí

Hình 1.5 và 1.6 thể hiện một số dạng công nghệ xử lý sinh học kỵ khí đã ứng dụng rộng rãi với qui mô lớn (full-scale) Các công nghệ/bể sinh học kỵ khí có thể phân chia

theo tải trọng hữu cơ như sau (Tchobanoglous G and Burton Fl, 1991)

Hình 1.5 Một số mô hình thiết bị xử lý kỵ khí

Hình 1.6 Các dạng quá trình kỵ khí dã được ứng dụng rộng rãi trong thực tế

1.2.2.1 Công trình xử lý kỵ khí tải trọng thấp (Tải trọng hữu cơ < 8,0

kgCOD/m 3 ngày)

a Bể phân hủy kỵ khí xáo trộn hoàn toàn

Bể phân hủy kỵ khí xáo trộn hoàn toàn là bể xáo trộn liên tục không có tuần hoàn bùn

Bể này thích hợp để xử lý nước thải có hàm lượng chất hữu cơ hòa tan dễ phân hủy nồng độ cao hoặc xử lý bùn hữu cơ Thiết bị xáo trộn có thể dùng hệ thống cánh khuấy

cơ khí hoặc tuần hoàn khí biogas (đòi hỏi có máy nén khí biogas và dàn phân phối khí nén) Trong quá trình phân hủy lượng sinh khối mới sinh ra và phân bố đều trong tồn

bộ thể tích bể Hàm lượng chất lơ lửng ở dòng ra phụ thuộc vào thành phần nước thải vào và yêu cầu xử lý Do bể phân hủy kỵ khí xáo trộn hoàn toàn không có biện pháp nào để lưu giữ sinh khối bùn nên thời gian lưu sinh khối chính là thời gian lưu nước Thời gian lưu bùn trong phân hủy kỵ khí thông thường từ 12  30 ngày Như vậy thể tích bể xáo trộn hoàn toàn đòi hỏi lớn hơn nhiều so với các công nghệ xử lý kỵ khí khác Tải trọng hữu cơ thể tích (Volumetric organic loading rate) trong khoảng 1,0 – 5,0 kg COD/m3.ngày

b Bể tiếp xúc kỵ khí

Quá trình tiếp xúc kỵ khí gồm hai giai đoạn: (1) phân hủy kỵ khí xáo trộn hoàn toàn; (2) lắng hoặc tuyển nổi tách riêng phần cặn sinh học và nước thải sau xử lý Bùn sinh học sau khi tách được tuần hoàn trở lại bể phân hủy kỵ khí Do lượng sinh khối của quá trình có thể kiểm soát được không phụ thuộc vào lưu lượng nước thải vì vậy thời gian lưu bùn cũng có thể khống chế được và không liên quan đến thời gian lưu nước Người thiết kế quá trình có thể chọn thời gian lưu nước thích hợp trong khoảng 0,5 – 5 ngày và tải trọng hữu cơ thể tích trong khoảng 1,0 – 8,0 kg COD/m3.ngày Hàm lượng VSS trong bể tiếp xúc kỵ khí dao động trong khoảng 4.000 – 6.000 mg/L

1.2.2.2 Công trình xử lý kỵ khí tải trọng cao (Tải trọng hữu cơ 3 – 20

kgCOD/m 3 ngày)

a Lọc kỵ khí giá thể cố định dòng chảy ngược dòng

Bể lọc kỵ khí là cột chứa đầy vật liệu rắn trơ là giá thể cố định cho vi sinh vật kỵ khí sống bám trên bề mặt Giá thể đó có thể là đá sỏi than vòng nhựa tổng hợp tấm nhựa vòng sứ… chiếm 50 - 95% thể tích bể Dòng nước thải phân bố đều đi từ dưới lên tiếp xúc với màng vi sinh bám dính trên bề mặt giá thể Do khả năng bám dính tốt của màng vi sinh dẫn đến lượng sinh khối trong bể tăng lên và thời gian lưu bùn kéo dài

Vì vậy thời gian lưu nước nhỏ có thể vận hành ở tải trọng cao từ 2 – 20 kgCOD/m3.ngày với thời gian lưu nước từ 10 – 15 h Nồng độ SS đầu vào có thể nằm trong khoảng 450 – 1.050 mg/L Lọc kỵ khí sử dụng giá thể là đá hoặc sỏi thường bị

bít tắc do các chất lơ lửng hoặc màng vi sinh không bám dính giữ lại ở khe rỗng giữa các viên đá hoặc sỏi Giá thể là vật liệu nhựa tổng hợp có cấu trúc thống độ rỗng cao (95%) nên vi sinh dễ bám dính và chúng thường được thay thế dần cho đá sỏi Tỉ lệ riêng diện tích bề mặt/thể tích của vật liệu thông thường dao động trong khoảng 100  220m2/m3

Trong bể lọc kỵ khí do dòng chảy quanh co đồng thời do tích lũy sinh khối vì vậy rất

dễ gây ra các vùng chết và dòng chảy ngắn Để khắc phục nhược điểm này có thể bố trí thêm hệ thống xáo trộn bằng khí biogas sinh ra thông qua hệ thống phân phối khí đặt dưới lớp vật liệu và máy nén khí biogas Sau thời gian dài vận hành các chất rắn không bám dính gia tăng trong bể Điều này có thể nhận thấy được khi hàm lượng SS đầu ra tăng, hiệu quả xử lý giảm do thời gian lưu nước thực tế trong bể bị rút ngắn Chất rắn không bám dính có thể lấy ra khỏi bể bằng xả đáy và rửa ngược

b Bể lọc sinh học kỵ khí bám dính xuôi dòng

Trong quá trình này nước thải vào chảy từ trên xuống qua lớp giá thể nhựa tổng hợp cấu trúc dạng module (Pall rings corrugated cross-flow or tubular modules) Giá thể này tạo nên các dòng chảy nhỏ tương đối thẳng theo hướng từ trên xuống Với cấu trúc này tránh được hiện tượng bít tắc và tích lũy chất rắn không bám dính và thích hợp cho

xử lý nước thải có hàm lượng SS cao tải trọng hữu cơ thể tích trong khoảng 1,0 – 6,0

kg COD/m3.ngày

c Bể UASB (Upflow Anaerobic Sludge Bed Reactor)

Hình 1.7 Sơ đồ cấu tạo bể UASB

UASB được nghiên cứu và phát triển bởi Lettinga (Lettinga, và cộng sự, 1980) và

được áp dụng rộng rãi ở Hà Lan và trên thế giới Trong bể UASB dòng nước thải chảy ngược lên trên đi xuyên qua tầng bùn kỵ khí mật độ cao với hoạt tính của vi sinh vật cao Vận tốc dòng đi lên lớn từ 0,5 – 1,5 m/h Nồng độ bùn thay đổi dọc theo chiều cao của bể, bùn “nặng” hơn có khả năng lắng tốt ở phần gần đáy bể (đệm bùn – sludge bed) có nồng độ khoảng 4-10% (tức là 40 -100 g TS/L) bùn nhẹ phân tán ở phần gần mặt bể (tầng bùn giãn nở – sludge blanket) có nồng độ từ 1–3% (10-30 g TS/L) Quá trình biến đổi chất hữu cơ xảy ra trong vùng phân hủy (đệm bùn và tầng bùn giãn nở) Nước thải và bùn được xáo trộn đều với nhau nhờ dòng vào và các bọt khí Bộ phận tách khí đặt ở dưới vùng lắng để đảm bảo điều kiện lắng tốt nhất cho bông bùn Bông bùn (kích thước 1 – 5 mm) sau khi tách khí rơi trở lại vùng phân hủy (đệm bùn và tầng bùn giãn nở) Thời gian lưu bùn hay tuổi bùn (SRT – solid residence times) > 30 ngày Tải trọng hữu cơ trong khoảng 2 – 24 kg COD/m3.ngày thời gian lưu nước từ 6 đến 14 giờ

1.2.2.3 Các công trình xử lý kỵ khí tải trọng rất cao (Tải trọng hữu cơ 10 – 40

mm tỷ trọng 2,65 hay bằng vật liệu khác (than hoạt tính hạt PVA-Gel…) có tỉ lệ diện tích bề mặt/thể tích rất lớn lên đến 9.000 – 11.000 m2/m3 Dòng ra được tuần hoàn trở lại để tạo vận tốc nước đi lên đủ lớn cho lớp vật liệu hạt ở trạng thái lơ lững giản nở hay tầng sôi Hàm lượng sinh khối trong bể có thể lên đến 15.000 - 40.000 mg/L Tải trọng hữu cơ cao > 20 kgCOD/m3.ngày (2 – 50 kgCOD/m3.ngày đêm) (cao hơn UASB: 2 – 24 kgCOD/m3.ngày đêm) Do lượng sinh khối lớn nên HRT nhỏ có thể < 6h (0,5 – 24h) quá trình này có thể ứng dụng xử lý nước thải có nồng độ chất hữu cơ thấp (500 - 1.000 mg BOD/L) Hiệu quả xử lý COD đạt 70 – 90%

b Bể EGSB (Expanded Granular Sludge Bed Reactor) (Frankin và cộng sự, 1992 và Zoutberg và cộng sự, 1996)

Hình 1.8 Sơ đồ cấu tạo của bể EGSB và bùn hạt

EGSB là công trình xử lý sinh học kỵ khí tương tự như UASB chỉ khác ở chỗ loại bùn

và mức độ giãn nở của đệm bùn Bùn trong EGSB chủ yếu là bùn hạt hoạt tính methane cao từ 0,5 – 2,0 g COD/gVSS.ngày Tải trọng hữu cơ có thể đạt 10 – 40 kgCOD/m3.ngày và khi sử dụng chất mang là cát thạch anh PVC, PVA – gel để tạo bùn hạt có thể đạt 50 – 60 kgCOD/m3.ngày Đệm bùn hạt được duy trì ở trạng thái giãn nở bằng cách tăng lưu lượng dòng vào bể lớn để tăng cường sự tiếp xúc giữa nước thải và vi sinh vật Vận tốc dòng đi lên lớn từ 5 – 10 m/h được thực hiện bằng cách tuần hoàn dòng ra Tỷ số giữa chiều cao và đường kính bể EGSB thường lớn hơn

15 lần, thực tế là trên 20 lần Chiều cao công trình thực tế có thể trên 20 m EGSB chủ yếu được sử dụng để xử lý chất ô nhiễm dạng hòa tan do vận tốc đi lên bên trong bể lớn nên không thể phân hủy hiệu quả các chất hữu cơ dạng hạt

c Công nghệ IC (Internal Circulation Reactor, Vellinga, 1986)

Bể sinh học kỵ khí với dòng nội tuần hoàn có thể được xem là một biến thể của UASB được vận hành theo chế độ giãn nở để đạt được hiệu quả cao khi áp dụng tải trọng hữu

cơ thể tích cao đến 30 – 40 kgCOD/m3.ngày Tải trọng IC có thể đạt 40 – 60 kgCOD/m3.ngày khi sử dụng chất mang là cát thạch anh PVC, PVA – gel để tạo bùn hạt

Trong thực tế một hạn chế hay nhược điểm của UASB là sự rửa trôi bùn giống trong giai đoạn khởi động Để khắc phục vấn đề rửa trôi bùn trong quá trình vận hành bể

UASB thông (Pereboom và cộng sự, 1994) đã đưa ra một thiết kế cải tiến của UASB

gồm 2 giai đoạn gọi là bể sinh học kỵ khí nội tuần hoàn IC (Internal Circulation reactor) Bể IC gồm 2 ngăn UASB các ngăn này kết nối với nhau bằng cách đặt lên phía trên ngăn kia Bể IC cũng được xem là một phiên bản đặc biệt của EGSB Bể sinh học kỵ khí IC (Internal Circulation reactor) (Vellinga et al 1986) IC được phát triển nhằm giảm sự tiêu thụ năng lượng do bơm tuần hoàn để tạo vận tốc đi lên lớn trong bể EGSB

Hình 1.9 Sơ đồ cấu tạo của bể IC

Khí sinh học được thu ở phần nửa bên dưới của bể nhờ các phểu tách khí và được gom vào ống ống này làm chức năng như ống nâng (riser) vận chuyển nước thải từ phần thấp bên dưới bể lên buồng tách khí (degassing tank) ở đỉnh bể Phần nửa trên của IC đóng vai trò như phần lắng xử lý tinh hơn Vận tốc dòng đi lên trong IC từ 10 – 20 m/h được thực hiện nhờ dòng tuần hoàn bên trong bể tạo ra do khí sinh học nâng nước lên trong buồng tách khí đặt ở phần cao hơn và đi theo ống dẫn xuống (downer) phần phân phối nước ở đáy bể Do vận tốc đi lên lớn nên xáo trộn giữa nước và bùn tốt hơn chống được sự ức chế trong môi trường acid béo (pH thấp) ở đáy bể nên nước vào có thể có pH thấp hơn so với UASB

Cơ bản bể IC với dòng nội tuần hoàn bao gồm hai bể UASB (hai ngăn) “kết hợp” với nhau một bể bố trí phía trên bể còn lại với phần thứ nhất là ngăn bên dưới chịu tải trọng hữu cơ cao hơn Sự tách khí xảy ra ở phần trên cùng trong hai ngăn của bể phản ứng với chiều cao lớn từ 16 đến 20 m sẽ tạo cho dòng khí thu gom trong ngăn thứ nhất (phần phân hủy có đệm bùn giãn nở) kéo hỗn hợp bên trong gồm khí, rắn, lỏng đi lên ngăn tách khí ở phía trên của bể Sau khi tách khí, pha rắn và pha lỏng sẽ tuần hoàn trở

về ngăn thứ nhất có đệm bùn cung cấp sự xáo trộn làm giãn nở lớp đệm bùn và tạo sự tiếp xúc giữa sinh khối và nước thải đầu vào ở phần đáy bể

Bể phản ứng IC gồm bốn phần cơ bản sau:

 Vùng xáo trộn (Mixing zone): phần ở đáy bể tạo ra hỗn hợp trộn đều giữa nước thải vào và sinh khối bùn sinh học và dòng tuần hoàn từ ống dẫn nước từ trên buồng tách khí xuống nhằm mục đính tạo điều kiện tốt nhất và pha loãng nước thải đầu vào

 Vùng đệm bùn giãn nở (Expanded bed zone): đặt ngay trên phần đáy bể (vùng xáo trộn) tạo thành vùng phân hủy giai đoạn 1 của bể IC Vùng này chứa bùn hạt với nồng độ cao được duy trì giãn nở với vận tốc nước đi lên cao tạo ra don dòng nước thải vào dòng nội tuần hoàn và sản phẩm khí sinh học sinh ra trong bể Sự tiếp xúc tốt giữa sinh khối trong bùn hạt và nước thải đầu vào sẽ tạo ra hoạt tính bùn cao tốc độ chuyển hóa chất hữu cơ cao do đó có thể vận hành với tải trọng cao Mật độ sinh khối trong vùn này cao nên bể IC được áp dụng để xử lý các loại nước thải có nồng độ ô nhiễm hữu cơ cao

 Vùng xử lý tinh hay xử lý bổ sung (Polishing zone): đây là vùng phía trên các máng/phễu tách/thu khí của vùng đệm bùn giãn nở Trong vùng này sự xử lý bổ sung và lưu giữ sinh khối xảy ra ở ba khía cạnh: a) tải trọng hữu cơ áp dụng thấp; b) thời gian lưu nước dài hơn; và chế độ dòng chảy gần như là chảy tầng điều này làm cho hiệu quả xử lý cao hơn

 Hệ thống tuần hoàn (Recirculation system): bao gồm thiết bị tạo ra dòng nội tuần hoàn dựa trên nguyên lý khí nâng (gas-lift) Điều kiện này tạo ra do sự chênh lệch cột áp trong ngăn tách khí giữa dòng đi lên (khí rắn lỏng) và dòng đi xuống (dòng chất rắn và chất lỏng sau khi tách khí) mà không cần bơm Trong một số nghiên cứu lưu lượng dòng tuần hoàn xấp xỉ 25 lần lưu lượng dòng khí

1.3 HẠT POLYVINYL ALCOHOL (PVA – GEL)

Vật liệu hạt PVA – gel đã được nghiên cứu nhằm đáp ứng khả năng khử các loại nước thải có nồng độ chất hữu cơ cao và đạt hiệu quả xử lý cao Hạt có cấu tạo từ polyvinyl alcohol PVA - gel có lỗ rỗng có cấu trúc mắt lưới như là bẫy để chứa những VSV Mỗi hạt tròn có đường kính khoảng 4mm có thể giữ lên đến 1 tỷ vi sinh vật tùy thuộc vào điều kiện PVA - gel được dùng làm thay thế cho phương pháp bùn hoạt tính trong xử

lý nước thải Hạt PVA – gel trong môi trường nước đòi hỏi năng lượng tối thiểu cho việc xáo trộn chúng PVA – gel có cấu trúc mạng với những lỗ rỗng xuyên suốt, có trọng lượng 1,03 g/cm3 và đường kính từ 2 – 3 mm Hạt PVA gel được cung cấp bởi công ty Kuraray (Tokyo Nhật Bản)

Theo nhà sản xuất hạt này được ứng dụng để xử lý nhiều loại nước thải như: xử lý nước thải sinh hoạt, nước thải đô thị, nước thải công nghiệp

Hạt PVA – gel Trước khi sử dụng Hạ PVA – gel sau khi sử dụng 1 tháng

Các lỗ rỗng của hạt PVA – gel

Hình 1.10 Hạt Polyvinyl alcohol (PVA – gel)

1.4 CÁC NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC

1.4.1 Các nghiên cứu trong nước

Các công trình nghiên cứu ở Việt Nam đã áp dụng quá trình kỵ khí đơn giản hay công nghệ UASB hay các công nghệ kết hợp với kỵ khí để xử lý các loại nước thải khác nhau Trong đó nghiên cứu xử lý nước thải sản xuất bún thủ công ở từng hộ gia đình với công suất từ 50 ÷ 200 kg bún/ngày bằng quá trình ky ̣ khí sử dụng giá thể PVC cho

hiệu quả cao (Nguyễn Đăng Hải, Lê Thi ̣ Diễm Kiều, 2015) Độ rỗng của vật liệu đã tạo

ra diện tích tiếp xúc giữa vi khuẩn kỵ khí và nước thải lớn và đây là loại dễ kiếm, chi phí rẻ Quá trình nghiên cứu đã cho thấy mô hình thí nghiệm chỉ xử lý hiệu quả nước thải sản xuất bún ở mức tải trọng 4 kg COD/m3.ngày với nồng độ COD đầu vào khoảng 600 ÷ 800 mg/L Tuy rằng tải trọng xử lý không cao nhưng các tác giả đã đạt được mục tiêu nghiên cứu có thể dùng vật liệu PVC để làm giá thể Vật liệu này dễ dàng tìm mua chi phí thấp

Đối với nước thải sản xuất bia (Lê Đức Mạnh, Lưu Thị Lệ Thủy, 2010) đã sử dụng quá

trình kỵ khí hệ UASB cải tiến để nước thải sản xuất bia và dùng phương pháp toán học được áp dụng để tối ưu hóa một số thông số của quá trình kỵ khí Kết quả cho thấy nồng độ bùn kỵ khí hoạt tính là 14,2%, thời gian lưu thủy lực 14,5 giờ và tỉ lệ chất mang 58,3%

Thời gian gần đây 1 số nghiên cứu đã bắt đầu ứng dụng hạt PVA – gel để nghiên cứu

nước thải thủy sản (Lê Thị Cẩm Chi, 2011) Tác giả đã sử dụng bể FBBR kỵ khí được

khởi động ở tải trọng hữu cơ là 1 kgCOD/m3.ngày ứng với HRT 12,9 giờ; rồi tăng lên

3, 5, 7 kgCOD/m3.ngày ứng với HRT 10,2 giờ; 12 kgCOD/m3.ngày ứng với HRT 6,1 giờ; 15-20 kgCOD/m3.ngày ứng với HRT 4,9 giờ, đạt hiệu suất loại bỏ COD trung bình của 10 ngày cuối của mỗi tải trọng khoảng 88 ÷ 91% Hơn 129 ngày vận hành ở tải trọng hữu cơ 20kgCOD/m3.ngày thì hiệu suất loại bỏ COD là 91,8 ± 2,1% Giá trị

pH độ kiềm đầu ra tăng so với đầu vào Lưu lượng bơm tuần hoàn dao động trong khoảng 210 ÷ 960 L/giờ tuỳ theo từng tải trọng khác nhau Hạt PVA – gel có cấu trúc

có lỗ rỗng vận tốc lắng trung bình 200 m/giờ là chất mang có hiệu quả trong bể phân huỷ kỵ khí FBBR xử lý COD của nước thải chế biến thuỷ sản Ở cuối tải trọng 20 kgCOD/m3.ngày hàm lượng sinh khối dính bám trên hạt PVA – gel là 1,57 mgVS/hạt PVA – gel 1,79 mgTS/hạt PVA – gel và tỉ lệ VS/TS của sinh khối dính bám là 0,87 chứng tỏ hạt PVA – gel là một giá thể thích hợp cho các vi sinh kỵ khí phát triển và tồn tại độc lập lớn; tỉ lệ F/M là 2,06 gCOD/gTS.ngày và tốc độ sử dụng chất nền U là 1,86

Nguyễn Thị Trang (2014), đã ứng dụng công nghệ IC để xử lý nước thải bia với các

thông số thiết kế bể như bảng sau và với tỷ lệ chiều cao/đường kính là 14:1, nước thải

có nồng độ COD dao động từ 2.500 – 3.000 mg/l và hàm lượng bùn là 22g/L, với thời gian lưu HTR khác nhau của hệ công nghệ IC lần lượt là 30h, 25h, 20h, 15h, 10h, 6h, tốc độ nước dâng là 0,9 m/h, hiệu suất khử COD cao nhất của hệ IC là 80%

Việc kết hợp công nghệ IC và giá thể PVA – gel để xử lý nước thải thủy sản (Nguyễn Thành Long, 2016) có nồng độ 4.000 ± 300 mg/L với các tải trọng 5 (thích nghi), 10,

15 kgCOD/m3.ngày; hiệu suất xử lý COD cao nhất của hệ là 86,53% ở tải trọng 10 kgCOD/m3.ngày Đồng thời lượng giảm TN đạt mức cao nhất là 29,72 mg/L ở tải trọng 10 kgCOD/m3.ngày và lượng giảm TP cao nhất là 5,40 mg/L ở tải trọng 15 kgCOD/m3.ngày

1.4.2 Các nghiên cứu ngoài nước

Nhiều công trình nghiên cứu đã dùng công nghệ IC để xử lý 1 số loại nước thải có nồng độ ô nhiễm hữu cơ cao Công nghệ IC đã được ứng dụng xử lý nước thải bột giấy với nồng độ COD = 3.500 mg/L hiệu quả loại bỏ đạt 68% ở tải trọng 18 kgCOD/m3.ngày đêm; Đối với bột giấy nguyên liệu bông nước thải có nồng độ COD = 6.600 mg/L hiệu quả loại bỏ đạt 60% ở tải trọng 16 kgCOD/m3.ngày đêm tốt hơn so

với quá trình kỵ khí hiện hữu thông thường với tỷ lệ loại bỏ 40% – 50% (Pengyi Cui

và cộng sự, 2011) Đây là công trình chưa sử dụng giá thể cho vi sinh vật bám dính tuy

nhiên nghiên cứu đã chỉ ra được hiệu quả khử COD khá cao

Một nghiên cứu (Zhang Jie và cộng sự, 2007) công nghệ IC có giá thể xử lý nước thải

chăn nuôi heo để đánh giá quá trình hoạt động và xác định hiệu quả xử lý chất hữu cơ

và kích thướt hạt giá thể Kết quả cho thấy IC có thể khử COD ở tải trọng 20,6kgCOD/m3.ngày đêm và hiệu quả khử COD của bùn hạt đạt trên 93,4%

Cũng với nước thải chăn nuôi heo công nghệ IC có thể kết hợp với bể SBR để xử lý

COD cho kết quả khử COD của IC khá cao 75,4% (Liang-Wei Deng và cộng sự, 2006).

Hạt PVA – gel được nghiên cứu như là chất mang trong bể UASB qui mô phòng thí nghiệm xử lý nước thải nhân tạo được tạo từ nước ngâm ngũ cốc (corn steep liqour) với mục đích đánh giá tính hữu dụng của nó như một hạt nhân để nâng cao sự hình

thành bùn hạt (Wenjie và cộng sự, 2008).Hơn 117 ngày vận hành tải trọng hữu cơ tăng đến 22,5 kgCOD/m3.ngày COD đầu vào khoảng 10,8 g/L HRT = 12 giờ với hiệu suất loại bỏ cao hơn 87% Trước khi kết thúc giai đoạn nghiên cứu hạt PVA – gel trở nên đen và hình thành hạt như sự hình thành một vài hạt tự nhiên không có giá thể hạt PVA – gel Không có vi khuẩn hình sợi (filamentous bacteria) được tìm thấy trên bề mặt hay bên trong hạt PVA – gel Hạt PVA – gel có vận tốc lắng trung bình 200 m/h (5 cm/s) và sinh khối dính bám là 0,93 gVSS/g PVA – gel Thời gian để hình thành

bùn hạt dùng PVA – gel làm nhân là ngắn hơn hình thành bùn hạt tự nhiên Ở giai đoạn khởi động lấy 25 L bùn từ bể phân huỷ bùn kỵ khí đô thị đặt ở thành phố Kumamoto Nhật và 1 L hạt PVA – gel cho vào bể phản ứng và được trộn hoàn toàn thành hỗn hợp có nồng độ bùn 10,3 gMLSS/L (7,44 gMLVSS/L) Hạt PVA – gel được cung cấp bởi công ty Kuraray (Tokyo Nhật Bản) có trọng lượng 1,03 g/cm3 và đường kính từ 2 – 3 mm

Pereboom and Vereijken (1994), Vellinga cộng sự (1986), đã thiết kế bể IC với tỷ số

giữa chiều cao và đường kính từ 10 – 20 lần Chiều cao công trình thực tế có thể trên

20 m, thực tế chiều cao/đường kính có thể ≥ 15:1, hiệu suất khử COD > 70%, vận tốc

chất lỏng đi lên là từ 10 – 20m/h Với tỷ lệ trên, Habets và cộng sự (1997) đã thiết kế

công trình IC với thể tích bể là 1.100 m3 và chiều cao là 22m, hiệu suất khử COD từ

70 – 80%

CHƯƠNG 2 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 TỔNG QUAN PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Nghiên cứu được thực hiện theo quy mô thí nghiệm tại phòng thực hành cấp thoát nước với mục tiêu là đánh giá được khả năng xử lý và hiệu quả khử COD của nước thải thủy sản ở các tải trọng hưu cơ cao bằng công nghệ IC sinh học kỵ khí nội tuần hoàn với các tải trọng hữu cơ 20 và 25 COD/m3.ngày

Hình 2.1 Sơ đồ thực hiện nghiên cứu

Lấy mẫu nước thải về vận hành mô hình

Phân tích các thông số đầu vào:

pH, COD, SS, TN, TP

TN 1:

OLR = 20

kgCOD/m3.ngày Thời gian vận hành:

30 ngày

TN 2 OLR = 25

kgCOD/m3.ngày Thời gian vận hành:

Bảng 2.1 Các thông số tính toán vận hành mô hình nghiên cứu

Vv vào (L)

Nồng độ COD C (mg/L)

Lưu lượng nước thải dòng vào

𝐭 = 𝐕𝐯

𝐐𝐯×𝟐𝟒

(giờ)

Tốc độ dòng lên

Hình 2.2 Mô hình thí nghiệm công nghệ IC

2.2.2 Vật liệu nghiên cứu

Nước thải:

Nước thải lấy từ một công ty chế biến thủy hải sản ở quận 8, TP.HCM Nước thải thủy sản công ty này thường có các thành phần cặn như: đầu, vây, ruột, vảy, dầu mỡ…thành phần hòa tan bao gồm: COD, BOD, TN, TP, vi khuẩn, muối (< 10.000mg/L)…, ít có khả năng lên men axit Mẫu nước thải sau khi lọc mỡ, vụn, vây

có kết quả phân tích như sau: pH, COD, SS, TN và TP lần lượt là 6,91, 4.212 mg/L,

2.2.3 Phương pháp vận hành

2.2.3.1 Các bước vận hành

Nước thải sử dụng cho mô hình thí nghiệm được xử lý sơ bộ lược bỏ các cặn lớn và cân chỉnh pH về mức xấp xỉ 7,0 Để vi sinh vật có khả năng thích nghi và tránh hiện tượng sốc tải ở tải trọng hữu cơ 20 và 25 kgCOD/m3.ngày, cần phải tăng tải trọng từ từ bằng cách tăng lưu lượng Q lần lượt là 110 L/ngày và 140 L/ngày tương ứng với tải trọng lần lượt là 17,5 kgCOD/m3.ngày và 22,5 kgCOD/m3.ngày Ngay khi tăng tải trọng, phân tích các giá trị COD, TN, TP nước thải dòng vào rồi cho mô hình chạy liên tục trong vòng 4 ngày với tải trọng 17,5 kgCOD/m3.ngày và 22,5 kgCOD/m3.ngày có bơm tuần hoàn để hỗ trợ sự xáo trộn đều giữa nước thải và các hạt PVA – gel Đến ngày thứ 5, phân tích mẫu nước thải dòng ra, nếu thấy các giá trị COD, TN, TP giảm

và số đếm khí biogas sinh ra mỗi ngày tăng so với trước đó, chứng tỏ vi sinh vật đã dần thích nghi Sau đó, tiến hành tăng tải trọng lên hữu cơ 20 và 25 kgCOD/m3.ngày với lưu lượng Q lần lượt là 125 và 156 L/ngày và chạy mô hình liên tục trong 3 ngày tiếp theo, đồng thời phân tích các giá trị COD, TN, TP dòng vào Đến ngày thứ 7, lấy mẫu nước thải dòng ra phân tích các giá trị COD, TN, TP, nếu thấy các giá trị đó giảm đáng kể so với dòng vào và số đếm khí biogas mỗi ngày tăng lên Điều này chứng tỏ,

vi sinh vật đã thích nghi Tiến hành tắt bơm tuần hoàn và điều chỉnh van xả khí ở buồng tách lỏng/khí và van dòng ra của bể sao cho hệ thống bể tuần hoàn nước từ buống tách lỏng/khí xuống đáy phân phối nước Cho hệ thống vận hành mô hình với lưu lượng Q lần lượt là 125 và 156 L/ngày tương ứng với tải trọng hữu cơ 20 và 25 kgCOD/m3.ngày và tiến hành phân tích cho đến khi hết 30 ngày vận hành mô hình của mỗi tải trọng hữu cơ