Nghiên cứu ứng dụng vi sinh vật xử lý nước thải sinh hoạt theo phương pháp lọc qua màng sinh học
MỤC LỤC
Hoạt động sống của vi sinh vật trong nớc thải [5, 6, 7]
Chúng chỉ có thể tổng hợp đợc các chất hữu cơ làm vật liệu xây dựng tế bào mới cho chúng mà đi từ các chất hữu cơ trong môi trờng sống để phân huỷ, đồng thời cũng phân huỷ các hợp chất nhiễm bẩn trong nớc đến sản phẩm cuối cùng là CO2 và H2O hoặc tạo thành các loại khí khác (CH4, H2S, N2 v.v..). Oxy cung cấp cho quá trình này đợc chia thành hai phần: Một phần phân huỷ các hợp chất hydratcacbon, một phần phân huỷ các hợp chất chứa nitơ giải phóng ra NH3 (NH4+) là nguồn dinh dỡng đợc vi sinh vật sử dụng trực tiếp để tổng hợp thành các protein mới cho quá trình xây dựng tế bào.
Đặc tính của chất nền [11]
Từ những phản ứng trên ta thấy ở điều kiện hiếu khí sản phẩm cuối cùng phần lớn là CO2 và H2O là những sản phẩm không độc hại đối với môi trờng vì vậy có thể thải trực tiếp ra môi trờng. 70% sản phẩm là những chất trung gian vì vậy không thể thải trực tiếp ra môi trờng mà phải tốn thêm một khoảng thời gian nữa để vi sinh vật phân huỷ tiếp thành những chất đơn giản hơn.
Ưu, nhợc điểm của phơng pháp [2]
Tuy vẫn còn nhiều nhợc điểm nhng phơng pháp sinh học vẫn đợc u tiên sử dụng vì nó phù hợp với điều kiện cơ sở ở nớc ta và đây là một công nghệ sạch không ảnh hởng nhiều đến môi trờng. Trong số các vi sinh vật có những loài sinh ra các polysacarit có tính chất nh là các chất dẻo (gọi là polyme sinh học-chất polyme ngoại bào-EPS), tạo thành màng (màng sinh học). Màng này cứ dầy dần thêm và thực chất đây là sinh khối vi sinh vật dính bám hay cố định trên vật liệu (chất mang).
Màng này có khả năng oxy hoá các chất hữu cơ có trong nớc khi chẩy qua hoặc tiếp xúc, ngoài ra màng này còn có khả năng hấp phụ các chất bẩn lơ lửng hoặc trứng giun sán v.v.
Sự phát triển của màng sinh học [11]
Khi không có nguồn hu cơ cacbon từ bên ngoài thì những vi sinh vật ngay sát bề mặt chất mang bắt đầu bớc vào giai đoạn hô hấp nội bào (quá trình tự oxy hoá) và mất khả năng bám chặt vào bề mặtvật chất mang. Các chất dinh dỡng có thể đồng hoá cùng oxy trong nớc cần xử lý sẽ vận chuyển và khuếch tán qua bề dày lớp màng sinh cho đến chừng nào mà các đám tế bào ở vùng sâu nhất không tiếp xúc đợc vơí chất dinh dỡng và oxy nữa. Thực tế trong quá trình xử lý nớc thải để thời gian của giai đoạn tiềm phát nhanh hơn ngời ta thờng không chỉ dựa vào những chất dinh dỡng sẵn có của chất nền và vi sinh vật tự nhiên trong nớc thải mà phải cho thêm chất dinh dỡng và đa thêm nhiều loại vi sinh vật vào cùng tham gia.
Nếu quá trình hình thành màng vẫn tiếp tục, độ dầy màng tăng lên thì các vi sinh vật lớp trong cùng không nhận đợc chất hữu cơ từ môi tr- ờng, chúng sẽ bớc vào giai đoạn hô hấp nội bào (tự oxy hoá) và do đó mất khả năng dính bám dẫn đến lớp màng ở đó sẽ bong ra và đợc dòng nớc rửa trôi, tại đó bề mặt vật liệu đợc giải phóng để lớp màng sinh học mới lại bắt.
Các loại màng sinh học [6]
Nồng độ những chất hữu cơ trong chất nền: lợng cacbon hữu cơ có thể đồng hoá đợc (AOC), lợng cacbon hữu cơ hoà tan dễ bị phân huỷ (BDOC), nhu cầu oxy sinh học (BOD). Trong mô hình này, khi dòng nớc thải chảy trên bề mặt vật liệu sẽ hình thành một màng sinh học, theo thời gian vi sinh vật phát triển làm cho độ dầy của màng tăng lên và phân chia thành 3 lớp. Lớp kế tiếp là vùng vi sinh vật tuỳ nghi hoạt động do chúng có thể duy trì sự sống trong điều kiện có oxy hoặc không có oxy.
Lớp trên cùng đợc cung cấp lợng oxy nhiều nhất do chúng tiếp xúc trực tiếp với không khí và nớc thải nên chỉ tồn tại những vi sinh vật hiếu khí.
Vật liệu tạo màng
- Đá dăm, cát sỏi và than đá: Đây là loại vật liệu đợc dùng khá phổ biến từ rất lâu ở nớc ta vì nó có sẵn trong tự nhiên, dễ kiếm và giá thành rẻ. Polystyren có tính chất giống nh PE, có độ thấm nớc và khí tơng đối nhỏ, là vật liệu có bề mặt bám dính tốt đối với vi sinh vật vì. Qua quá trình tìm hiểu một số loại vật liệu và qua kiểm nghiệm thực tế chúng tôi thấy rằng vật liệu xốp là đáp ứng đợc tốt nhất những yêu cầu đã đề ra và hiệu quả xử lý là chấp nhận đợc.
Vì vậy, trong khoá luận này chúng tôi tiến hành nghiên cứu xử lý nớc thải sinh hoạt lọc qua màng sinh học trên vật liệu xốp (phụ lục 2).
Thực nghiệm Chơng 4
Phơng pháp nghiên cứu
Đặc điểm của loại nớc thải này là nồng độ các chất ô nhiễm không quá cao, gồm nhiều loại chất hữu cơ dễ bị phân huỷ sinh học. Trong thực tế ngời ta không đi theo hớng xử lý nớc thải bằng phơng pháp thiếu khí một cách độc lập, mà thờng sử dụng phơng pháp này kết hợp với phơng pháp xử lý hiếu khí hoặc kỵ khí. Đây là phơng pháp sử dụng sự hoạt động của vi khuẩn hiếu khí nh- ng thực tế phơng pháp này bao gồm các loại vi khuẩn từ hiếu khí, tuỳ nghi.
Nh đã xác định, đối tợng xử lý là nớc thải sinh hoạt và mục đích của thực nghiệm này là làm sạch nớc thải để xả ra nguồn vì vậy nó chỉ là giai.
Một số phơng pháp phân tích
Sinh hàn, bếp điện, bình nón, pipet, buret, bình cầu ba cổ, các loại cốc chịu nhiệt, ống nghiệm, ống đong vv. Dung dịch muối Morh không bền (do có ion Fe2+) dễ bị oxy không khí oxy hoá, nên trớc khi sử dụng ta phải chuẩn độ lại bằng dung dịch K2Cr2O7. Độ đục làm giảm khả năng truyền ánh sáng trong nớc, ảnh hởng tới khả năng quang hợp của các vi sinh vật tự dỡng trong nớc, làm giảm chất lợng nớc.
Ngời ta đặt một bộ phận quan sát vuông góc với tia tới thì nó sẽ nhận đợc một chùm sáng tỷ lệ với các phần tử có trong nớc.
Thực nghiệm
Là các máy quạt gió thổi khí vừa có tác dụng cung cấp oxy cho vi sinh vật trong màng phát triển vừa có tác dụng đẩy những khí độc hại trong nớc thải ra ngoài và làm cho vật liệu thông thoáng không bị bịt kín bởi những mảnh màng bị bong ra theo dòng nớc kẹt giữa lớp vật liệu. Thông thờng thì cứ tiến hành cho nớc thải đi qua vật liệu lọc vi sinh vật trong nớc thải sẽ dính bám lên bề mặt vật liệu và dần dần hình thành màng, nhng giai đoạn này chiếm khoảng thời gian tơng đối dài. Vì vậy để thúc đẩy quá trình tạo màng ban đầu chúng tôi cho vật liệu lọc qua nớc thải sinh hoạt với nồng độ loãng (để trong đó vẫn còn giữ lại những vi sinh vật tạo màng và những chất hữu cơ đặc trng của loại nớc thải đó), đồng thời cung cấp thêm vi sinh vật tạo màng (đa những màng nhầy thờng xuất hiện ở cống thoát nớc tại gia đình - đây là nguồn vi sinh vật tạo màng khá lớn).
Ngoài ra còn bổ xung thêm chất dinh dỡng từ bên ngoài cho vi sinh vật nh đ- ờng gluco, dinh dỡng cây trồng,phân bón tổng hợp 20-20-20 do bộ môn Công nghệ Hoá Học, khoa Hoá học trờng ĐHKHTN- ĐHQG Hà nội sản xuÊt. Thời gian đầu vi sinh vật tiếp nhận những chất hữu cơ dễ phân huỷ, chúng cần ít thời gian để tiêu thụ lợng thức ăn này, nhng để tiêu hoá những hợp chất hữu cơ khó phân huỷ thì vi sinh vật trên màng tốn nhiều thời gian hơn. Ngoài ra trong thiết bị còn những màng sinh học đã già, không còn khả năng xử lý nữa, bị tróc ra nhng ở dạng kết dính khá lớn nên theo dòng n- ớc đi ra khỏi thiết bị, lắng khá thuận lợi, đợc tách ra dễ dàng.
Quá trình xử lý liên tục với thời gian lu đã xác định
Các chất lơ lửng trong nớc thải chủ yếu là các chất keo, phân tán nhỏ, những bụi cát dễ lắng nhng trong nớc thải chúng bị các chất hấp phụ vì vậy tạo thành những chất lơ lửng khó lắng. Từ bảng kết quả trên ta có thể thấy trong thời gian xử lý 60 phút các chỉ tiêu phân tích đợc có giá trị cao hơn so với quá trình xử lý gián đoạn. Điều này cũng phù hợp với qúa trình thực nghiệm vì, với thiết bị nhỏ, thời gian lu ngắn nên các phần tử nớc thải đi qua màng sinh học một lần rồi.
Xử lý gián đoạn có thể cải tạo nguồn nớc một cách dứt điểm nghĩa là sau quá trình xử lý các thông số phân tích đợc cho thấy đủ điều kiện thải ra.
