Ngành chế biến thủy sản ngày càng phát triển ở nước ta. Vì vậy, nó sinh ra một lượng lớn nước thải, quá trình bùn hoạt tính được sử dụng phổ biến ở các trạm xử lý nước thải này.
An Giang University Journal of Science – 2018, Vol 20 (2), 90 – 96 XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ ĐỘNG HỌC CỦA VI SINH VẬT TRONG MƠ HÌNH BỂ BÙN HOẠT TÍNH DỊNG CHẢY LIÊN TỤC XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHẾ BIẾN THỦY SẢN Lê Thị Cẩm Chi1, Trương Khanh Nhật Thảo1, Thái Vân Anh2 Trường Đại học An Giang Trường Đại học Công nghiệp Thực phẩm Thành phố Hồ Chí Minh Thơng tin chung: Ngày nhận bài: 21/04/2018 Ngày nhận kết bình duyệt: 04/06/2018 Ngày chấp nhận đăng: 06/2018 Title: Detemination of kinetic coefficients through lab-scale continuous-flow activated sludge reactor for aqua product wastewater treatment Keywords: Continuous-flow activated sludge reactor, kinetic coefficients Từ khóa: Bể bùn hoạt tính dòng chảy liên tục, thơng số động học ABSTRACT The aqua product industry is becoming increasingly developed in our country As a result, a large amount of wastewater is created as well as activated sludge process is widely used for treating this wastewater Thus, it is essential to conduct a research on “Detemination of kinetic coefficients through lab-scale continuous-flow activated sludge reactor for aqua product wastewater treatment”, such as maximum specific substrate utilization rate (k), half-velocity constant (Ks), synthesis yield coefficient (Y), and endogenous decay coefficient (kd) The lab-scale continuous-flow activated sludge reactor for aqua product wastewater treatment was started with hydraulic detention times: 5.4; 6.0; 6.7; 8.2 hours and sludge is returned 100% After running the lab-scale reactor: maximum specific substrate utilization rate (k): 1.429 d-1, half-velocity constant Ks: 119 mgBOD/L, synthesis yield coefficient Y: 0.5382 mgVSS/mgBOD, endogenous decay coefficient kd: 0.0973 d-1 TÓM TẮT Ngành chế biến thủy sản ngày phát triển nước ta Vì vậy, sinh lượng lớn nước thải, q trình bùn hoạt tính sử dụng phổ biến trạm xử lý nước thải Do vậy, cần xác định thông số động học mô hình bể bùn hoạt tính dòng chảy liên tục xử lý nước thải chế biến thủy sản hệ số sử dụng chất tối đa (k), số bán vận tốc (Ks), hệ số suất tối đa (Y), hệ số phân hủy nội bào (kd) Chạy thí nghiệm mơ hình bể bùn hoạt tính với thời gian lưu nước: 5,4; 6,0; 6,7; 8,2 bùn tuần hồn lại 100% Sau q trình chạy thí nghiệm, ta xác định được: k = 1,429 ngày-1, Ks = 119 mgBOD/L, Y = 0,5382 mgVSS/mgBOD, kd = 0,0973 ngày-1 gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng (Nguyễn Trọng Lực, 2008) Ngành chế biến thủy sản phát triển mạnh nước ta mà đặc biệt An Giang nên phát sinh lượng lớn nước thải chế biến thủy sản cần xử lý Thành phần nước thải GIỚI THIỆU Ngành chế biến thuỷ sản ngành tiêu thụ nhiều nước công nghiệp dao động từ 40 đến 114 m3/tấn thành phẩm, lượng nước thải trung bình 70 đến 120 m3 nước thải/tấn sản phẩm 90 An Giang University Journal of Science – 2018, Vol 20 (2), 90 – 96 θ: thời gian lưu nước ngăn thổi khí (ngày) phát sinh từ ngành công nghiệp chế biến thủy sản chủ yếu chất rắn lơ lửng, chất hữu cơ, chất dinh dưỡng dầu mỡ nên hệ thống xử lý loại nước thải thường có cơng trình xử lý phương pháp sinh học mà thường bể bùn hoạt tính Quy trình xử lý nước thải bùn hoạt tính thực Anh từ năm 1914, trì phát triển đến nay, với phạm vi ứng dụng rộng rãi xử lý nước thải sinh hoạt nước thải cơng nghiệp Q trình bùn hoạt tính hay bể hiếu khí (aerotank) trình xử lý sinh học hiếu khí, nồng độ cao vi sinh vật tạo thành trộn với nước thải (Nguyễn Văn Phước, 2007) Hiệu suất trình sinh học sử dụng cho xử lý nước thải phụ thuộc động học sử dụng chất phát triển vi khuẩn (Tchobanoglous, Burton, Stensel, 2003) Theo Đỗ Thị Viên (2005), kết thí nghiệm xác định thơng số động học vi sinh vật bể bùn hoạt tính chạy theo dạng mẻ xử lý nước thải chế biến thực phẩm tốc độ sử dụng chất tối đa k = 2,088 ngày-1, số bán tốc độ Ks = 33,226 mg/L, hệ số phân hủy nội bào kd = -0,0784 ngày-1, hệ số suất tối đa Y = 0,622 mg/mg Để tính tốn thiết kế vận hành tốt bể bùn hoạt tính cần phải có thông số động học phù hợp với loại nước thải mà bể bùn hoạt tính xử lý Chính vậy, đề tài “Xác định số thông số động học vi sinh vật mơ hình bể bùn hoạt tính dòng chảy liên tục xử lý nước thải chế biến thủy sản” cần thiết tiến hành nghiên cứu Theo Lâm Minh Triết, Nguyễn Thanh Hùng, Nguyễn Phước Dân (2006) có phương trình động học sau: Ks: số bán vận tốc (mg/L) k: hệ số sử dụng chất tối đa (ngày-1) Ta có c Y rsu kd X Trong đó: θc: thời gian lưu bùn (ngày) Y: hệ số suất tối đa (mg/mg) rsu: tốc độ sử dụng chất (mg/L/ngày) kd: hệ số phân hủy nội bào (ngày-1) Do rsu S0 S Nên c c YU kd Vr X Qw X r Qe X e Trong đó: Vr: thể tích ngăn thổi khí (L) X: MLVSS ngăn thổi khí (mg/L) Qw: lưu lượng bùn thải bỏ (L/ngày) Qe: lưu lượng đầu sau bể lắng (L/ngày) Xe: MLVSS nước đầu (mg/L) VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU K 1 X s U S0 S k S k 2.1 Mơ hình nghiên cứu Trong đó: U: tốc độ sử dụng chất riêng (ngày) Hệ thống bùn hoạt tính dùng chạy thí nghiệm bể (được làm meca dày mm) gồm ngăn: X: MLVSS ngăn thổi khí (mg/L) - S0: BOD đầu vào (mg/L) - S: BOD đầu (mg/L) 91 Ngăn thổi khí (bể aeroten) (có thể tích 4,9 lít) vùng số Hình 1a Ngăn lắng (có thể tích 3,4 lít) vùng số Hình 1a An Giang University Journal of Science – 2018, Vol 20 (2), 90 – 96 máy thổi khí Nước thải đầu Bơm định lượng Nước thải đầu vào a) b) Hình Mơ hình nghiên cứu a) Sơ đồ mơ hình bể bùn hoạt tính; b) Mơ hình bể bùn hoạt tính Khu thí nghiệm Nước thải dùng chạy thí nghiệm lấy Công ty TNHH TMDV Giang Long Long Xun, An Giang Nước thải lấy phòng thí nghiệm lọc qua vải để loại bỏ bớt cặn lơ lửng nhằm thỏa điều kiện nước thải trước vào bể bùn hoạt tính có SS < 150 mg/L Sau đó, pha nước thải với nước máy theo tỉ lệ 1:1 Bùn hoạt tính lấy từ bể aeroten hệ thống xử lý nước thải Công ty Cổ phần Xuất nhập Thủy sản An Mỹ Phú Hòa, Thoại Sơn, An Giang Các máy móc, thiết bị sử dụng q trình vận hành mơ hình hệ thống bùn hoạt tính: - - Bơm định lượng (Blue – White Industries, tốc độ tối đa 0,8 galon/giờ, điện 220 ~ 50Hz ~ 45W) Máy thổi khí (RAMBO Hi-tec & stil/powerful air pump, 220 đến 240 V/50 Hz, 5,6 W) 2.2 Nguyên liệu thí nghiệm phương pháp phân tích tiêu Bảng Phương pháp phân tích tiêu Thơng số STT Phương pháp BOD SMEWW 5210B:2012 SS, MLSS, MLVSS TCVN 6625:2000 DO Máy đo cầm tay pH Máy đo để bàn 92 An Giang University Journal of Science – 2018, Vol 20 (2), 90 – 96 SVI Chỉ số thể tích lắng bùn: Vlang MLSS Trong đó: Vlang: thể tích lắng bùn sau để hỗn hợp bùn hoạt tính từ bể aeroten cho vào ống đong lít để lắng 30 phút 2.3 Tiến trình nghiên cứu Tiến trình nghiên cứu thể qua sơ đồ quy trình nghiên cứu Hình Xây dựng mơ hình nghiên cứu Chạy thích nghi tuần Vận hành mơ hình với thời gian lưu nước 8,2; 6,7; 6,0; 5,4 Phân tích BOD, SS đầu vào đầu ra; MLSS, MLVSS ngăn thổi khí đầu thời gian lưu nước Thống kê số liệu Vẽ đường hồi quy tuyến tính xác định số thông số động học vi sinh vật k, Ks, Y, kd Hình Sơ đồ quy trình nghiên cứu Mỗi thời gian lưu nước lấy mẫu lần Các số liệu thu thập thống kê phần mềm Excel Sau tuần chạy thích nghi, thấy SVI < 150 mL/g xem q trình chạy thích nghi kết thúc bùn hoạt tính có SVI < 150 mL/g có khả lắng tốt (Sperling, Chernicharo, Andreoli, Fernandes, 2005) Bùn chạy thích nghi kết thúc cho bùn vào mơ hình thí nghiệm chạy theo chế độ dòng chảy liên tục với thời gian lưu nước 8,2 Trong trình vận hành ta kiểm sốt pH, DO ngăn thổi khí ngày SS đầu vào lọc nước thải vải Bảng KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Chế độ vận hành Bùn hoạt tính lấy từ Cơng ty Cổ phần Xuất nhập Thủy sản An Mỹ Phú Hòa, Thoại Sơn, An Giang Khu Thí nghiệm Trung tâm tiến hành ni dạng mẻ để chạy thích nghi với nước thải chế biến thủy sản lấy từ Công ty TNHH TMDV Giang Long 93 An Giang University Journal of Science – 2018, Vol 20 (2), 90 – 96 Bảng Các thơng số kiểm sốt q trình vận hành mơ hình nghiên cứu Giá trị STT Thơng số Đơn vị pH DO mg/L >2 SS đầu vào mg/L < 150 6,5 ÷ 7,5 Sau ngày chạy với thời gian lưu nước 8,2 tiến hành lấy mẫu xác định BOD, MLVSS, MLSS Sau tháng chạy mơ hình hệ thống bùn hoạt tính xử lý nước thải chế biến thủy sản với thời gian lưu nước khác ta có kết thí nghiệm Bảng Trong suốt q trình vận hành bể bùn hoạt tính khơng có thải bỏ bùn ngăn lắng tuần hoàn bùn từ ngăn lắng ngăn aeroten (bùn tuần hoàn lại 100%) Làm tương tự với thời gian lưu nước: 6,7; 6,0; 5,4 Ở thời gian lưu nước sau mức 5,4 mà thay đổi BOD nước thải đầu vào MLVSS bể aeroten 3.2 Kết thí nghiệm Bảng Kết vận hành mơ hình hệ thống bùn hoạt tính xử lý nước thải thủy sản STT Q (L/ngày) BOD vào (S0) (mg/L) BOD (S) (mg/L) X (mg/L) Xe (mg/L) SS vào (mg/L) SS (mg/L) θ (giờ) 14,4 221 36 1650 38 124 42 8,2 17,6 234 20 3750 20 68 22 6,7 19,7 156 35 1580 30 128 32 6,0 21,6 201 38 1900 40 152 41 5,4 21,6 252 60 1820 68 142 72 5,4 Qua kết Bảng cho ta thấy, nước thải đầu vào thường có SS < 150 mg/L nên thỏa yêu cầu nước thải đầu vào bể bùn hoạt tính khơng ảnh hưởng đến q trình vận hành hệ thống bùn hoạt tính, hiệu suất xử lý BOD mơ hình thí nghiệm đạt thấp từ 76,2% ứng với thời gian lưu nước 5,4 đến cao 91,5% thời gian lưu nước 6,7 Ở thời gian lưu nước 8,2 hiệu suất xử lý BOD 83,7% thấp hiệu suất xử lý thời gian lưu nước 6,7 Điều thời gian lưu nước cao nên không đủ thức ăn cho vi sinh vật sử dụng cho nhu cầu sinh trưởng phát triển tế bào Từ kết Bảng tính tuổi bùn (θc), tốc độ sử dụng chất (U), 1/U, 1/θc, 1/S Bảng Bảng Số liệu tính tốn cho thí nghiệm xác định thơng số động học STT θc (ngày) 1/θc (ngày-1) U (ngày-1) 1/U (ngày) 1/S (mg/L)-1 14,775 0,068 0,329 3,035 0,028 52,202 0,019 0,205 4,879 0,050 13,100 0,076 0,308 3,248 0,029 10,775 0,093 0,378 2,644 0,026 6,072 0,165 0,465 2,150 0,017 94 An Giang University Journal of Science – 2018, Vol 20 (2), 90 – 96 Từ số liệu Bảng 4, ta vẽ biểu đồ Biểu đồ biểu diễn biến thiên 1/U theo 1/S vẽ đường hồi quy tuyến tính có dạng y = ax + b để xác định hệ số sử dụng chất tối đa (k) số bán vận tốc (Ks) theo phương trình K 1 X S U S0 S k S k 0,006 y = 83,425x + 0,6996 R² = 0,9779 Y=1/U (ngày) 0,005 0,004 0,003 0,002 0,002 0,005 0,003 0,003 0,003 0,001 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 X = 1/S (1/mg/L) Biểu đồ Đồ thị biểu diễn biến thiên 1/U theo 1/S Từ đồ thị Hình ta có: Từ số liệu Bảng ta vẽ biểu đồ Biểu đồ biểu diễn biến thiên 1/θc theo U vẽ đường hồi quy tuyến tính có dạng y = ax + b để xác định hệ số phân hủy nội bào (kd) hệ số suất tối đa (Y) theo mối quan hệ 0, 6996 k k = 1,429 ngày-1 Suy Hệ số góc đường thẳng: a KS 83, 425 k c Ks = 119 mg/L YU kd 0,000 0,000 Y = 1/θc (ngày-1) 0,000 y = 0,5382x - 0,0973 R² = 0,9487 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 -1 X = U (ngày ) Biểu đồ Đồ thị biểu diễn biến thiên 1/θc theo U 95 0,001 An Giang University Journal of Science – 2018, Vol 20 (2), 90 – 96 Từ Biểu đồ ta có: kd = 0,0973 ngày-1 TÀI LIỆU THAM KHẢO Hệ số góc: a= Y = 0,5382 mg/mg Đỗ Thị Viên (2005) Xác định số thông số động học vi sinh vật bể bùn hoạt tính Luận văn Đại học ngành Kỹ thuật Môi trường, Trường Đại học Cần Thơ Giá trị hệ số phân hủy nội bào (kd) hệ số suất tối đa (Y) nằm khoảng giá trị đặc trưng Bảng trình bùn hoạt tính xử lý nước thải sinh hoạt Lâm Minh Triết, Nguyễn Thanh Hùng, Nguyễn Phước Dân (2006) Xử lý nước thải đô thị & công nghiệp – Tính tốn thiết kế cơng trình Hồ Chí Minh: Nhà xuất Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Sau tháng chạy mơ hình hệ thống bùn hoạt tính xử lý nước thải chế biến thủy sản thời gian lưu nước: 5,4 giờ; 6,0 giờ; 6,7 giờ; 8,2 với điều kiện nhiệt độ 27 oC – 29 oC, pH nước thải đầu vào khoảng 6,5 – 7,5 đề tài xác định thông số động học vi sinh vật hệ thống chế độ dòng chảy liên tục sau: Nguyễn Trọng Lực (2008) Nghiên cứu q trình nitrat hố bùn hạt hiếu khí Luận văn Thạc sĩ ngành Cơng nghệ Mơi trường Hồ Chí Minh: Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh, Trường Đại học Bách Khoa Nguyễn Văn Phước (2007) Giáo trình xử lý nước thải sinh hoạt công nghiệp phương pháp sinh học Hà Nội: Nhà xuất Xây dựng Sperling, M.V., Chernicharo, C.A.D.L., Andreoli, C.V., Fernandes, F (2005) Biological wastewater treatment in warm climate regions London: IWA Hệ số sử dụng chất tối đa k: 1,429 ngày-1 Hằng số bán vận tốc Ks: 119 mgBOD/L Hệ số mgVSS/mgBOD suất tối đa Y: 0,5382 Hệ số phân hủy nội bào kd: 0,0973 ngày-1 Trong nghiên cứu nên xác định hàm lượng nitơ, photpho để điều chỉnh tỉ lệ BOD:N:P thích hợp cho vi sinh phát triển tốt Tchobanoglous, G., Burton, F.L., Stensel, H.D (2003) Wastewater engineering treatment and reuse McGraw-Hill 96 ... hoạt tính xử lý Chính vậy, đề tài Xác định số thông số động học vi sinh vật mơ hình bể bùn hoạt tính dòng chảy liên tục xử lý nước thải chế biến thủy sản cần thiết tiến hành nghiên cứu Theo Lâm... trình xử lý phương pháp sinh học mà thường bể bùn hoạt tính Quy trình xử lý nước thải bùn hoạt tính thực Anh từ năm 1914, trì phát triển đến nay, với phạm vi ứng dụng rộng rãi xử lý nước thải sinh. .. hệ số suất tối đa Y = 0,622 mg/mg Để tính tốn thiết kế vận hành tốt bể bùn hoạt tính cần phải có thơng số động học phù hợp với loại nước thải mà bể bùn hoạt tính xử lý Chính vậy, đề tài Xác định