II- Nghiên cứu, lựa chọn cơng nghệ XLNT
2.5.1. Mục tiêu, nội dung và thiết kế nghiên cứu:
Vai trị của các vi sinh vật (VSV) cĩ ý nghĩa hết sức quan trọng trong quá trình XLNT chế biến NTS bằng ph−ơng pháp sinh học. Vì vậy, một trong các sản phẩm của đề tài đặt ra là nghiên cứu tuyển chọn tập hợp các chủng VSV cĩ hoạt lực phân giải cao các chất hữu cơ trong n−ớc thải, d−ới dạng bùn hoạt tính, gĩp phần nâng cao hiệu quả XLNT một số làng nghề CBTB và thủy sản.
Để thực hiện đ−ợc mục tiêu đĩ, đề tài đã tiến hành các nội dung nghiên cứu sau:
- Thu thập các chủng VSV cĩ khả năng phân huỷ xenlulo, tinh bột, protein, kitin và chuyển hố photpho, nitơ…từ các cơ quan nghiên cứu trong n−ớc để tuyển chọn các chủng cĩ hoạt lực phân giải nhanh và hữu hiệu các chất hữu cơ cĩ trong n−ớc thải của các làng nghề chế biến nơng, thuỷ sản (nguồn chủng 1).
- Phân lập các chủng VSV cĩ sẵn trong n−ớc thải làng nghề chế biến NTS để tuyển chọn các chủng cĩ các hoạt lực nĩi trên v.v… (nguồn chủng 2).
- Phối hợp nguồn chủng 1 và nguồn chủng 2 rồi thử nghiệm trên mơ hình để chọn đ−ợc các tổ hợp chủng hiếu khí và kị khí hữu hiệu đối với n−ớc thải làng nghề chế biến NTS
- Đề xuất loại vật liệu đệm sinh học làm tăng hiệu quả phân giải chất hữu cơ.
Chủng giống: 41 chủng giống VSV đ−ợc thu thập từ Viện cơng nghệ sinh học, Bộ mơn vi sinh học, tr−ờng ĐH KHTN, Trung tâm VSV học ứng dụng, ĐH QGHN, Viện Khoa học kỹ thuật nơng nghiệp VN. Đây đ−ợc gọi là nguồn chủng 1
Mẫu n−ớc thải: 51 mẫu n−ớc thải đ−ợc lấy ở các làng nghề CBTB thuộc các xã: Tân Hồ, Quốc Oai, Hà Tây; Tam Đa, Yên Phong, Bắc Ninh và làng nghề chế biến thủy sản thuộc xã Hải Bình, Tĩnh Gia, Thanh Hố. Trong đĩ cĩ 36 mẫu n−ớc thải làng nghề CBTB và 15 mẫu n−ớc thải làng nghề CBTS.
Nghiên cứu thí nghiệm đ−ợc thiết kế triển khai nh− sau:
- Mơ hình xử lí hiếu khí quy mơ 1m3 trong phịng thí nghiệm
Tạo bùn hoạt tính từ làng nghề CBTB (BHKTB1) và CBTHSĐL (BHKTS1) Đánh giá hiệu quả XLNT của các loại bùn hoạt tính
- Mơ hình xử lí kị khí ở quy mơ1m3 trong phịng thí nghiệm
Tạo bùn hoạt tính từ làng nghề CBTB (BKKTB1) và CBTHSĐL(BKKTS1) Đánh giá hiệu quả XLNT chế biến NTS của các loại bùn hoạt tính
- Mơ hình nghiên cứu hiệu quả xử lí kị khí n−ớc thải chế biến NTS của 03 loại vật liệu đệm (ống nhựa PVC , các tấm l−ới nilon, xỉ than) trong phịng thí nghiệm
Hình 2.17. Mơ hình xử lý kỵ khí cĩ vật liệu đệm
2.5.2. Kết quả nghiên cứu
a- Thành phần VSV trong n−ớc thải CBTB, r−ợu và THSĐL :
• Trong n−ớc thải CBTB ở Tân Hồ , Quốc Oai, Hà Tây:
Kết quả phân tích cho thấy vi khuẩn chiếm số l−ợng nhiều nhất, nấm mốc và nấm men là ít nhất. Tổng số VSV trong n−ớc thải là rất nhiều, đặc biệt là số l−ợng coliform, điều này cho thấy n−ớc thải sản xuất ở đây ơ nhiễm rất nặng, mặt khác cũng cho thấy việc sử dụng ph−ơng pháp sinh học để xử lý loại n−ớc thải này là rất khả thi.
Bảng 2.4. Thành phần và số l−ợng VSV trong n−ớc thải làng nghề CBTB Tân Hồ, Quốc Oai, Hà Tây
Số l−ợng VSV trong n−ớc thải ( x 103 CFU/ ml) TT Số
mẫu Vi khuẩn Xạ khuẩn Nấm Men Nấm mốc Coliform
1 M1 0,7. 103 17 100 8 23 2 M2 1,3.104 22 185 9 > 1.600 3 M3 1. 104 54 166 13 > 1.600 4 M4 2,3. 104 120 300 13 > 60.000 5 M5 2,6. 104 300 400 30 > 1.600 6 M6 2,5. 104 640 340 50 > 100 7 M7 1,6. 104 110 300 10 > 6.000
• Trong n−ớc thải chế biến r−ợu ở Tam Đa – Yên Phong – Bắc Ninh
Bảng 2.5. Thành phần và số các l−ợng VSV trong n−ớc thải làng nghề nấu r−ợu Tam Đa, Yên Phong, Bắc Ninh
Số l−ợng VSV trong n−ớc thải ( x 103CFU/ml) TT Số
mẫu Vi khuẩn Xạ khuẩn Nấm Men Nấm mốc Coliform
1 M1 1,2. 104 18 120 7 6.103 2 M2 1,4. 104 24 200 10 7. 103 3 M3 1,5. 104 80 250 20 6.5103 4 M4 1,4. 104 110 330 15 10. 103 5 M5 2,6. 104 280 460 28 8. 103 6 M6 3,5. 104 900 600 70 5. 103 7 M7 2,3. 104 1300 700 160 6. 103
Ghi chú: M1,2,3: N−ớc ngâm sắn. M6, 7: N−ớc thải từ hộ gia đình. M4,5: N−ớc thải tổng hợp.
• Trong n−ớc thải CBTHSĐL tại Hải Bình – Tĩnh Gia – Thanh Hố
Các VSV cĩ khả năng phân giải protein nh−: Bacillus, Clostridium, Pseudomonas, Aspergillus... nhờ enzym proteaza ngoại bào. Do vậy muốn giảm l−ợng protein trong n−ớc thải thì phải tuyển chọn đ−ợc các chủng VSV mà chúng cĩ khả năng tổng hợp enzim proteaza ở mức độ cao và sinh tr−ởng phát triển đ−ợc trong loại n−ớc thải cĩ thành phần và đặc tính nh− đã phân tích ở trên.
Tĩm lại để thúc đẩy quá trình phân giải chất hữu cơ thì “chức năng” chính thuộc về các VSV cĩ khả năng sản sinh ra các enzym phân giải chúng. Đây là cơ sở để tiến hành thu thập, phân lập và tuyển chọn các chủng VSV theo mục đích đặt ra. Việc kết hợp giữa các chủng tuyển chọn đ−ợc và các chủng bản địa cĩ sẵn sẽ tạo ra một tập hợp chủng cần thiết cho việc thử nghiệm XLNT của các làng nghề này.
b- Kết quả tuyển chọn các chủng VSV:
• Tuyển chọn các chủng VSV dùng cho XLNT làng nghề CBTB
Từ 49 chủng mới phân lập và 21 chủng thu đ−ợc từ các đơn vị hợp tác, tiến hành so sánh hoạt tính phân giải xenlulo và tinh bột của các chủng để tìm ra đ−ợc 23 chủng (gồm 15 chủng vi khuẩn, 3 chủng xạ khuẩn và 5 chủng nấm sợi) các chủng cĩ hoạt tính cao nhất.
Tiến hành thăm dị khả năng sinh tr−ởng của 23 chủng mới đ−ợc tuyển chọn trên mơi tr−ờng n−ớc thải CBTB. Kết quả cho thấy, trong số 23 chủng thí nghiệm chỉ cĩ 14 chủng sinh tr−ởng tốt trên mơi tr−ờng n−ớc thải (9 chủng vi khuẩn, 2 chủng xạ khuẩn và 3 chủng nấm mốc) và 14 chủng nĩi trên sẽ đ−ợc dùng cho nghiên cứu XLNT CBTB sau này.
21 chủng nguồn 1và 49 chủng nguồn 2 So sánh hoạt tính 23 chủng (15 chủng VK, 3 chủng XK và 5 chủng nấm ) Thăm dị trên mơi tr−ờng NT 14 chủng (9 chủng VK, 2 chủng XK và 3 chủng nấm • Tuyển chọn các chủng VSV dùng cho XLNT CBTHSĐL
Kết quả so sánh hai hoạt tính của 17 chủng phân lập cùng 9 chủng thu nhận từ các đơn vị hợp tác nghiên cứu cho thấy: 8 chủng (vi khuẩn: 4; xạ khuẩn: 2; nấm mốc: 2) cĩ khả năng phân giải mạnh protein (1,5 ≤ D-d ≤ 2) và kitin (1 ≤ D-d ≤ 1,8). Các chủng cịn lại gồm: 13 chủng cĩ hoạt tính trung bình với protein (0,5 - 1,5 cm) và kitin (0,5 - 1 cm) và 10 chủng yếu cĩ hoạt tính phân giải protein ≤ 0,5 cm.
Tiến hành đánh giá mức độ sinh tr−ởng của 8 chủng cĩ hoạt tính phân giải protein, kitin mạnh trong mơi tr−ờng n−ớc thải làng nghề CBTS và nhận thấy: 8 chủng đã đ−ợc tuyển chọn đều cĩ khả năng sinh tr−ởng từ mức độ trung bình (++) đến mạnh (+++) trên mơi tr−ờng NTTS. Do đĩ đề tài dùng tập hợp 8 chủng này cho các b−ớc nghiên cứu sau này.
17 chủng nguồn 2 9 chủng nguồn 1 So sánh hoạt tính 8 chủng (4 chủng VK, 2 chủng XK và 2 chủng nấm)
c- Sử dụng các chủng tuyển chọn (BHKTB1) trong XLNT bằng ph−ơng pháp hiếu khí
Sau 7 đợt xử lý VSV trong bùn hoạt tính đã đạt đến mức ổn định cả về số l−ợng và hoạt tính phân giảicác chất hữu cơ. Các tổ hợp chủng VSV đ−ợc tuyển chọn d−ới dạng bùn hoạt tính đ−ợc thử nghiệm XLNT ở quy mơ 10, 100 lít
• XLNT làng nghề CBTB
Kết quả xử lý ở quy mơ 10 lít: Đã xác định đ−ợc khi XLNT làng nghề CBTB bằng mơ hình hiếu khí thì tỷ lệ bùn hoạt tính bổ sung thích hợp 2,5 - 5%, pH thích hợp là 7 - 7,5, thời gian thích hợp 4 - 6 giờ cho hiệu quả cao nhất trong việc xử lý.
Hiệu quả XLNT của tổ hợp các chủng VSV tuyển chọn (BHKTB1) : Các chỉ tiêu COD, BOD5 cũng giảm đ−ợc khoảng 75 – 79% và cao hơn so với đối chứng (xem bảng 2.6). Nh− vậy, kết quả này cĩ thể đáp ứng đ−ợc yêu cầu để nâng cấp ở quy mơ xử lý lớn hơn.
Bảng 2.6. Hiệu quả XLNT CBTB của tổ hợp BHKTB1 ở quy mơ 100 lít
Hiệu quả xử lý (%) Chỉ tiêu Mẫu ban đầu
Mẫu đối chứng Mẫu thí nghiệm
COD (mg/l) 4875 63 79
BOD5 (mg/l) 2232 69 75
Coliform (MPN/100ml) 51.106 67 76
• Xử lý n−ớc thải làng nghề CBTHSĐL
Kết quả nghiên cứu hiệu quả XLNT CBTHSĐL của tổ hợp bùn hoạt tính BHKTS1 trên mơ hình hiếu khí cho thấy tỷ lệ bùn hoạt tính thích hợp là 5 – 7,5% và tỷ lệ đ−ợc áp dụng để triển khai ở các quy mơ 100 lít là 5%.
Kết quả nghiên cứu cho thấy : hiệu quả XLNT của bùn hoạt tính BHKTS1 ở quy mơ 100 lít theo COD, BOD5 và coliform giảm 75 -78%.
Bảng 2. 7. Hiệu quả XLNT CBTHSĐL của tổ hợp BHKTS1 ở quy mơ 100 lít
Hiệu quả xử lý (%) Chỉ tiêu Mẫu ban đầu
Mẫu đối chứng Mẫu thí nghiệm
COD (mg/l) 4200 62 77
BOD5 (mg/l) 2156 64 75
Coliform (MPN/100ml) 46.106 68 78
d- Sử dụng các chủng VSV tuyển chọn trong XLNT bằng ph−ơng pháp kỵ khí
Sau 7 đợt xử lý VSV trong bùn hoạt tính đã đạt đến mức ổn định cả về số l−ợng và hoạt tính phân giảicác chất hữu cơ. Các tổ hợp chủng VSV đ−ợc tuyển chọn d−ới dạng bùn hoạt tính (BKKTB) đ−ợc thủ nghiệm XLNT CBTB ở quy mơ 10, 100 và 1000 m3
• Xử lý n−ớc thải CBTB
Kết quả xử lý ở quy mơ 10 lít: Qua nghiên cứu đã xác định đ−ợc tỷ lệ bùn bổ sung ban đầu thích hợp cho quá trình xử lý kị khí n−ớc thải làng nghề CBTB là 15%. Thời gian tiến hành xử lý kị khí thích hợp là trong khoảng 4 đến 6 ngày, pH từ 6- 6,5.
Kết quả xử lý ở quy mơ 100 lít: Đánh giá hiệu quả XLNT làng nghề CBTB của bùn hoạt tính BKKTB2 ở mơ hình kị khí 100 lít: Sau 6 ngày n−ớc thải đ−ợc xử lý trong điều kiện kị khí cĩ bùn hoạt tính BKKTB2 COD giảm 80% ; BOD5 giảm 62% ; TS giảm 60% và SS giảm 53%. Trong khi đĩ ở lơ đối chứng các hàm l−ợng trên giảm lần l−ợt là 60, 56, 52 và 46%.
Bảng 2.8. Hiệu quả XLNT CBTB sau 6 ngày xử lý kị khí bằng bùn hoạt tính BKKTB2 ở mơ hình 100 lít
Các chỉ tiêu (mg/l) Mẫu ban đầu Mẫu đối chứng Mẫu thí nghiệm
COD 2870 1148 560
BOD5 1700 750 535
TS 1400 680 550 SS 1100 600 520 Kết quả xử lý ở quy mơ 1m3 : Nhận thấy các chủng VSV đã đ−ợc tuyển chọn cĩ
khả năng làm giảm đáng kể hàm l−ợng các chất hữu cơ: COD, BOD5, Coliform tổng số so với mẫu đối chứng (khơng bổ sung bùn hoạt tính BKKTB2) ở cùng điều kiện và thời gian xử lý.
Bảng 2.9. Hiệu quả xử lý kị khí n−ớc thải CBTB của bùn hoạt tính BKKTB2 ở quy mơ 1m3 (sau 5 ngày xử lí)
Các chỉ tiêu (mg/l) Mẫu ban đầu Mẫu đối chứng (%) Mẫu thí nghiệm (%) COD (mg/l) 3820 71.04 87,16 BOD5 (mg/l) 2314 75,23 90,72 Coliform (MPN/ml) 31.105 67,10 82,24 • Xử lý n−ớc thải CBTHSĐL :
Kết quả xử lý ở quy mơ 10 lít: đã xác định đ−ợc tỷ lệ bùn hoạt tính cần bổ sung là 15%, pH tối −u là 6,5 - 7,0; thời gian thích hợp là 3 - 5 ngày.
Kết quả xử lý ở quy mơ 100 lít: cho thấy sau 6 ngày bùn hoạt tính BKKTS3 đã làm giảm đ−ợc 81% COD ban đầu, 80% BOD5, 75% hàm l−ợng TS và 77% hàm l−ợng SS so với ban đầu. Trong khi đối chứng giảm lần l−ợt là : 72, 68, 63 và 64% (xem bảng 2.10).
Bảng 2.10. Hiệu quả XLNT CBTHSĐL sau 6 ngày xử lý kị khí bằng bùn hoạt tính BKKTS3 ở mơ hình 100 lít
Thời gian (ngày)
1 2 3 4 5 6 Các chỉ tiêu mg/l ĐC TN ĐC TN ĐC TN ĐC TN ĐC TN ĐC TN COD 2675 2405 2480 2015 2275 1750 1795 1390 1175 825 775 540 BOD5 2005 1835 1850 1695 1705 1205 1475 915 1120 670 720 435 TS 1575 1415 1410 1205 1200 1025 1170 895 945 650 635 425 SS 1325 1205 1150 1095 1105 975 980 705 835 430 520 335 Kết quả xử lý ở quy mơ 1 m3: Kết quả cho thấy các chủng VSV đã đ−ợc tuyển chọn cĩ khả năng làm giảm hàm l−ợng các chất hữu cơ: COD, BOD5, Coliform tổng số so với mẫu đối chứng (khơng cĩ bùn hoạt tính BKKTS3) ở cùng điều kiện và thời gian xử lý. Tuy nhiên mức độ khác biệt nhỏ hơn so với tr−ờng hợp XLNT tinh bột. Nguyên nhân cĩ thể do độ mặn khá cao trong NTTS đã ức chế hoạt động của các chủng tuyển chọn.
Bảng 2.11. Hiệu quả XLNT CBTHSĐL của bùn hoạt tính BKKTS3 ở quy mơ 1m3 (sau 5 ngày xử lí)
Các chỉ tiêu (mg/l) Mẫu ban đầu Mẫu đối chứng (%) Mẫu thí nghiệm (%) COD (mg/l) 4500 65,01 76,42 BOD5 (mg/l) 2450 69,14 75,65 Coliform (MPN/ml) 41.106 71,57 78,23
d. Hiệu quả của các vật liệu đệm sinh học trong xử lí kị khí n−ớc thải CBTB
Trong số các vật liệu đệm đ−ợc sử dụng cho mơ hình kị khí thì các ống nhựa PVC cho hiệu quả xử lí cao nhất, tiếp đến là xỉ than, cịn l−ới nilon cĩ hiệu quả xử lí thấp hơn cả. Tuy nhiên do cĩ giá thành rẻ lại đơn giản trong sử dụng, nên dùng xỉ than làm vật liệu đệm trong xử lý kị khí n−ớc thải làng nghề CBTB là hợp lí nhất.
Bảng 2.12. ảnh h−ởng của vật liệu đệm là xỉ than đến hiệu suất qúa trình xử lý kị khí
Khơng cĩ vật liệu đệm Vật liệu đệm Vật liệu đệm + BKKTB2 Các thơng số (mg/l) Các trị số ban đầu của
n−ớc thải Hiệu suất (%) Hiệu suất (%) Hiệu suất (%)
COD 3432 65 70 81
BOD5 2005 67 69 68
SS 981 42 44 43
TS 1123 39 40 43
e- Hiệu quả sử dụng tổ hợp các chủng VSV tuyển chọn trong XLNT CBTB và CBTSbằng ph−ơng pháp kỵ khí ở mơ hình trình diễn
XLNT CBTB ở mơ hình trình diễn
Qua kết quả phân tích 05 đợt mẫu n−ớc thải trong tháng 03/ 2004 cho thấy sau 3 ngày HQXL trung bình của tổ hợp các chủng VSV đã đ−ợc tuyển chọn đối với COD là 18,08% , đối với BOD5 là 18,16%, đối với SS là 14,98%
Các kết quả này cho thấy bể kị khí ABR cĩ bổ sung các chủng VSV đã đ−ợc tuyển chọn d−ới dạng bùn hoạt tính BKKTB2 cĩ hiệu quả trong việc XLNT làng nghề CBTB.
XLNT CBHSĐL ở mơ hình trình diễn
Kết quả phân tích mẫu cho thấy, sau 3 ngày xử lý HQXL n−ớc thải của tổ hợp chủng VSV đã đ−ợc tuyển chọn đối với BOD5 tăng lên 5,26 %, đối với COD tăng lên 5 %,đối với SS tăng lên 11 % so với đối chứng
Các kết quả thu đ−ợc cho thấy bể ABR cĩ bổ sung tổ hợp các chủng VSV đã đ−ợc tuyển chọn d−ới dạng bùn hoạt tính BKKTS3 cĩ hiệu quả trong việc XLNT của làng nghề CBTS.