Nghiên cứu khả năng xử lý kết hợp nước thải xi mạ và nước thải sinh hoạt bằng công nghệ Anoxic/Oxic (A/O)

Bài viết trình bày quá trình nghiên cứu xử lý kết hợp nước thải xi mạ và nước thải sinh hoạt bằng công nghệ Anoxic/Oxic (A/O) ở các tải trọng 0,3; 0,4; 0,6kg COD/m3 .ngày nhằm ứng dụng phương pháp xử lý sinh học hiếu khí (Oxic)và thiếu khí (Anoxic) để xử lý nước thải xi mạ. Kết quả cho thấy ở tải trọng 0,6kg COD/m3 .ngày thì hiệu quả xử lý chất ô nhiễm cao (72,5% COD, 87,2% N-NH4 + , 55,2% Zn) và đạt QCVN 40:2011/BTNMT, cột B, nồng độ Zn có thể xử lý được là 23,6mg/L.

SCIENCE - TECHNOLOGY P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9619 NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG XỬ LÝ KẾT HỢP NƯỚC THẢI XI MẠ VÀ NƯỚC THẢI SINH HOẠT BẰNG CÔNG NGHỆ ANOXIC/OXIC (A/O) STUDY ON THE POSSIBILITY OF COMBINED TREATMENT OF ELECTROPLATING WASTEWATER AND DOMESTIC WASTEWATER USING ANOXIC/OXIC (A/O) Trần Đức Thảo1,*, Phạm Minh Tuấn1 TĨM TẮT Q trình nghiên cứu xử lý kết hợp nước thải xi mạ nước thải sinh hoạt công nghệ Anoxic/Oxic (A/O) tải trọng 0,3; 0,4; 0,6kg COD/m3.ngày nhằm ứng dụng phương pháp xử lý sinh học hiếu khí (Oxic)và thiếu khí (Anoxic) để xử lý nước thải xi mạ Kết cho thấy tải trọng 0,6kg COD/m3.ngày hiệu xử lý chất ô nhiễm cao (72,5% COD, 87,2% N-NH4+, 55,2% Zn) đạt QCVN 40:2011/BTNMT, cột B, nồng độ Zn xử lý 23,6mg/L Kết kết quan trọng ứng dụng thực tế xử lý nước thải xi mạ Từ khóa: Anoxic/Arobic, A/O, nước thải xi mạ, nước thải sinh hoạt ABSTRACT The research process of combined treatment of electroplating wastewater and domestic wastewater by Anoxic/Oxic (A/O) technology at Organic loading rate (OLR) 0.3; 0.4; 0.6kg COD/m3.day to search the highly effective method that can be applied for treatment of electroplating wastewater The experimental results indicate that OLR 0,6 kg COD/m3.day achieve a high removal efficiency (72.5% COD; 87.2% N-NH4+; 55.2% Zn) and are lower than type B levels of the Vietnamese technique standard QCVN 40:2011/BTNMT, the treatabe Zinc concentration is 23.6mg/L The result is essential to apply in electroplating wastewater treatment Keywords: Anoxic/Arobic, A/O, electroplating wastewater, Dormitory wastewater Khoa Môi trường - Tài nguyên Biến đổi khí hậu, Trường Đại học Cơng nghiệp Thực phẩm TP.HCM * Email: thaotranduc@gmail.com Ngày nhận bài: 15/6/2021 Ngày nhận sửa sau phản biện: 10/7/2021 Ngày chấp nhận đăng: 14/7/2021 ĐẶT VẤN ĐỀ Hiện Việt Nam, ngành xi mạ trọng phát triển Đi với lợi ích kinh tế thách thức môi trường ngành công nghiệp mang lại, đặc biệt nước thải xi mạ ảnh hưởng sức khỏe người động thực vật Tính chất nước thải xi mạ phụ thuộc vào loại hình sản xuất, dây chuyền cơng nghệ, thành Website: https://tapchikhcn.haui.edu.vn phần nguyên liệu…, nước thải ngành xi mạ phát sinh không lớn, nồng độ chất hữu thấp chứa chất độc hại khác nhau, bao gồm xyanua, kiềm, hóa chất tẩy rửa, dung mơi tẩy dầu mỡ, dầu, mỡ kim loại nặng [1] Các chất gây nhiễm nước ion kim loại nặng chất hữu polymer khó phân hủy sinh học [2] Hiện nay, công nghệ xử lý phổ biến nước thải xi mạ hóa lý, hóa học tỏ tốn chí phí đầu tư vận hành, khơng sinh lượng bùn thải nguy hại thứ cấp cần xử lý Do đó, việc tìm kiếm phương án xử lý nhằm xử lý nước thải xi mạ điều cần thiết Trong năm gần đây, xu kết hợp xử lý nước thải xi mạ với loại nước thải khác nhằm giảm phần hồn tồn phương pháp hóa lý, hóa học phương pháp sinh học nhằm giảm chi phí đầu tư vận hành bước nghiên cứu Nghiên cứu tập trung xác định tỷ lệ pha nước thải khả xử lý mơ hình A/O tương ứng với tải trọng COD khác nhau, khả xử lý kim loại nặng (Zn) Trên giới có số nghiên cứu kết hợp xử lý nước thải xi mạ phương pháp sinh học, cụ thể: Bo Liu cộng [3], sử dụng thiết bị T-SBAF (twostage biological aerated filter) quy mơ phịng thí nghiệm với vật liệu cột kị khí vật liệu gốm chìm nước cột hiếu khí để xử lý nước thải xi mạ huyện Luhe Nam Kinh, Trung Quốc Nghiên cứu thực việc cố định nồng độ COD từ 180 - 200mg/L suốt trình, đồng thời thay đổi tải trọng thủy lực từ 0,75 lên 1,5m3/m2.h tỉ lệ khơng khí/nước từ 3:1 lên 6:1 Khi tải trọng thủy lực tỉ lệ khơng khí/nước 1,20m3/m2.h 4:1, hiệu suất loại bỏ tối ưu COD, N-NH4+ tổng nitơ (T-N) tương ứng 90,13%, 92,15% 55,46% Nhóm nghiên cứu Xinmie Yan cộng [4], nghiên cứu sử dụng công nghệ A/O giai đoạn (A2O2) để xử lý nước thải xi mạ từ nhà máy Huasheng (Giang Tô, Trung Quốc) Nghiên cứu thực cách trì lượng bùn 3000 - 4000mg/L, tỉ lệ hồn lưu bùn tương ứng 200% 100% Kết cho thấy lượng lớn N-NH4+ COD loại bỏ tương ứng đạt 97,11% 83,00%, ra, độ mặn gây ảnh Vol 57 - No (Oct 2021) ● Journal of SCIENCE & TECHNOLOGY 133 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9619 hưởng đến trình xử lý, hệ thống có khả chống chịu độ mặn tốt NaCl dao động từ đến 10g/L Như vậy, nghiên cứu giới chủ yếu nghiên cứu công nghệ xử lý sinh học khác nhau, chưa có nghiên cứu mơ hình A/O 2.2 Hệ thống thực nghiệm THỰC NGHIỆM 2.1 Đối tượng nghiên cứu 2.1.1 Nước thải nghiên cứu Nước thải nghiên cứu nước thải xi mạ kẽm tổng hợp từ nước thải sinh hoạt (SH) nước thải xi mạ kẽm (XM) sau xử lý hóa lý bậc Nước thải sinh hoạt lấy hố thu gom hàng ngày Ký túc xá Trường Đại học Cơng nghiệp Thực phẩm TP Hồ Chí Minh, sau cho vào can nhựa 30L vận chuyển phịng thí nghiệm Nước thải xi mạ tiến pha theo quy trình hình Thành phần nước thải xi mạ kẽm nhân tạo bảng Hình Hệ thống thực nghiệm Nước từ thùng chứa nước thải bơm định lượng bơm vào bể Anoxic với lưu lượng Q (l/h) Bể Anoxic trang bị hệ thống cánh khuấy để đảm bảo DO nước trì nồng độ 0,1 - 0,5mg/L Nước thải từ bể Anoxic tự chảy sang bể Oxic Bể Oxic trang bị hệ thống máy sục khí Tại bể Oxic điều chỉnh tốc độ sục khí để đảm bảo DO trì bể từ - 4mg/L, đảm bảo cung cấp đủ lượng oxy độ xáo trộn vừa phải để tránh làm vỡ bùn Tại bể Oxic lắp đặt thêm hệ thống tuần hoàn nước với lưu lượng tuần hoàn nước 200% Nước thải từ bể Anoxic chảy tràn qua bể lắng, lượng bùn lắng bơm tuần hoàn bể Anoxic để trì hàm lượng MLSS bể Oxic, phần bùn dư định kỳ xả Nước sau xử lý dẫn chảy tràn ngồi Thơng số mơ hình thực nghiệm bảng Bảng Thơng số mơ hình STT Kích thước Đơn vị Bể Anoxic Bể Oxic Bể lắng Dài cm 13,5 40 10 Rộng cm 15 15 15 Cao cm 30 30 30 Chiều cao mực nước cm 25 25 25 2.3 Phương pháp phân tích Các phương pháp, thiết bị phân tích mẫu sử dụng nghiên cứu tổng hợp bảng Bảng Các phương pháp phân tích mẫu STT Chỉ tiêu Hình Quy trình pha nước thải xi mạ kẽm Bảng Thành phần nước thải xi mạ kẽm nhân tạo STT Chỉ tiêu pH COD Amonia Đơn vị mg/L mg/L Giá trị 7,5 1380,6 24,86 2.1.2 Bùn sử dụng thực nghiệm Bùn lấy từ Nhà máy xử lý nước thải Khu công nghiệp Vĩnh Lộc, quận Bình Tân, Tp Hồ Chí Minh Ni cấy bùn ban đầu sục khí cho ni thích nghi với nước thải phịng thí nghiệm (hỗn hợp nước thải xi mạ nước thải sinh hoạt) 134 Tạp chí KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ ● Tập 57 - Số (10/2021) pH Phương pháp Đơn vị TCVN 6492:2011 (ISO 10523:2008) Chất lượng nước – Xác định pH – Thiết bị Máy đo SI Analytics Lab 855 Máy đo pH cầm tay HANNA TCVN 6491:1999 (ISO 6060:1989) Chất lượng nước – Xác định nhu mg/L Máy nung 1500C cầu oxy hoá học (COD) TCVN 6625:2000 (Phương pháp Tủ nung, Bình hút MLSS mg/L khối lượng) ẩm, Cân phân tích TCVN 6625:2000 (ISO - Giấy lọc 11923:1997) Chất lượng nước - mg/L SS - Tủ nung Xác định chất rắn lơ lửng - Cân phân tích cách lọc qua lọc sợi thuỷ tinh COD Website: https://tapchikhcn.haui.edu.vn SCIENCE - TECHNOLOGY P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9619 NO NO2- US EPA 352.1:1971 – Xác định Máy quang phổ hàm lượng Nitrate – Phương mg/L Model PhotoLad pháp đo phổ Brucine 6100 VIS Máy quang phổ TCVN 4561 - 1988 - Nước thải mg/L Model PhotoLad Xác định làm lượng nitrite 6100 VIS Trung tâm tư vấn TCVN 6193:1996 – Chất lượng Công nghệ Môi nước – Xác định kẽm – Phương mg/L trường An toàn pháp trắc phổ hấp thụ nguyên vệ sinh lao động tử lửa COSHET Zn 2.4 Phương pháp tính tốn kết Tải trọng hữu tính theo công thức [5]: Q * COD , kgCOD / m3 ngày (1) V Trong đó: 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 việc cố định COD vào 300 400mg/L, thay đổi lưu lượng 0,47L/h; 0,65L/h 1,08L/h tương ứng với tải trọng 0,3kg COD/m3.ngày (tải trọng thích nghi); 0,4kg COD/m3.ngày; 0,6kg COD/m3.ngày Hiệu xử lý thơng số tính cơng thức:  OLR  H=( , , , Kết thí nghiệm cho thấy, nồng độ COD giảm dần vận hành mơ hình nồng độ COD trung bình 200mg/L 300mg/L tương ứng với tỉ lệ 4SH:1XM 2SH:1XM Ở nồng độ COD trung bình 500mg/L ứng với tỉ lệ 4SH:3XM COD đầu giảm sau tăng, đồng thời, nồng độ MLSS bể hiếu khí giảm dần Nguyên nhân tăng tỷ lệ nước thải xi mạ lượng kim loại nặng (Zn) tăng nên làm ức chế phát triển bùn hoạt tính [6]  ) x 100% (2) Trong đó: Ci,v: Nồng độ thơng số i vào bể Ci,r: Nồng độ thông số i bể KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Xác định tỷ lệ pha nước thải xi mạ nước thải sinh hoạt Hình Diễn biến hiệu suất xử lý tương ứng với nồng độ COD Khi xét thêm hiệu xử lý nồng độ COD khác (hình 4) ta thấy: tỉ lệ 4SH:1XM, nồng độ COD giảm thấp thời điểm 32h, hiệu xử lý 74,44%, đồng thời, nồng độ MLSS bể hiếu khí có xu hướng tăng Tại tỉ lệ 2SH:1XM, nồng độ COD giảm dần thấp thời điểm 32h, hiệu xử lý 77,7%, bên cạnh đó, nồng độ MLSS bể hiếu khí trì khoảng 2500 3000mg/L Như vậy, ta thấy khả xử lý nồng độ MLSS tỉ lệ ổn định Tại tỉ lệ 4SH:3XM, nồng độ COD giảm sau lại tăng khơng đạt quy chuẩn thời gian lưu, nồng độ MLSS giảm dần giảm mạnh thời điểm 32h Mặt khác, so với QCVN 40:2011/BTNMT, cột B nồng độ COD đầu 32h có tỉ lệ 4SH:1XM 2SH:1XM đạt quy chuẩn tương ứng với nồng độ COD 63mg/L 71,35mg/L tỉ lệ 4SH:3XM không đạt quy chuẩn Ở tỉ lệ 4SH:1XM 2SH:1XM có nồng độ COD thấp ngưỡng cho phép quy chuẩn Với kết thí nghiệm này, nhóm nghiên cứu lựa chọn thời gian lưu thích hợp cho mơ hình 32h nồng độ COD trung bình 300mg/L ứng với tỉ lệ 2SH:1XM để vận hành mơ hình A/O Hình Diễn biến nồng độ COD MLSS trung bình Để xác định tỷ lệ pha loãng nước thải, thời gian lưu nước nồng độ COD thích hợp, mơ hình vận hành theo mẻ bể hiếu khí Bùn hoạt tính cho vào bể hiếu khí trì MLSS khoảng từ 2500 - 3000mg/L, tiến hành sục khí cho bể hiếu khí nhằm trì nồng độ DO khồng - 4mg/L ni bùn thích nghi 10 ngày Sau khảo sát nước thải pha theo tỉ lệ thể tích sau: 2SH:1XM; Website: https://tapchikhcn.haui.edu.vn 4SH:1XM; 4SH:2XM bể hiếu khí Thí nghiệm tiến hành khoảng 30 ngày, ngày đầu tỉ lệ cho bùn thích nghi ổn định, sau ngày tiến hành lấy mẫu thời gian 16h, 24h, 32h để phân tích COD MLSS để so sánh hiệu xử lý chất hữu tỉ lệ thể tích pha Kết thể hình 3.2 Giai đoạn thích nghi Sau xác định tỷ lệ pha nước thải thơng số vận hành mơ hình, nhóm nghiên cứu tiến hành vận hành thích nghi mơ hình tải 0,3kgCOD/m3.ngày Nước thải từ thùng chứa bơm vào mơ hình nhờ bơm định lượng với lưu lượng 0,047l/h; HRT bể Oxic 32h; COD = 324mg/L; pH = 6,5 - 8,5; MLSS = 3000 - 4000mg/L; DO = - 4mg/L Vol 57 - No (Oct 2021) ● Journal of SCIENCE & TECHNOLOGY 135 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ 3.2.1 Chỉ số pH Giá trị pH bể Oxic giai đoạn thích nghi nhằm trì điều kiện mơi trường thuận lợi cho vi sinh vật phát triển thể hình P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9619 cho hiệu suất xử lý COD tăng lên hoạt động ổn định, từ ta tiến hành giai đoạn tăng tải trọng 3.3 Đánh giá hiệu xử lý Sau chạy thích nghi để ổn định cho vi sinh vật tiếp tục chạy mơ hình liên tục với tải trọng 0,4kgCOD/m3.ngày 0,6 kgCOD/m3.ngày + Tải trọng 0,4kgCOD/m3.ngày: Nước thải từ thùng chứa bơm vào mơ hình nhờ bơm định lượng với lưu lượng 0,65 l/h; HRT bể Oxic 24h; COD = 320mg/L; pH = 6,5 - 8,5; MLSS = 3000 - 4000mg/L; DO = - 4mg/L + Tải trọng 0,6kgCOD/m3.ngày: Nước thải từ thùng chứa bơm vào mơ hình nhờ bơm định lượng với lưu lượng 1,08l/h; HRT bể Oxic 16h; COD = 320mg/L; pH = 6,5 - 8,5; MLSS = 3000 - 4000mg/L; DO = - 4mg/L Hình Giá trị pH tải thích nghi bể Oxic Qua hình 5, ta thấy giá trị pH đo giai đoạn thích nghi pH dao động khoảng 5,085 - 6,691 Đồng thời thấy từ ngày bắt đầu giai đoạn thích nghi đến ngày thứ khoảng pH đo bể có khoảng dao động, điều giải thích giai đoạn đầu bắt đầu chạy mơ hình phản ứng nitrite hóa, nitrate hóa, khử nitrate, tổng hợp tế bào… diễn chưa ổn định vi sinh vật bùn hoạt tính cần có thời gian thích nghi với điều kiện môi trường nguồn nước thải Từ ngày thứ đến ngày kết thúc giai đoạn thích nghi khoảng pH đo thu hẹp dần vi sinh vật thích nghi diễn phản ứng sinh hóa ổn định Các kết thu cụ thể sau: 3.3.1 Chỉ số pH Giá trị pH đầu vào, đầu tải trọng vận hành 0,3kgCOD/m3.ngày; 0,4kgCOD/m3.ngày; 0,6kgCOD/m3.ngày thể hình 3.2.2 Giá trị COD Kết phân tích nồng độ COD giai đoạn thích nghi thể hình Hình Giá trị pH theo ngày trung bình tải trọng Qua hình ta thấy: tải trọng giá trị pH đầu vào trì khoảng 7,371 - 7,852 cao đầu 5,027 6,571 Giá trị pH đầu vào dao động trình điều chỉnh pH mẫu đầu vào nhóm quỳ tím nên độ xác khơng cao Ngun nhân làm pH đầu thấp đầu vào q trình nitrate hóa diễn chủ yếu tạo H+ phần phân hủy chất hữu tạo acid humic fulvic từ làm giảm pH nước thải sau xử lý Hình Giá trị COD hiệu suất xử lý COD tải thích nghi Qua hình ta thấy: giai đoạn thích nghi ta thấy nồng độ COD đầu vào dao động khoảng 320 373,33mg/L, COD đầu khoảng 96 - 144mg/L Hiệu xử lý COD ngày đầu giai đoạn thấp có dao động đến cuối giai đoạn hiệu xử lý tăng 70% tương đối ổn định nguyên nhân ban đầu vi sinh vật chưa thích nghi với môi trường nước thải mới, COD nước thải đầu vào ngày đầu giai đoạn có dao động nên vào bể vi sinh chưa thích nghi Từ ngày thứ tải thích nghi trở vi sinh bắt đầu thích nghi có ổn định làm Hình Giá trị pH trung bình tải trọng Qua hình ta thấy: giá trị pH trung bình nước thải đầu vào đầu tương đối ổn định tải trọng Giá trị pH trung bình đầu vào tải 0,3kgCOD/m3.ngày 7,603 ± 136 Tạp chí KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ ● Tập 57 - Số (10/2021) Website: https://tapchikhcn.haui.edu.vn SCIENCE - TECHNOLOGY P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9619 0,155, tải 0,4kgCOD/m3.ngày 7,450 ± 0,090 tải 0,6kgCOD/m3.ngày 7,540 ± 0,068 Mục đích trì giá trị pH nước thải đầu vào khoảng 7,371 - 7,852 để tạo môi trường thuận lợi cho vi sinh vật thích nghi dễ dàng diễn q trình chuyển hóa nitơ, cụ thể q trình kỵ khí thiếu khí giá trị pH tăng q trình hiếu khí pH giảm Giá trị pH trung bình đầu tải trọng 0,3kgCOD/m3.ngày 5,829 ± 0,525, tải trọng 0,4kgCOD/m3.ngày 5,640 ± 0,176 tải trọng 0,6kgCOD/m3.ngày pH 5,540 ± 0,208 Giá trị pH sau xử lý thay đổi có chiều hướng thấp so với đầu vào Trong bể hiếu khí xảy đồng thời nhiều phản ứng khác như: oxy hóa amonia, nitrate hóa, khử nitrate tế bào vi sinh, tổng hợp tế bào phân hủy chất hữu Do đó, sau bể hiếu khí, pH nước thải biến đổi phức tạp trọng giá trị COD đầu vào ln giữ nguyên mức 320mg/L nhóm tiến hành khảo sát cố định giá trị COD đầu vào Giá trị COD đầu tải trọng 0,3kgCOD/m3.ngày; 0,4kgCOD/m3.ngày tải trọng 0,6kgCOD/m3.ngày giảm ổn định ngày cuối tải ngày cuối vi sinh dần thích nghi với nồng độ chất hữu Tải trọng 0,3kgCOD/m3.ngày có nồng độ COD đầu dao động khoảng 96 144mg/L Ở tải trọng 0,4kgCOD/m3.ngày có nồng độ COD đầu dao động khoảng 80 - 128mg/L Ở tải trọng 0,6kgCOD/m3.ngày nồng độ COD đầu nằm khoảng 80 - 96mg/L Nồng độ COD đầu tải trọng khơng có chênh lệch nhiều thay đổi lưu lượng nước thải đầu vào mơ hình chênh lệch không lớn nên vi sinh vật hoạt động ổn định Giá trị pH đầu thấp đầu vào chứng tỏ HCO3– hay lượng ion H+ sinh nước thải từ trình nitrate hóa tổng hợp tế bào vi sinh lớn so với lượng ion OH– sinh từ trình khử nitrate tồn nước thải vùng hiếu khí - Các phản ứng làm giảm pH nước thải: + Oxy hóa amonia: NH4+ + 3/2 O2  NO2– + H+ + H2O NO2– + 1/2 O2  NO3– Tổng hợp: NH4+ + O2  NO3– + H+ + H2O + Tổng hợp tế bào vi sinh mới: 1,02 NH4+ + 1,89 O2 + 2,02 HCO3–  0,021 C5H7O2N + 2,02 NO3– + 1,92 H2CO3 + 1,06 H2O - Các phản ứng làm tăng pH nước thải: + Khử nitrate: NO3– + Cacbon hữu  CO2 + N2 + H2O + OH – Nhìn chung, giá trị pH đầu tải trọng nghiên cứu dao động khoảng 5,540 - 6,684 đạt QCVN 40:2011/BTNMT, cột B - Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia nước thải công nghiệp với giá trị 5,5 - 3.3.2 Khả xử lý COD Hình Giá trị nồng độ COD vào, theo ngày hiệu suất xử lý COD tải trọng Qua hình ta thấy: có ngày thứ tải trọng 0,3kgCOD/m3.ngày có giá trị COD 373,333mg/L việc thay đổi hóa chất q trình pha nước thải tổng hợp nhóm Từ ngày thứ khảo sát hết tải Website: https://tapchikhcn.haui.edu.vn Hình 10 Giá trị nồng độ COD trung bình vào, hiệu suất xử lý COD tải trọng Qua hình 10, ta thấy hiệu trung bình xử lý COD tải trọng 0,6kgCOD/m3.ngày cao với hiệu suất xử lý 72,50% hiệu trung bình xử lý COD tải trọng 0,3kgCOD/m3.ngày thấp với hiệu suất xử lý 66,79% Ở tải trọng 0,3kgCOD/m3.ngày tải thích nghi tải trọng khảo sát nên vi sinh hoạt động chưa thật ổn định chưa thích nghi với nồng độ COD nên hiệu suất xử lý không cao từ ngày thứ đến hết thời gian khảo sát tải vi sinh ổn định khơng có nhiều thời gian khảo sát nên nhóm tăng tải nồng độ COD ổn định ngày Đến tải trọng 0,4kgCOD/m3.ngày tải trọng trung gian nên vi sinh cần nhiều thời gian để thích nghi sau tăng tải nên đến ngày thứ tải này, vi sinh hoạt động ổn định giữ nguyên nồng độ COD đầu Ở tải trọng 0,6kgCOD/m3.ngày hiệu xử lý COD cao nhóm tiến hành khảo sát cố định nồng độ COD đầu vào đồng thời lưu lượng nước thải đầu vào tải trọng khảo sát chênh lệch không nhiều nên vi sinh thích nghi dần với nồng độ chất hữu từ tải 0,3kgCOD/m3.ngày Điều chứng tỏ vi sinh vật bể hiếu khí bị ảnh hưởng thay đổi tải trọng lựa chọn công nghệ A/O để xử lý COD nước thải hồn tồn hợp lý tiết kiệm diện tích chi phí xây dựng giảm so với cơng trình khác Với giá trị trên, ta thấy hiệu xử lý COD tương đối ổn định đáp ứng tiêu chuẩn xả thải QCVN 40:2011/BTNMT, cột B Vol 57 - No (Oct 2021) ● Journal of SCIENCE & TECHNOLOGY 137 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9619 3.3.3 Khả chuyển hóa N-NH4+ NO2- + 1,5O2 Nitrobacter NO3- Ngồi ra, NH4+ được hấp thụ phần sinh vật So sánh giá trị đầu tải trọng N-NH4+ tải trọng 0,4kgCOD/m3.ngày (9,043 ± 5,270mg/L) tải trọng 0,6kgCOD/m3.ngày (6,897 ± 4,879mg/L) đạt QCVN 40:2011/BTNMT, cột B Xét thêm q trình chuyển hóa N–NO3- hình 13 14 Hình 11 Nồng độ N-NH4+ vào, hiệu suất chuyển hóa N-NH4+ tải trọng Qua hình 11 ta thấy giá trị N-NH4+ đầu vào dao động khơng nhiều nhóm nghiên cứu cố định nồng độ nước thải đầu vào giá trị N-NH4+ đầu giảm dần tăng tải trọng Tải trọng 0,3kgCOD/m3.ngày có giá trị đầu vào khoảng 31,230 - 54,537mg/L; tải trọng 0,4kgCOD/m3.ngày 0,6kgCOD/m3.ngày có giá trị đầu vào 36,565 - 57,955mg/L 42,107 - 62,616mg/L Giá trị N-NH4+ đầu giảm so với đầu vào diễn q trình nitrate hố chuyển N-NH4+ thành N-NO3- từ làm giảm NNH4+ đầu Hình 13 Nồng độ N-NO3- vào, hiệu suất chuyển hóa tải trọng Giá trị N-NO3– đầu vào tải trọng thấp khơng diện nước thải đầu vào có hàm lượng oxy hòa tan thấp dẫn đến nồng độ N-NO3– nhỏ gần không Giá trị N-NO3– đầu tăng so với đầu vào diễn trình nitrate hố nhờ vào vi sinh vật chuyển hóa nitrate (N-NO2– → N-NO3–) xảy bể hiếu khí từ làm tăng giá trị N-NO3– đầu Quá trình chuyển hóa NNO3– ngày tải trọng hay tải trọng biến động suốt trình nghiên cứu Hình 12 Nồng độ N-NH4+ trung bình vào, hiệu suất xử lý tải trọng Qua hình 12 ta thấy hiệu suất xử lý N-NH4+ tải trọng: 0,3kgCOD/m3.ngày; 0,4kgCOD/m3.ngày; 0,6kgCOD/m ngày 55,82%; 81,43% 87,20% Có thể thấy hiệu suất xử lý cao tải trọng 0,6kgCOD/m3.ngày nguyên nhân sau: điều kiện nhiệt độ môi trường, pH, độ kiềm, nguồn cacbon vô cơ, từ nước thải giá trị COD tải trọng vi sinh tương đối thích nghi từ khoảng thời gian khảo sát tải trọng trước Nồng độ N–NH4+ giảm giải thích N-NH4+ bị oxy hóa thành nitrite nitrate, phần bị bay phần N-NH4+ tổng hợp mô tế bào gây tồn q trình oxy hóa phản ứng tổng hợp Quá trình thực vi khuẩn Nitrosomonas Nitrobacter, sau vi khuẩn Pseudomonas Các lồi vi khuẩn chuyển hóa amon thành acide nitrate qua hai giai đoạn: Nitrosomonas NH4+ + 1,5O2 NO2- + 2H+ + H2O Hình 14 Nồng độ N-NO3- trung bình vào, hiệu suất chuyển hóa tải trọng Giá trị N-NO3– trung bình đầu vào dao động khoảng 0,000 - 0,589mg/L Giá trị nồng độ N-NO3– đầu tải trọng 0,3kgCOD/m3.ngày; 0,4kgCOD/m3.ngày; 0,6kgCOD/m3.ngày 16,470 ± 9,478mg/L; 15,451 ± 2,073mg/L; 15,333 ± 4,904mg/L Ở tải trọng 0,6kgCOD/m3.ngày ta thấy nồng độ N-NO3– đầu thấp so với hai tải trọng cịn lại VK Nitrosomonas 138 Tạp chí KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ● Tập 57 - Số (10/2021) NH4+ + 1,5 O2 NO2– + H+ + H2O VK Nitrobacter NO2– + 0,5 O2 NO3– + H+ + H2O Website: https://tapchikhcn.haui.edu.vn SCIENCE - TECHNOLOGY P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9619 Giá trị N-NO3– đầu tải trọng cao q trình khử nitrate bể thiếu khí xảy khơng hiệu khơng thể kiểm sốt xác nồng độ DO bể thiếu khí hiếu khí Mặt khác, theo số nghiên cứu cho thấy vi khuẩn Nitrosomonas lẫn vi khuẩn Nitrobacter bị ức chế amonia, nhiên vi khuẩn Nitrosomonas (chuyển NH4+  NO2–) bị nhạy cảm amonia so với vi khuẩn Nitrobacter (chuyển NO2–  NO3–) tốc độ tăng trưởng vi khuẩn Nitrosomonas thấp vi khuẩn Nitrobacter nên loại nước thải có nồng độ amonia lớn pH cao nồng độ N-NO3– tích lũy cao hàm lượng kẽm hệ thống cao gây nên phân tán vi sinh vật, đồng thời trình hấp thu kẽm từ vi sinh vật có bùn hoạt tính tạo nên cặn lơ lửng 3.3.5 Khả chuyển hóa Zn Giá trị Zn tải trọng vận hành 0,3kgCOD/m3.ngày; 0,4kgCOD/m3.ngày 0,6kgCOD/ m3.ngày nhóm gửi mẫu Trung tâm Tư vấn Cơng nghệ Mơi trường An tồn vệ sinh lao động COSHET thể hình 17 3.3.4 Giá trị SS Hàm lượng SS theo thời gian tải trọng vận hành 0,3kgCOD/m3.ngày; 0,4kgCOD/m3.ngày 0,6kgCOD/ m3.ngày thể hình 15 Hình 17 Hiệu suất xử lý Zn trung bình tải trọng Hình 15 Giá trị SS tải trọng Nồng độ SS đầu cao đầu vào Nồng độ SS đầu vào dao động khơng lớn, ngun nhân q trình nghiên cứu nhóm tiến hành xử lý cặn loại bỏ cặn sơ ban đầu để tránh ảnh hưởng đến bơm tắt nghẽn hệ thống van điều khiển Bên cạnh đó, thời gian tháo bùn tiến hành sau 14 - 16g dẫn đến bùn bể lắng bị phân hủy làm tăng hàm lượng SS đầu bể lắng Đây nguyên nhân làm cho hàm lượng SS bể lắng đầu cao Hiệu xử lý Zn qua tải trọng giảm 50% đạt QCVV 40:2011/BTNMT, cột B, cụ thể: Hiệu suất xử lý Zn tải trọng: 0,3kgCOD/m3.ngày; 0,4kgCOD/m3.ngày; 0,6kgCOD/m3.ngày 59,22% (với hàm lượng kẽm đầu vào 14,1mg/L); 57,46% (với hàm lượng kẽm đầu vào 19,3mg/L) 55,08% (với hàm lượng kẽm đầu vào 23,6mg/L) Ở tải trọng hiệu suất thấp tải trọng nồng độ Zn ban đầu cao nhiều so với tải trọng cịn lại Như vậy, khẳng định mơ hình có khả xử lý Zn Điều lý giải theo M Gavrilescu [5] trình phát triển, vi sinh dùng chất hữu làm thức ăn, sử dụng NH4+ NO3- PO43+ vào xây dựng tế bào, đồng thời hấp thu ion kim loại Đồng thời với phát triển vi sinh vật môi trường nước, ta thấy tảo phát triển Vi khuẩn hiếu khí dị dưỡng tảo sinh vật hội sinh quan hệ làm cho hai phía có lợi điều đặc biệt quan trọng tảo phát triển hấp thu kim loại đáng kể Các loại vi sinh vật: vi khuẩn Actinomyceles, vi khuẩn Bacillus sp hay hỗn hợp vi khuẩn Quá trình hấp thu ion kim loại nặng chia thành giai đoạn sau: Hình 16 Giá trị SS trung bình tải trọng Như vậy, nồng độ SS tải trọng thấp 1032,35mg/L Các chất lơ lửng môi trường để vi sinh sống phát triển thành bùn hoạt tính Sau qua bể hiếu khí, bùn nước thải chảy vào bể lắng Sinh khối lắng xuống đáy bể lắng nhờ trình lắng trọng lực Hàm lượng SS loại bỏ thơng qua q trình lắng xử lý phần thông qua phân hủy sinh học nhờ hệ vi sinh bùn hoạt tính Theo QCVN 40:2011/BTNMT, cột B quy chuẩn kỹ thuật quốc gia nước thải công nghiệp, hàm lượng SS đầu tải trọng nằm giá trị cột B 100mg/L Vì Website: https://tapchikhcn.haui.edu.vn - Giai đoạn 1: tích tụ kim loại nặng sinh khối, làm giảm nồng độ kim loại có nước - Giai đoạn 2: sau trình phát triển mức tối đa sinh khối, vi sinh vật thường lắng xuống đáy bùn kết thành mảng bề mặt cần phải lọc thu sinh khối khỏi môi trường nước Do giai đoạn làm cho SS đầu mơ hình tăng so với đầu vào 3.3.6 Chỉ số MLSS Hàm lượng MLSS bể hiếu khí tải trọng vận hành 0,3kgCOD/m3.ngày; 0,4kgCOD/m3.ngày 0,6kgCOD/m ngày thể hình 17 Vol 57 - No (Oct 2021) ● Journal of SCIENCE & TECHNOLOGY 139 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ Hình 18 Chỉ số MLSS tải trọng Nhìn chung hàm lượng MLSS có xu hướng tăng dần theo tải nghiên cứu Trong ngày đầu tải trọng 0,3kgCOD/m3.ngày, vi sinh dần thích nghi với nồng độ nước thải đầu vào có dao động hàm lượng MLSS Từ ngày thứ tải trở đi, hàm lượng MLSS tăng dần có ổn định Hình 19 Chỉ số MLSS trung bình tải trọng Hàm lượng MLSS bể hiếu khí nhóm trì khoảng từ 3000 - 4000mg/L cách tuần hoàn bùn từ bể lắng bể thiếu khí đồng thời xả bớt bùn dư đáy bể lắng Dựa vào hình 18, ta thấy hàm lượng MLSS trung bình có xu hướng tăng dần Ở tải trọng 0,3kgCOD/m3.ngày, hàm lượng MLSS thấp đồng thời tải thích nghi nên vi sinh cần thời gian để thích nghi với nồng độ nước thải theo tác giả Trịnh Xuân Lai [6] cho thấy nồng độ COD giảm hàm lượng MLSS tăng dần Hàm lượng MLSS tăng dần qua tải trọng nồng độ DO trung bình trì bể nằm khoảng cho phép tạo điều kiện cho vi sinh vật bùn hoạt tính sau giai đoạn thích nghi tăng nhanh số lượng phát triển mạnh sinh khối Ở tải trọng 0,6kgCOD/m3.ngày, hàm lượng MLSS trung bình cao vi sinh sau thích nghi với nồng độ nước thải đầu vào sử dụng chất để phát triển tăng sinh khối Hàm lượng MLSS trung bình tăng dần hiệu xử lý COD N-NH4+ tăng dần với hiệu suất cao tải trọng 0,6kgCOD/m3.ngày P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9619 nghiệm với tải trọng 0,3kgCOD/m3.ngày; 3 0,4kgCOD/m ngày; 0,6kgCOD/m ngày Kết cho thấy tải trọng hữu có hiệu xử lý cao tất trình nghiên cứu 0,6kgCOD/m3.ngày kết đầu tải trọng đạt QCVN 40:2011/BTNMT, cột B với giá trị hiệu suất xử lý trung bình tương ứng như: 72,5% COD; 87,2% N-NH4+; 55,2% Zn với lượng kẽm ban đầu nước thải 23,6mg/L Những kết phù hợp với nghiên cứu trước có liên quan tới áp dụng phương pháp sinh học để xử lý kết hợp nước thải xi mạ nước thải sinh hoạt TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Rajesh Kumar Sani, Brent M Peyton, Laura T Brown, 2001 Copperinduced inhibition of growth of desulfovibrio desulfuricans G20: Assessment of its toxicity and correlation with those of zinc and lead Appl Environ Microbiol, 67(10), 4765-4772 [2] Sofia A Cavaco, Sandra Fernandes, Margarida M Quina, Licinio M Ferreira, 2007 Removal of chromium from electroplating industry effluents by ion exchange resins Journal of Hazardous Materials, 144, 634-638 [3] Bo Liu, Dongdong Yan, Qi Wang, Song Li, Shaogui Yang, Wenfei Wu, 2009 Feasibility of two- stage biological aerated filter for depth processing of electroplating- wastewater Bioresource Technology, 100, 3891-3896 [4] Xinmei Yan, Chuyan Zhu, Bin Huang, Qun Yan, Guangsheng Zhang, 2018 Enhanced nitrogen removal from electroplating tail wastewater through two-staged anoxic-oxic (A/O) process Bioresource Technology, 247, 157-164 [5] Maria Gavrilescu, 2004 Remove of heavy metals from environment by biosorption Engineering in life sciences, 4(3), 219-232 [6] Trinh Xuan Lai, 2017 Xu ly nuoc thai sinh hoat va cong nghiep theo cong nghe O/A, tinh toan thiet ke Construction Publishing House, Hanoi AUTHORS INFORMAION Tran Duc Thao, Pham Minh Tuan Faculty of Environment - Natural Resources and Climate Change, Ho Chi Minh City University of Food Industry KẾT LUẬN Đã tiến hành đánh giá hiệu xử lý việc dùng mơ hình A/O để xử lý kết hợp nước thải xi mạ kẽm nước thải sinh hoạt Cụ thể: Với nước thải nghiên cứu nên sử dụng tỷ lệ pha nước thải 2SH:1XM với thời gian lưu nước 32h Nhóm nghiên cứu vận hành mơ hình thí 140 Tạp chí KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ ● Tập 57 - Số (10/2021) Website: https://tapchikhcn.haui.edu.vn ... xử lý việc dùng mơ hình A/O để xử lý kết hợp nước thải xi mạ kẽm nước thải sinh hoạt Cụ thể: Với nước thải nghiên cứu nên sử dụng tỷ lệ pha nước thải 2SH:1XM với thời gian lưu nước 32h Nhóm nghiên. .. kẽm ban đầu nước thải 23,6mg/L Những kết phù hợp với nghiên cứu trước có liên quan tới áp dụng phương pháp sinh học để xử lý kết hợp nước thải xi mạ nước thải sinh hoạt TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Rajesh... nghệ xử lý sinh học khác nhau, chưa có nghiên cứu mơ hình A/O 2.2 Hệ thống thực nghiệm THỰC NGHIỆM 2.1 Đối tượng nghiên cứu 2.1.1 Nước thải nghiên cứu Nước thải nghiên cứu nước thải xi mạ kẽm