không áp dụng. (Nguồn: Jetten et al., 2001).
đại, m„ạ„ — tốc độ sinh trưởng cực đại, DT - thời gian nhân đôi, K, - hệ số ái lực, K.A:
TRẤN THỊ LINH PHƯƠNG - MSSV: 10107077 Trang 47
Khảo sát mô hình xử lý Ammmonium bằng CNSH NASU
ma...
Hai dạng công trình sinh học đã được ứng dụng để khử Nitơ trong nước thải đó là
công trình sinh học sinh trưởng lơ lững và bám dính.
3.2.3.1.Quá trình LUDZACK-ETTINGER hiệu chỉnh (1973)
Quá trình này được để nghị bởi Barnad (1973). Nirate hóa và khử nitrate hóa xây ra
trong cùng một bể. Nitrate hóa xẩy ra trong vùng hiếu khí phía sau, khử nitrate hóa xảy
ra trong vùng hiếu khí phía trước. Nguồn carbon hữu cơ cần thiết cho quá trình khử nitrate hóa được lấy từ dòng nước thải đầu vào. Quá trình này có thể kiểm soát toàn bộ phần khử nitrate bằng cách thay đổi tỷ số dòng tuần hoàn. Tổng hiệu suất khử nitơ và tốc
độ nitrate hóa của quá trình được gia tăng.
Bùn tuần hoàn lỏng
Nước | | đo Nước ra
. Anoxic oic ———>` lắng => |: Bùn tuân hoàn Bùn dư
Hình 7: Sơ đồ quá trình LUDXACK-ETTINGER hiệu chỉnh (1973)
3.2.3.2.Quá trình BARDENPHO
Gồm 4 vùng hiếu khí và thiếu khí xen kế, dòng tuần hồn từ vùng hiếu khí đầu tiên
đến vùng thiếu khí đầu chuỗi với lưu lượng 4 - 6 lần lưu lượng vào. Quá trình khử nitơ
hoàn thiện hơn so với quá trình một, hai, ba bậc. Vùng thiếu khí thứ nhất không đạt được
khử nitrate hoàn toàn thì vùng thiếu khí thứ hai khử bổ sung thêm và hầu như khử lượng
nitrate từ vùng hiếu khí thứ hai sang một cách hoàn toàn và sử dụng carbon từ quá trình
Khảo sát mô hình xử lý Ammoniưm bằng CNSH NASU
hô hấp nội sinh cùa vi sinh vật. Vùng hiếu khí sau cùng khử nitơ ra khỏi hỗn hợp bùn
lỏng để ngăn ngừa bùn nổi ở bể lắng đợt hai.
Bùn tuần hoàn lỏng
_ nh. Nước ra Nước vào |
T - Anoxic Oxic Anoxic oxic
Bùn tuần hoàn
Hình 8: Sơ đồ quá trình Bardenpho
3.2.3.3. SBR (Sequencing Batch Reactors)
Các giai đoạn của quá trình SBR xảy ra nối tiếp nhau trong cùng một bể. Chuỗi nối
tiếp các giai đoạn của quá trình xử lý gồm: nạp đầy, phản ứng, lắng, tháo ra và chờ.
Khử nitơ trong SBR có thể chia thành hai giai đoạn sau:
e©_ Giai đoạn l: giai đoạn đầu tiên là giai đoạn thổi khí nhằm kết hợp oxy hóa carbon
Và nitrate hóa.
e_ Giai đoạn 2: giai đoạn hai là giai đoạn thiếu khí thực hiện quá trình khử nitrate hóa.
3.2.3.4. BIOERG
TRẦN THỊ LINH PHƯƠNG ~ MSSV: 10107077 Trang 49
Khảo sát mô hình xử lý Ammonium bằng CNSH NASU
Công nghệ BIOERG được đưa ra bởi công ty thiết bị môi trường Nhật Bản Ebara,
ứng dụng để khử nitơ kết hợp với khử phospho. Bể gồm 3 ngăn ky khí, thiếu khí và hiếu khí kế tiếp nhau và có các đặc trưng sau:
e Khử Nitơ và Photpho kết hợp.
e ` Kết hợp giữa sinh trưởng lơ lửng và sinh trưởng bám dính bằng cách thêm vào các
giá thể dạng viên có đường kính 3- 5 mm chế tạo từ polyethylenglycol trong ngăn thổi khí để thúc đẩy và ổn định quá trình NHrate hóa.
e Giảm thời gian xử lý.
e© Tiết kiệm năng lượng vận hành.
e Tách các giá thể ở đâu ra bằng lưới chắn có kết cấu đặc biệt.
e_ Dễ áp dụng cho các trạm xử lý đang hoạt động.
Bùn tuần hoàn lỏng
Nước ra
Nước vào ị TS | C 3
+ Anoxic oxic Anxic [CC lắng T-
À. _ - Bùn tuần hoàn : Bùn dự
Hình 9: Sơ đồ công nghệ BIOERG
Khảo sát mô hình xử lý Annomiuưm bằng CNSH NASU
———————————.
3.2.3.5. Mương oxy hóa
Quá trình oxy hóa cacbon, nitrate hóa và khử nitrate xảy ra trong mương trong các
vùng thiếu hiếu khí và thiếu khí được tạo chạy dọc ra theo chiều dài mương.
Trong mương oxy hóa, DO sẽ cao nhất trong vùng xáo trộn và giảm dần dọc theo
chiều đài mương do sự tiêu thụ oxy cuắ sinh khối khi hỗn hợp bùn lỏng đi chuyển quanh mương. Sau khi đủ thời gian di chuyển, vùng thiếu khí sẽ được tạo ra phía sai tính từ thiết
bị xáo trộn cơ khí.
Nhược điểm của mương oxy hóa ứng dụng để khử Nitơ là tốc độ nitrate hóa và khử nitrate sẽ thấp do thời gian lưu bùn tương đối lâu cho quá trìnhh nitrate hóa, nông độ chất
hữu cơ dễ phân hủy sinh học thấp và do nồng độ DO tiếp giáp giữa hai vùng thiếu khí và
hiếu khí. Do đó, lượng sinh khối sẽ lớn để bù lại tốc độ phản ứng chậm.
Khảo sát mô hình xử lý Ammonium bằng CNSH NASU CHƯƠNG 4: MÔ HÌNH VÀ PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN
4.1. PHƯƠNG PHÁP LUẬN
4.1.1. Cơ sở của quá trình xử lý sinh học
Bản chất của quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học là sử dụng khả. năng họat động của vi sinh vật để phân hủy các chất ô nhiễm hữu cơ có trong nước thải.
Trong công trình xử lý sinh học, các chất ô nhiễm như chất hữu cơ hòa tan và các chất keo
được vi sinh vật sử dụng làm nguồn thức ăn cho sự sinh trưởng của chúng. Trong quá trình
tăng trưởng, vi sinh vật chuyển hóa các chất ô nhiễm thành CO¿, H;O và các tế bào mới
(sinh khối/bùn). Các chất ô nhiễm được loại thông qua công trình lắng để tách bùn ra khỏi.
. nước thải.
Sự phân hủy cơ chất bởi vi sinh vật sẽ làm giảm nồng độ chất ô nhiễm theo thời gian đồng
thời làm tăng khối lượng tế bào. Quá trình chuyển hóa cơ chất và tăng trưởng sinh khối
được minh họa bằng đường cong sinh trưởng.
‹<-
5 Pha logarit Pha suy giảm Pha hô hấp nội sinh
S 4+— »——— —> > Vi khuẩn | Cơ chất —> Thời gian
Khảo sát mô hình xử lý Ammoniưmu bằng CNSH NASU
Hình 10: Quan hệ giữa sự tăng trưởng sinh khối và sự khử cơ chất
Phần thấp hơn của đường cong gọi là pha tăng trưởng logarit: trong pha này sự tăng trưởng cuả tế bào là cực đại do nguôn thức ăn đầy đủ. Do quá trình tăng trưởng tiếp tục nên nguồn thức ăn cạn dân và pha tăng trưởng suy giảm xảy ra. Tiếp theo sự thiếu hụt nguồn thức ăn, các tế bào vi khuẩn bắt đầu chết và được sử dụng bởi những vi sinh vật còn lại. Pha này gọi là pha hô hấp nội sinh hoặc pha tự oxy hóa và kết quả là khối lượng sinh khối giảm. Trong một số trường hợp, có thể tôn tại một pha phía trước pha tăng .
trưởng logatrit, đây là giai đoạn mà vi sinh vật thích nghỉ với nguồn thức ăn mới và môi trường mới.
Trong một hệ thống xử lý sinh học tiêu biểu, nước thải có thể đi vào một bể chứa kín hoặc hở, hoặc được lưu lại trong một hồ chứa trong một khoảng thời gián nhất định, gọi là thời gian lưu nước. Trong thời gian này, quá trình phân hủy và loại bỏ chất ô nhiễm bởi vi
sinh vật xảy ra. Pha tăng trưởng vi sinh vật trong công trình xử lý có thể được kiểm soát
thông qua việc khống chế nồng độ cơ chất và tải trọng hữu cơ.
Tất cả các vi khuẩn sử dụng trong xử lý nước thải có 'thể được phân chia làm 3 nhóm tùy thuộc vào khả năng sử dụng oxy của chúng. Các vi sinh vật mà chỉ tổn tại khi được cung cấp oxy phân tử gọi là hiếu khí nghiêm ngặt. Những vi sinh vật tổn tại trong môi trường hoàn toàn không có oxy phân tử gọi là kị khí nghiêm ngặt. Các vi sinh vật có khả năng sống trong môi trường có hoặc không có oxy phân tử đuợc gọi là nhóm tùy tiện. Các hệ xử lý sinh học sử dụng biện pháp làm thoáng để cung cấp oxy nguyên tử cho vi sinh
vật được gọi là quá trình hiếu khí, trong khi các hệ thống sử dụng vi sinh vật kị khí để thực hiện phản ứng sinh học gọi là quá trình kị khí.
Các phản ứng sinh hóa xảy ra bên trong các quá trình hiếu khí và kị khí là khác
nhau, vì vậy sản phẩm cuối của hai quá trình này cũng khác nhau. Sản phẩm cuối của quá
:——>——————---—---R-—
TRẤN THỊ LINH PHƯƠNG - MSSV: 10107077 — Trang 53
Khảo sát mô hình xử lý Ammonium bằng CNSH NASU
—— TT ỮỮỒỏỮỮỮỮỏỮỒỏ.
trình hiếu khí là nước, cacrbon dioxide, nitrat và sunphat. Trong khi đó sản phẩm của quá
trình kị khí là khí mêtan, ammonium, carbon dioxide, sunphit và các mercaptan.
4.1.2. Sơ lược về quá trình hiếu khí và hiếu khí không bắt buộc (tùy nghỉ) trong xử lý
nước thải
Khi bể xử lý được xây dựng xong và đưa vào vận hành thì các vi khuẩn có sẵn trong nước thải bắt đầu phát triển theo chu kỳ phát triển của các vi khuẩn trong một mẻ cấy vi
_ khuẩn. Trong thời gian đầu, để sớm đưa hệ thống xử lý vào hoạt động ổn định có thể dùng
bùn của các bể xử lý đang hoạt động gần đó cho thêm vào bể mới như là một hình thức cấy thêm vi khuẩn cho bể xử lý. Chu kỳ phát triển của các vi khuẩn trong bể xử lý bao
gồm 4 giai đoạn:
e_ Giai đoạn chậm (lag-phase): xảy ra khi bể bắt đầu đưa vào hoạt động và bùn của các bể khác được cấy thêm vào bể. Đây là giai đoạn để các vi khuẩn thích nghỉ với
môi trường mới và bắt đầu quá trình phân bào.
e© Giai đoạn tăng trưởng (log-growth phase): giai đoạn này các tế bào vi khuẩn
tiến hành phân bào và tăng nhanh về số lượng: Tốc độ phân bào phụ thuộc vào thời.
gian cần thiết cho các lần phân bào và lượng thức ăn trong môi trường.
e Giai đoạn cân bằng (stationary phase): lúc này mật độ vi khuẩn được giữ ở một
số lượng ổn định. Nguyên nhân của giai đoạn này là (a) các chất dinh dưỡngcân
thiết cho quá trình tăng trưởng của vi khuẩn đã bị sử dụng hết, (b) số lượng vi khuẩn sinh ra bằng với số lượng vi khuẩn chết đi.
s_ Giai đoạn chết (log-death phase): trong giai đoạn này số lượng vi khuẩn chết đi
nhiều hơn số lượng vi khuẩn được sinh ra, do đó mật độ vi khuẩn trong bể giảm .| TRẦN THỊ LINH PHƯƠNG ~ MSSV: 10107077 Trang 54.
Khảo sát mô hình xử lý Anunonium bằng CNSH NASU
nhanh. Giai đoạn này có thể do các loài có kích thườc khả kiến hoặc là đặc điểm
của môi trường.
Ẫ _ HS k4 — |8 Giaidoancân bằng š Ỹ Ặ 8 ⁄Z NI „ 8=. N, 3lŠ§5 NT - | X NÓ SỐ SỐ
tiỗ >2... Giai đoan chết
§ ì Đ„ MU ¬
: . NI GM. quy
3
Thừi gian
Hình 11: Một đồ thị điển hình về sự tăng trưởng của vi khuẩn trong bể xử lý Cũng cân nó thêm rằng đồ thị trên chỉ mô tẩ sự tăng trưởng của một quần thể vi khuẩn đơn độc. Thực tế trong bể xử lý có nhiễu quân thể khác nhau và có đồ thị tăng trưởng
giống nhau về dạng nhưng khác nhau về thời gian tăng trưởng cũng như đỉnh của đồ thị.
Trong một giai đoạn bất kỳ nào đó sẽ có một loài có số lượng chủ đạo do ở thời điểm đó
các điều kiện như pH, oxy, dinh dưỡng, nhiệt độ... phù hợp cho loài đó. Sự biến động về -
các vi sinh vật chủ đạo trong bể xử lý được biểu diễn trong hình bên dưới. Khi thiết kế và
vận hành hệ thống xử lý chúng ta phải để ý tới cả hệ vi sinh vật này, không nên nghĩ rằng đây là một "hộp đen" với những vi sinh vật bí mật.
TRẦN THỊ LINH PHƯƠNG - MSSV: 10107077 —— Trang55
Khảo sát mô hình xử lý Ammonium bằng CNSH NASU
._= 1 Bacteria 'Free swiuaming ciliates £ Số lượng tưởng đối các vi sinh vậi
Hình 12:Đồ thị về sự tăng trưởng tương đối của các vi sinh vật trong bể xử lý nước thải
Nguôn: Wastewater Engineering: treatment, reuse, diỉsposal, 1991
Như đã nói ở trên vi khuẩn đóng vai trò quan trọng hàng đầu trong các bể xử lý nước
thải. Do đó trong các bể này chúng ta phải duy trì một mật độ vi khuẩn cao tương thích
với lựu lượng các chất ô nhiễm đưa vào bể. Điều này có thể thực hiện thông qua quá trình
thiết kế và vận hành. Trong quá trình thiết kế chúng ta phải tính toán chính xác thời gian tồn lưu của vi khuẩn trong bể xử lý và thời gian này phải đủ lớn để các vi khuẩn có thể `
sinh sản được. Trong quá trình vận hành, các điều kiện cần thiết cho quá trình tăng trưởng
của vi khuẩn (pH, chất dinh dưỡng, nhiệt độ, khuấy trộn...) phải được điều chỉnh ở mức
thuận lợi nhất cho vi khuẩn.
Khảo sát mô hình xử lý Anunomium bằng CNSH NASU 4.2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
4.2.1.Mô hình
Thực hiện nghiên cứu ứng dụng hai quá trình sinh học nitrát hóa và anammox bằng
mô hình thực nghiệm, mô hình xử lý ammonium. Mô hình gồm các phần nối tiếp nhau:.
thùng pha môi trường, bể phản ứng (nơi xảy ra ra hai quá trình Nitrát hóa và
Anammox), bình lắng, thùng chứa đầu Ta.
Mô hình xử lý Ammonium có kích thước và nguyên tắc họat động như sau: * Thùng pha môi trường(45 lít): pha loãng môi trường với nông độ mong muốn.
%» Bể sinh học _
Bể được làm từ những tấm mica có bể dày 3mm ghép lại với nhau. Kích thước bể
gồm dài x rộng x cao = 260mm x 115mm x 450mm, thể tích hữu ích cuả bể là 12 lít, chiều cao lớp nước là 400 mm (chiều cao tổng cộng 450 mm). Nước thải bơm vào mô hình bằng
bơm định lượng có thể thay đổi lưu lượng. Bơm có thể bơm với lưu lượng từ 20 — 50
lí/ngày. Lưu lượng bơm vào mô hình là 10 lí/ngày. Bể gồm có hai ngăn chính và I khe nhỏ ở giưã: ngăn thứ nhất xây ra quá trình nitrate hoá; ngăn thứ hai xảy rả quá trình anammox, khe nhỏ là nơi trung gian giưã hai ngăn.Hai ngăn có kích thước bằng nhau với
đài x rộng x cao = 115mm x 115mm x 450mm; khe nhỏ có chiều rộng là 30mm.
_ Khí được khuyếch tán vào ngăn thứ nhất bằng cục đá phân phối bọt khí và cung cấp
bằng máy thổi khí, lượng khí cung cấp vào ngăn thứ nhất sẽ được duy trì trong khoảng 2.5
- 5 l/phút.
% Bình lắng
TRẦN THỊ LINH PHƯƠNG - MSSV: 10107077 _ _ Trang 57
Khảo sát mô hình xử lý Anunoniưa bằng CNSH NASU
Ngăn thứ 2 cuối vách có đục lổ nhỏ có đường kính 5mm để gắn ống dẫn nước xả ra
¡1 Bình nhựa 5 lít. Trong bình nhựa này đặt một chai nhựa 1.5 lít có khoét lổ dưới đáy để
nước lắng xuống. Từ bình nhựa 5 lít đục tiếp 1 lỗ để dẫn nước xả ra một thùng nhựa đặt
bên ngoài.
+ Thùng chứa đâu ra (4 lít):thu gom lượng nước sau khi xử lý
Chi tiết mô hình được thể hiện ở hình vẽ dưới đây:
máy Á sục O máy . khí : bơm N Hình 13: Mô hình xử lý Ammonium
4.2.2. Hoạt động của mô hình
s Pha Môi trường:
Môi trường được pha với mục đích tạo nguồn nước ô nhiễm với nổng độ mong muốn
để thí nghiệm trên mô hình. Bao gồm các chất sau:
-_ (NH¿;SO¿ có nồng độ N-NH/ : 250 - 600 mg/1
Khảo sát mô hình xử lý Ammonium bằng CNSH NASU "xe —."—————————————— - - KH;PO¿ có nồng độ P : 70 mg/1 - - Hỗn hợp stock gồm: EDTA 5,0g; ZnSO,.7H;SO,2,2g CaCl;.6H;O 1,6g MnC];.4H;O 3. lg CuSO,.5H;O 1,6g (NH¿)6Mo;O¿;¿.4H2O CaCl,.2HạO 5,5g. FeSOx.7H;O 5,0g
s* Vi sinh nuôi cấy:
Bùn nitrate hoá: bùn nuôi cấy ban đầu là bùn hoạt tính (vi sinh Ni/rosomonas) được
lấy từ phòng vi sinh cuả Viện sinh học nhiệt đới. Lượng bùn cho vào ngăn là 25g.
_ Bùn anammox: bùn anammox được lấy từ cột UASB cuả mô hình pilot xử lý nước