Bài viết trình bày việc đánh giá hiệu quả xử lý nước thải của mô hình MBBR sử dụng giá thể Biochip M nhằm tìm ra một công nghệ đáp ứng tốt yêu cầu xử lý nước thải chế biến thủy sản nói riêng cũng như các loại nước thải khác có đặc tính tương tự nói chung là việc làm cần thiết.
Kết nghiên cứu KHCN ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ XỬ LÝ NƯỚC THẢI THUỶ SẢN CỦA MÔ HÌNH GIÁ THỂ DI ĐỘNG (MBBR) SỬ DỤNG GIÁ THỂ BIOCHIP M Trần Đức Thảo1, Nguyễn Thị Cẩm Mỹ1, Võ Đặng Thuỳ Trang1, Trần Thị Thu Hiền2 Khoa CNSH & KTMT, ĐH Cơng nghiệp Thực phẩm TP.HCM Khoa Hố, ĐH Quy Nhơn M MỞ ĐẦU BBR (Moving Bed Biofilm Reactor) dạng trình xử lý nước thải bùn hoạt tính lớp màng sinh học (biofilm) Trong trình MBBR, lớp màng sinh học phát triển giá thể lơ lửng lớp chất lỏng bể phản ứng Những giá thể chuyển động chất lỏng nhờ hệ thống sục khí cung cấp oxy cho nước thải thiết bị khuấy trộn [5] Tại Việt Nam, có số tác giả nghiên cứu: Phạm cộng (2012), nghiên cứu ứng dụng công nghệ MBBR xử lý nước thải sinh hoạt sử dụng giá thể K3 với chất liệu PE (polyetylen), kích thước (D x L) 25mm x 10mm, diện tích bề mặt 500 m2/m3 sản xuất Việt Nam [3]; Nguyễn cộng (2012), nghiên cứu hiệu xử lý nước thải ao nuôi thủy sản công nghệ MBBR với giá thể K3; Sau Nguyễn (2012) 72 tiếp tục nghiên cứu ứng dụng công nghệ MBBR để xử lý nước thải sản xuất bia với hai giá thể K3 F10 – 4, giá thể K3 có thông số đươc sản xuất Hàn Quốc, giá thể F10 – với chất liệu PE, kích thước (D x L) 10mm x 10mm, diện tích bề mặt 1200 m2/m3 sản xuất Trung Quốc [1] Các kết nghiên cứu cho thấy hiệu xử lý cao công nghệ loại nước thải có chứa chất dễ phân huỷ sinh học Hiện nay, nước thải thủy sản thường có thành phần ô nhiễm vượt tiêu chuẩn cho phép nhiều lần vấn đề nhiễm mơi trường ngành gây đáng lo ngại Chính việc đánh giá hiệu xử lý nước thải mơ hình MBBR sử dụng giá thể Biochip M nhằm tìm cơng nghệ đáp ứng tốt yêu cầu xử lý nước thải chế biến thủy sản nói riêng loại nước thải khác có đặc tính tương tự nói chung việc làm cần thiết Hình minh họa: Nguồn internet Tạp chí Hoạt động KHCN An toàn - Sức khỏe & Môi trường lao động, Số 4,5&6-2017 Kết nghiên cứu KHCN Bảng Đặc tính nước thải thủy sản nghiên cứu [2] I THỰC NGHIỆM STT Chỉ tiêu Đơn vị Giá trị QCVN 11MT:2015/BTNMT (Coät B) pH x 7,1 x 7,2 5,5 x COD mg/l 347 x 694 150 Tổng Nitơ mg/l 109 x 215 60 Tổng Phốtpho mg/l x 13 20 TSS mg/l 153 x 390 100 Hình Giá thể Biochip M [2] Hình Mơ hình nghiên cứu [2] 1.1 Đối tượng nghiên cứu 1.1.1 Nước thải nghiên cứu: Bảng 1.1.2 Giá thể nghiên cứu (Hình 1) Giá thể Biochip M sử dụng bể MBBR có thơng số đặc trưng sau: Tải trọng xử lý 200 kgCOD/m3/ngày Độ dày: 0,8 – 1,2mm Diện tích bề mặt: 1200m2/m3 Vật liệu PE ngun chất Trọng lượng: 170kg/m3 Hình dạng: trịn, paraboloid Đường kính: 22mm Màu: trắng màu khác Ứng dụng: xử lý nước thải sinh hoạt công nghiệp 1.2 Mơ hình nghiên cứu (Hình 2) Nước thải thủy sản từ thùng chứa đưa vào bể MBBR máy bơm với lưu lượng xác định Tại bể MBBR nước thải tiếp xúc với giá thể di động MBBR xáo trộn khí hệ thống sục khí Khí phân phối bể qua viên đá bọt; lưu lượng thổi khí bể MBBR điều chỉnh cho nồng độ DO (oxy hòa tan) bể dao động khoảng 2,5 – 3,5mg/l nhằm cung cấp đủ oxy độ xáo trộn vừa phải tránh làm bong tróc vi sinh vật bám giá thể MBBR để đạt hiệu xử lý cao Nước thải bể MBBR, sau thời gian lưu cần thiết chảy tràn sang ngăn lắng Tại Taïp chí Hoạt động KHCN An toàn - Sức khỏe & Môi trường lao động, Số 4,5&6-2017 73 Kết nghiên cứu KHCN ngăn lắng, bùn lắng xuống đáy phần nước chảy tràn qua ống thu nước sau xử lý cho nguồn tiếp nhận 1.3 Vị trí lấy mẫu phương pháp phân tích 1.3.1 Vị trí lấy mẫu: Bảng 1.3.2 Phương pháp phân tích mẫu: Bảng Bảng Các vị trí lấy mẫu [2] STT Vị trí lấy mẫu Chỉ tiêu phân tích Lấy mẫu nước thải đầu vào pH, COD, TSS, NH4+, NO3x , NO2x , TKN, TP Lấy mẫu nước thải đầu pH, COD, TSS, NH4+, NO3x , NO2x , TKN, TP Lấy mẫu beå MBBR pH, MLSS Bảng Các phương pháp phân tích mẫu [2] STT Chỉ tiêu Phương pháp Đơn vị Thiết bị pH TCVN 6492:2011 (ISO 10523:2008) Chất lượng nước x Xác định pH x Máy đo ANNA HI 8424 TSS TCVN 6625:2000 (ISO 11923:1997) Chất lượng nước x Xác định chất rắn lơ lửng cách lọc qua lọc sợi thuỷ tinh COD mg/l Giấy lọc, Tủ nung, Cân phân tích TCVN 6491:1999 (ISO 6060:1989) Chất lượng nước x Xác định nhu cầu oxy hoá học (COD) mg/l Máy nung 1500C NO3x TCVN 6180 x 1996 (ISO 7890 x x1988) x Chaát lượng x Xác định nitratx Phương pháp trắc phổ dùng axit sunfosalixylic mg/l NO2x TCVN 4561 x 1988 x Nước thải x Xác định làm lượng nitrit mg/l NH4+ SEEWW 4500 x Phương pháp chuẩn phân tích nước nước thải x Xác định amoni mg/l TCVN 6202:2008 x Chất lượng nước x Xác định phốt x Phương pháp đo phổ dùng amoni molipdat mg/l TP MLSS TKN 74 TCVN 6625:2000 (Phương pháp khối lượng) Standard Method 4500 x N mg/l mg/l Máy quang phổ Model PhotoLad 6100 VIS Chén sứ, Tủ nung, Cân phân tích Bộ chưng cất Kjeldahl Tạp chí Hoạt động KHCN An toàn - Sức khỏe & Môi trường lao động, Số 4,5&6-2017 Kết nghiên cứu KHCN 1.4 Phương pháp tính tốn kết Cơng thức tính tải trọng hữu [4]: Trong đó: (1) Q: lưu lượng nước thải, (m3/ngày) V: thể tích bể xử lý, (m3) COD: nồng độ COD đầu vào, (mg/l) Vận hành mơ hình với tải trọng 1,0 kgCOD/m3.ngày, 1,5kgCOD/m3.ngày, 2,0kgCOD/m3.ngày; lưu lượng Q = 1,5l/h; V = 12,5l; nồng độ COD đầu vào tương ứng 347mg/l, 520mg/l, 694mg/l Hiệu xử lý thơng số tính cơng thức (2) Trong đó: Ci,v: nồng độ thơng số i vào bể MBBR Ci,r: nồng độ thông số i bể MBBR KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 2.1 Xác định lượng giá thể phù hợp thời gian lưu cho mơ hình MBBR vận hành gián đoạn nước thải thủy sản Thí nghiệm việc xác định lượng giá thể phù hợp cho mơ hình MBBR thể theo Hình Từ Hình 3, ta thấy nồng độ COD giảm dần theo thời gian bình đặc biệt khoảng thời gian 6h – 10h So với bình đối chứng (bình khơng có lượng giá thể cho vào) bình khác có nồng độ COD giảm nhiều đến 10h tất bình nhỏ QCVN 11–MT:2015/BTNMT, cột B Trong khoảng thời gian 8h – 10h bình có tỉ lệ phần trăm giá thể 20%, 30%, 50% có nồng độ COD giảm gần tương tự nhau, đặc biệt bình có tỉ lệ phần trăm giá thể 50% từ 8h – 10h nồng độ COD khơng giảm Cịn bình có tỉ lệ phần trăm giá thể 40% có nồng độ COD giảm cao khoảng thời gian đến 10h COD cịn lại 80mg/l Như ta chọn tỷ lệ giá thể phù hợp cho thí nghiệm 40% Kết phù hợp với số nghiên cứu lượng giá thể cho vào bể xử lý phải nhỏ 70%, đặc trưng 67% giá trị nhỏ 67% thường sử dụng tuỳ vào loại nước thải nhu cầu xử lý [3] Thí nghiệm việc xác định thời gian lưu phù hợp cho mơ hình MBBR thể theo Hình Hình Diễn biến nồng độ COD trình xác định lượng giá thể phù hợp [2] Từ Hình 4, ta thấy hiệu suất xử lý COD bình tăng dần theo thời gian Trong khoảng thời gian 8h 10h hiệu xử lý COD đạt cao với Taïp chí Hoạt động KHCN An toàn - Sức khỏe & Môi trường lao động, Số 4,5&6-2017 75 Kết nghiên cứu KHCN Như ta chọn thời gian lưu 8h với tỷ lệ giá thể 40% giá thể/1 lít thể tích để vận hành mơ hình MBBR nước thải thủy sản nghiên cứu 2.2 Đánh giá hiệu xử lý mơ hình MBBR sử dụng giá thể Biochip M nước thải thủy sản Hình Diễn biến hiệu suất xử lý nồng độ COD trình xác định thời gian lưu phù hợp [2] Sau xác định lượng giá thể thích hợp ta tiến hành vận hành mơ hình MBBR với giá thể Biochip M giai đoạn thích nghi Sau hiệu xử lý không đổi, vi sinh vật thích nghi với mơi trường nước thải mơ hình hoạt động hiệu ta tiến hành vận hành hệ thống ba tải trọng kết xử lý thành phần dễ phân hủy sinh học mơ sau: 2.2.1 pH Hình Giá trị pH trung bình tải trọng nghiên cứu [2] giá trị 76%, 80% bình có tỷ lệ giá thể 40% Xét khả xử lý COD theo thời gian bình ta thấy khoảng thời gian 6h đến 8h hiệu suất tăng nhanh khoảng thời gian từ 8h đến 10h Cụ thể với bình có tỷ lệ giá thể 40% ta thấy khoảng thời gian 6h đến 8h hiệu suất tăng khoảng 14,7% khoảng thời gian từ 8h đến 10h hiệu xử lý COD tăng tăng khoảng 4% Theo kết phịng thí nghiệm ta chọn thời gian lưu nước 8h để tiến hành vận hành mơ hình MBBR với giá thể Biochip M để tiết kiệm chi phí vận hành Kết phù hợp với thời gian lưu bể bùn hoạt tính (6 – 8h) [8] 76 Kết phân tích giá trị pH tải trọng vận hành 1,0 kgCOD/m3.ngày (tải trọng 1); 1,5 kgCOD/m3.ngày (tải trọng 2) 2,0 kgCOD/m3.ngày (tải trọng 3) thể Hình Nhìn vào Hình 5, ta thấy tải trọng giá trị pH đầu vào trì khoảng 7,065 – 7,159 cao đầu (6,207 – 6,690) Nguyên nhân làm pH đầu thấp q trình nitrat hóa tạo H+ phần chất hữu trình phân huỷ tạo hai axit humic fulvic Giá trị pH đầu 6,433 ± 0,383 phù hợp với QCVN 11–MT:2015/BTNMT Tạp chí Hoạt động KHCN An toàn - Sức khỏe & Môi trường lao động, Số 4,5&6-2017 Kết nghiên cứu KHCN 2.2.2 Hiệu suất xử lý COD Nhìn vào Hình 6, ta thấy hiệu suất xử lý COD trung bình tải trọng 1, tải trọng 2, tải trọng 3, 92,9 ± 2,1%; 88,9 ± 1,6%; 85,7 ± 1,6% (tương ứng với giá trị COD đầu vào phân tích tải trọng dao động khoảng 320 – 384mg/l; tải trọng dao động khoảng 480 – 544mg/l; tải trọng dao động khoảng 640 – 720mg/l) Có thể nhận thấy rằng, tải trọng đạt hiệu xử lý cao tải trọng nghiên cứu hiệu xử lý COD giảm dần tiến hành tăng tải trọng Điều giải thích sau: Ở tải trọng hiệu suất xử lý COD cao q trình thích nghi vi sinh vật thích nghi với mơi trường nước thải nên tăng tải trọng lên 1,0kgCOD/m3.ngày vi sinh vật tiếp tục hấp thụ chất dinh dưỡng từ nước thải để phát triển số lượng sinh khối, số lượng vi sinh vật sinh nhiều đồng thời lượng chất cho vào phù hợp dẫn đến khả xử lý COD cao Còn tăng tải trọng lên vi sinh vật tăng số lượng sinh khối làm lớp màng vi sinh dày lên, làm giảm khả vận chuyển chất qua màng hiệu suất xử lý giảm; ngồi tăng tải trọng thời gian lưu giảm làm vi sinh vật không đủ thời gian để xử lý chất ô nhiễm tải trọng Kết xử lý COD ba tải trọng đạt QCVN 11–MT:2015 /BTNMT, cột B 2.2.3 Hiệu suất xử lý Tổng Nitơ (TKN) Hình Hiệu suất xử lý COD trung bình tải trọng nghiên cứu [2] Hình Hiệu suất xử lý TKN trung bình tải trọng nghiên cứu [2] Qua Hình 7, ta thấy hiệu suất xử lý TKN tải trọng 62,5 ± 1,4%; 58,4 ± 2,4%; 49,9 ± 2,6% Hiệu xử lý TKN cao tải trọng 1, hai tải trọng lại hiệu xử lý thấp trình tăng tải trọng gây ảnh hưởng đến trình hoạt động vi sinh vật, làm giảm hiệu xử lý TKN Vì mơ hình dùng bể MBBR khơng có bể thiếu khí để xử lý Nitơ có nồng độ TKN sau xử lý tải trọng đạt QCVN 11–MT:2015/BTNMT Như để xử lý Nitơ hiệu cho trường hợp có tải trọng lớn tải trọng cần bổ sung thêm bể thiếu khí Tạp chí Hoạt động KHCN An toàn - Sức khỏe & Môi trường lao động, Số 4,5&6-2017 77 Kết nghiên cứu KHCN Ở tải trọng hiệu xử lý cao so với hai tải trọng cịn lại lớp màng sinh học giá thể dày lên thấy rõ nên xảy tượng bong tróc màng vi sinh sát mặt giá thể không tiếp xúc với thức ăn KẾT LUẬN Hình Hiệu suất xử lý TP trung bình tải trọng nghiên cứu [2] 2.2.4 Hiệu suất xử lý Tổng Phốt (TP) Qua Hình 8, ta thấy hiệu xử lý TP mơ hình nghiên cứu thấp chưa tới 50% Hiệu suất xử lý tải trọng 33,3 ± 1,8%; 29,9 ± 2,5%; 40,9 ± 4,1% Tuy nhiên, nồng độ TP đầu vào nghiên cứu thấp QCVN 11–MT:2015/BTNMT Phốt xử lý thông qua việc thải bỏ bùn dư MBBR, phốt loại bỏ theo lớp màng vi sinh già chết đi, bong khỏi giá thể di động vào bể lắng, đồng thời vi sinh vật sử dụng phần nhỏ phốt tham gia vào cấu tạo tế bào Tuy nhiên, thời gian lưu nước dài, lớp màng vi sinh bong khỏi giá thể di động thực q trình hơ hấp nội bào nên giải phóng phần photpho nồng độ phốt 78 dao động khoảng lớn theo thời gian Ở tải trọng hiệu xử lý TP thấp lớp màng bám giá thể cịn mỏng nên xảy tượng bong tróc màng Khi lớp màng chưa có phân chia rõ rệt lớp kỵ khí, thiếu khí hiếu khí nên lúc q trình xử lý hiếu khí chiếm ưu Đề tài nghiên cứu xử lý nước thải chế biến thủy sản công nghệ MBBR với giá thể Biochip M thực để khảo sát đánh giá hiệu xử lý qua tải trọng hữu 1,0 kgCOD/m3.ngày; 1,5 kgCOD/m3.ngày; 2,0 kgCOD/m3.ngày Sau tiến hành nghiên cứu nhóm tác giả nhận thấy hệ thống xử lý nước thải sử dụng công nghệ MBBR có cải tiến như: có hiệu cao, tăng diện tích tiếp xúc vi sinh vật với chất nhiễm nước thải, Hình minh họa: Nguồn internet Tạp chí Hoạt động KHCN An toàn - Sức khỏe & Môi trường lao động, Số 4,5&6-2017 Kết nghiên cứu KHCN có khả chịu tải trọng cao, tiết kiệm chi phí vận hành đồng thời mang lại nhiều lợi ích cơng tác bảo vệ mơi trường Trước vận hành tải trọng nhóm tác giả tiến hành cho chạy thích nghi để đảm bảo vi sinh vật bùn sinh học thích nghi với mức tăng tải trọng tiếp xúc với loại nước thải thuỷ sản Tuy nhiên hiệu xử lý TP, TKN thấp, kết đầu tải trọng chưa đạt quy chuẩn quy định Do tăng tải trọng lớn 1,0 kgCOD/m3.ngày cần thêm bể thiếu khí để đảm bảo hiệu xử lý TP, TKN theo QCVN 11–MT:2015/BTNMT, cột B Tóm lại, mơ hình nghiên cứu xử lý tốt ổn định tải trọng nghiên cứu tương ứng với thời gian lưu 8h; Giá trị pH đầu nước thải ba mơ hình đạt QCVN 11–MT:2015/BTNMT, cột B Tuy nhiên hiệu xử lý mơ hình bắt đầu giảm dần tăng tải trọng Và tải trọng (1,0 kgCOD/m3.ngày) tải trọng phù hợp với công nghệ xử lý dùng bể MBBR với hiệu suất xử lý COD, TKN, TP 92,9%; 62,5% 33,3% Các tiêu nghiên cứu đầu tải trọng đạt QCVN 11–MT:2015/BTNMT, cột B Nước thải sau xử lý hệ thống MBBR tái sử dụng cho mục đích khác Hình minh họa: Nguồn internet tưới cơng viên, rửa đường, Với kết nghiên cứu này, đề tài hứa hẹn ứng dụng vào thực tế nhằm xử lý nước thải thuỷ sản loại nước thải tương tự mà không địi hỏi q nhiều chi phí diện tích xây dựng lớn TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Hoàng Như (2012), “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ MBBR để xử lý nước thải sản xuất bia”, Luận văn Thạc sĩ công nghệ môi trường, trường Đại học Bách Khoa Tp HCM [2] Nguyễn Thị Cẩm Mỹ, Võ Đặng Thuỳ Trang, Nghiên cứu khả xử lý nước thải thuỷ sản công nghệ MBBR với giá thể Biochip M, Khố luận tốt nghiệp, trường Đai học Cơng nghiệp Thực phẩm TP Hồ Chí Minh [3] Phạm Lê Hồng Duy (2012), “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt phương pháp giá thể sinh học di động” [4] Trịnh Xn Lai (2011), Tính tốn thiết kế cơng trình xử lý nước thải, NXB Xây dựng Hà Nội [5] Bo Fu et al., (April 2011) “COD removal from expanded granular sludge bed effluent using a moving bed biofilm reactor and their microbial community analysis” [6] Haiyan wang et al., (September 2015) “Comparison of the MBBR denitrification carriers for advanced nitrogen removal of wastewater treatment plant effluent” [7] Kristi biswas et al., (February 2014) “Successional development of biofilms in moving bed biofilm reactor (MBBR) systems treating municipal wastewater” [8] Metcaft and Eddy., (2003) Wastewater Engineering: Treatment and Reuse, Fourth Edition, McGraw – Hill Inc Tạp chí Hoạt động KHCN An toàn - Sức khỏe & Môi trường lao động, Số 4,5&6-2017 79 ... lệ giá thể 40% giá thể/ 1 lít thể tích để vận hành m? ? hình MBBR nước thải thủy sản nghiên cứu 2.2 Đánh giá hiệu xử lý m? ? hình MBBR sử dụng giá thể Biochip M nước thải thủy sản Hình Di? ??n biến hiệu. .. 22mm M? ?u: trắng m? ?u khác Ứng dụng: xử lý nước thải sinh hoạt cơng nghiệp 1.2 M? ? hình nghiên cứu (Hình 2) Nước thải thủy sản từ thùng chứa đưa vào bể MBBR m? ?y b? ?m với lưu lượng xác định Tại bể MBBR... TSS mg/l 153 x 390 100 Hình Giá thể Biochip M [2] Hình M? ? hình nghiên cứu [2] 1.1 Đối tượng nghiên cứu 1.1.1 Nước thải nghiên cứu: Bảng 1.1.2 Giá thể nghiên cứu (Hình 1) Giá thể Biochip M sử dụng