6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
1.2. Sự ô nhiễm môi trường nước
d[ES]
= k .[E].[S]- k .[ES]- k .[ES] dt
- Thay E = E0 – ES vào phương trình trên ta được: 1 0 1 2 3 d[ES]
= k .[E ].[S] - (k .S + k + k ).[ES] dt
Theo quy luật trạng thái ổn định của chất trung gian ES, ta có:
1 0 1 2 3 d[ES] = 0 k .[E ].[S] - (k .S + k + k ).[ES] = 0 dt 1 0 2 3 1 . k [E ].[S] [ES] = k + k + k .[S]
- Tốc độ phân hủy của ES theo phản ứng (2) là:
1 3 0 3 2 3 1 k .k .[E ].[S] v = k .[ES] = k + k + k .[S] (3.1)
- Tốc độ phản ứng (2) đạt cực đại khi tất cả các vi sinh vật đều tham gia phản ứng với tạp chất hữu cơ để tạo thành ES. Khi đó, [ES] = [E0] là nồng độ ban đầu của vi sinh vật, tức là:
max 3 0
v = k .[E ] (3.2) - Thay (3.2) vào (3.3) ta được:
1 max 2 3 1
k .v .[S] v =
- Chia tử và mẫu của (3.3) cho k1 và đặt M 2 3 1 k + k K = k ta được: max M v .[S] v = K +[S] (3.4)
Đây là phương trình động học cơ bản của quá trình phân hủy các hợp chất hữu cơ. Từ phương trình (3.4) ta suy ra:
M max max K 1 1 1 = + . v v v [S] (3.5)
- Trong tính toán thực tế ta có thể thay giá trị tốc độ phản ứng v trong các phương trình trên bằng tốc độ trung bình v. Tốc độ trung bình được đo bằng biến thiên nồng độ tạp chất hữu cơ trong khoảng thời gian t.
0 S S v t
Vì vậy, có thể viết phương trình (3.5) dưới dạng (3.6):
0 max max 1 1 . m k t S S v v S (3.6)
Phương trình (3.6) là phương trình đường thẳng có dạng: y = a.x + b. Với các hệ số: M max K a = v và max 1 b = v
- Như vậy, bằng phương pháp đồ thị ta có thể tính được các giá trị của a, b. Tức là, xác định được các thông số động học cơ bản như vmax, KM.
* Cách thành lập phương trình (3.6):
Từ các kết quả thực nghiệm, chúng tôi tiến hành + Xác định thời gian t và tính 0 t y S S ; x =S1. Trong đó:
- S0 là giá trị COD đầu vào (mgO2/L). - S là giá trị COD tại thời gian t (mgO2/L).
+ Tiến hành xây dựng đồ thị từ các số liệu thực nghiệm thu được.
* Để thiết lập phương trình động học (3.6) cho quá trình phân hủy các tạp chất hữu cơ có trong nước thải nuôi tôm, chúng tôi đã tiến hành nghiên cứu xử lý mẫu nước thải nuôi tôm (M5) trên hệ pilot theo kỹ thuật SBR (hiếu khí kết hợp thiếu khí). Kết quả thu được bảng số liệu sau:
Bảng 3.6. Bảng số liệu xây dựng phƣơng trình động học quá trình phân hủy sinh học các hợp chất hữu cơ trong nƣớc thải nuôi tôm
Thời gian (ngày) S0 (mgO2/L) S (mgO2/L) S0–S (mgO2/L) 0 t S S 1 S 0 452,7 - - - - 2 - 330,8 121,9 0,0030 0,0164 5 - 182,6 270,1 0,0055 0,0185 7 - 117,9 334,8 0,0085 0,0209 8 - 88,7 364 0,0113 0,0220
Biểu diễn các số liệu thực nghiệm trong bảng 3.6 theo phương trình (3.6) chúng tôi thu được đồ thị theo hình 3.10
0.016 0.017 0.018 0.019 0.020 0.021 0.022 0.002 0.004 0.006 0.008 0.010 0.012 t/ (S0-S ) 1/S y = 0,6798x + 0,0146 R2 = 0,9882
Từ đồ thị ta có phương trình động học của quá trình xử lý nước thải nuôi tôm ta có: y = 0,6798x +0,0146 Hay 0 1 0, 6978 0, 0146 t S S S
Dựa vào đó ta tính được các giá trị:
max 0,6978 M K a v và max 1 0, 0146 b v Nhận xét: - Từ đồ thị và phương trình động học có thể tính được tốc độ phản ứng phân hủy cực đại và hằng số KM.
- Căn cứ vào phương trình động học có thể dự đoán được thời gian cần thiết để đạt được giá trị COD mong muốn.
- Căn cứ vào phương trình động học ta cũng có thể dự đoán được giá trị
COD sau khi xử lý (khi biết được giá trị COD đầu vào và thời gian t).
3.5.2. Kiểm chứng phương trình động học bằng cách so sánh thời gian thực tế với thời gian lý thuyết thực tế với thời gian lý thuyết
* Để kiểm chứng phương trình động học, chúng tôi đã tiến hành xử lý một số mẫu nước thải nuôi tôm với giá trị COD đầu vào khác nhau
- Mẫu 6 (M6): Mẫu nước thải nuôi tôm có giá trị COD đầu vào là 463 mgO2/L, tiến hành xử lý mẫu ta thu được kết quả sau:
Bảng 3.7. Bảng so sánh giá trị thời gian giữa tính lý thuyết và thực tế xử lý (M6)
S0 (mgO2/L) S (mgO2/L) 1/S S0–S (mgO2/L) Thời gian thực tế (ngày) Thời gian lý thuyết (ngày) 463 - - - 0 0 - 354,3 0,0028 108,7 2 1,79 - 187,5 0,0053 275,5 5 5,01 - 131,4 0,0072 325,6 7 6,57 - 97,7 0,0114 375,3 8 7,92
Mẫu 7 (M7): Mẫu nước thải nuôi tôm có giá trị COD đầu vào là 535 mgO2/L, tiến hành xử lý mẫu ta thu được kết quả sau:
Bảng 3.8. Bảng so sánh giá trị thời gian giữa tính lý thuyết và thực tế xử lý (M7)
S0 (mgO2/L) S (mgO2/L) 1/S S0–S (mgO2/L) Thời gian thực tế (ngày) Thời gian lý thuyết (ngày) 535 - - - 0 0 - 414,7 0,0024 110,3 2 1,94 - 254,5 0,0039 280,5 5 4,86 - 169,7 0,0053 345,3 7 6,79 - 108,6 0,0080 410,4 8 8,01 Nhận xét:
Kết quả xử lý theo thời gian thực tế khá gần với lý thuyết và cho độ lặp khá cao trong quá trình xử lý. Điều này cho thấy tính ổn định của hệ vi sinh và thiết bị xử lý.
Kết quả xử lý các mẫu để so sánh giữa thời gian lý thuyết và thực tế, ta thấy gần như thời gian thực tế lớn hơn thời gian lý thuyết. Điều này có thể lý giải như sau: thời gian (t) phụ thuộc vào nồng độ các hợp chất hữu cơ có trong nước thải ở các khoảng thời gian khác nhau. Mà sự thay đổi nồng độ các hợp chất hữu cơ trong nước thải lại phụ thuộc vào các giai đoạn sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật. Ban đầu vi sinh vật phải cần có thời gian để thích nghi với môi trường nước thải, sau một thời gian thích nghi vi sinh vật sẽ tham gia mạnh vào quá trình phân hủy các hợp chất hữu cơ làm COD giảm nhanh, trong quá trình này độ dày của màng vi sinh vật tăng dần lên đến một lúc nào đó lớp màng vi sinh vật bị bong ra và cuốn theo dòng nước thải. Mặt khác, trong nước thải còn lại các hợp chất hữu cơ khó bị phân hủy sinh học nên cũng góp phần làm giảm chậm giá trị COD của nước thải.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Kết luận
Qua quá trình nghiên cứu chúng tôi đã thu được những kết quả sau:
1. Đã tạo được hệ thiết bị xử lý nước thải nuôi tôm nước lợ theo công nghệ SBR trên hệ thống pilot đã được xây dựng theo kiểu tích hợp 5 bể xử lý trong công nghệ SBR chuẩn thành một bể xử lý tuần tự.
2. Đã tiến hành nuôi cấy thành công vi sinh vật với chất mang là vật liệu xốp trên hệ thống xử lý nước thải.
3. Đã nghiên cứu xử lý chất hữu cơ trong nước thải nuôi tôm theo thời gian trên một số mẫu nước thải nuôi tôm.Qua đó các kết quả cho thấy khả năng xử lý nước thải nuôi tôm ở quy mô pilot bởi hệ vi sinh vật hiếu khí kết hợp với hệ sinh vật thiếu khí đạt hiệu quả cao.
4. Tiến hành nghiên cứu xử lý hàm lượng chất hữu cơ có trong mẫu nước thải nuôi tôm trên 2 kỹ thuật vận hành hiếu khí kết hợp thiếu khí và kỹ thuật hiếu khí. Qua đó cho thấy với kỹ thuật hiếu khí kết hợp thiếu khi cho hiệu quả xử lý cao hơn và có nhiều ưu điểm vượt trội hơn khi xử lý các hợp chất hữu cơ bền khó phân hủy.
5. Đã nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình xử lý chất hữu cơ trong nước thải nuôi tôm. Qua đó cho thấy nhiệt độ có ảnh hưởng rất lớn đến khả năng xử lý chất hữu cơ có trong nước thải nuôi tôm, đặc biệt là xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học. Nhiệt độ thích hợp cho xử lý nước thải nuôi tôm bằng sinh học ở trong khoảng từ 28-380
C và hiệu quả nhất ở 33oC. 6. Đã xây dựng được phương trình động học cho quá trình phân hủy các hợp chất hữu cơ trong hệ thống thiết bị và kiểm tra tính đúng đắn của phương trình khi làm thí nghiệm với mẫu nước thải nuôi tôm mới. Chúng tôi hy vọng có thể sử dụng các phương trình lí thuyết này để dự đoán các kết quả xử lý nước thải trong thực tế.
Kiến nghị
Trong khuôn khổ của luận văn, còn những vấn đề chưa được giải quyết. Do vậy, chúng tôi đề nghị:
Cần nghiên cứu xử lý thêm một số chất gây ô nhiễm khác có trong nước thải nuôi tôm.
Nghiên cứu ứng dụng thiết bị để xử lý một số nước thải khác như nước thải nuôi trồng thủy sản, nước thải chăn nuôi,....
DANH MỤC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CÔNG BỐ
Lê Thị Thanh Thúy*
, Hồ Huy Tùng, Võ Thị Đăng Thạch (2019), “Nghiên cứu xử lý sinh học cho nước thải nuôi tôm tại Bình Định bằng công nghệ Sequencing Batch Reactor”, Tạp chí phân tích hóa và sinh học nhận đăng 2020.
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Cao Thế Hà (1999), Giáo trình xử lý nước, Đại học Khoa học Tự nhiên, Hà Nội.
[2] Lương Đức Phẩm (2011), Công nghệ xử lý nước thải bằng biện pháp sinh học, Nhà xuất bản Giáo Dục Việt Nam.
[3] Nguyễn Xuân Nguyên (2005), Lý thuyết và mô hình hóa quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học,Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội.
[4] Trần Đức Hạ (2002), Xử lý nước thải sinh hoạt quy mô nhỏ và vừa, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội.
[5] Trần Văn Nhân và Ngô Thị Nga (2005), Công nghệ xử lí nước thải, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội.
[6] Trịnh Xuân Lai (2000), Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải, Nhà xuất bản Xây dựng, Hà Nội.
[7] Lê văn Cát (2007), Xử lý nước thải giàu hợp chất Nitơ và Photpho, Nhà xuất bản Khoa học tự nhiên và Công nghệ, Hà Nội.
[8] Nguyễn Xuân Thành (2005), Giáo trình vi sinh vật học công nghiệp, Nhà xuất bản Giáo Dục, Hà Nội.
[9] Trần Hiếu Nhuệ (2001), Thoát nước và xử lý nước thải công nghiệp, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội.
[10] Nguyễn Văn Phước (2007), Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học, Nhà xuất bản ĐHQG TP. Hồ Chí Minh.
[11] Nguyễn Đình Bảng, Lê Thị Thanh Thúy (2005), “Động học của quá trình phân hủy sinh học các tạp chất hữu cơ trong nước thải của công nghệ sản xuất bia trên thiết bị lọc sinh học ngập nước”. Tạp chí khoa học ĐHQGHN, KHTN, TXXII, số 3APT, 2006, tr. 06 - 10.
[12] Lê văn Cát (1999), Cơ sở hóa học và kỹ thuật xử lý nước, Nhà xuất bản Thanh Niên Hà Nội.
[13] Nguyễn Đình Bảng (2004), Các phương pháp xử lý nước, nước thải, Nhà xuất bản ĐHKHTN Hà Nội.
[14] Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 5999:1995 Chất lượng nước -Lấy mẫu- Hướng dẫn lấy mẫu nước thải
[15] Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 6663-3:2008 Chất lượng nước- Lấy mẫu- Phần 3: Hướng dẫn bảo quản và xử lý mẫu.
[16] Lê Thị Thanh Thúy, Nguyễn Đức Ngọc (2009), “Nghiên cứu động học của quá trình phân hủy các chất hữu cơ trong nước thải sản xuất sữa bằng thiết bị lọc sinh học ngập trong nước”. Tạp chí khoa học trường Đại học Quy Nhơn, tập 3, số 1, 2009, tr.133 - 139.
[17] Trần Đại Lâm, Nguyễn Tuấn Dung, Nguyễn Lê Huy, Lê Viết Hải (2017), “Các phương pháp phân tích hóa lý hiện đại”, Nhà xuất bản Khoa học Tự nhiên và Công nghệ, Hà Nội.
[18] R. Boopathy, C. Bonvillain, Biological treatment of low-salinity shrimp aquaculture wastewater using sequencing batch reactor, International Biodeterioration & Biodegradation 59, 16 - 19 (2007).
[19] C. Lyles, R. Boopathy, Q. Fontenot, M. Kilgen (2008), Biological Treatment of Shrimp Aquaculture Wastewater Using a Sequencing Batch Reactor, Biochem Biotechnol 151:474–479.
[20] Anthonisen, A.C., Loehr, R.C., Prakasam, T.B.S., Srinath, E.G. (1976),
Inhibition of nitrification by ammonia and nitrous acid. J. Water Pollut. Control Federation, 48(5), 835–852.
[21] ShisongRen, MingLiang, WeiyuFan, YuzhenZhang, Chengduo Qian, YingHe, JingtaoShi, (2018) “Investigating the effects of MBBR on the
properties of gilsonite modified asphalt”, Construction and Building Materials 190, 1103-1116.
[22] Anil Kumar De (1989), Environmental Chemistry, Wiley Eastern Limited India.
[23] Clair N Sawyer, Perry L.Mc Carty, Gene F.Parkin (1994), Chemistry for Enveronmental Engineering, McGraw-Hillbook Co Singapore.
[24] Wirtanen G, Saarela M (2000), Biofilm-impact on hygiene in food industries, Wiley.
[25] L. Nyanti, G. Berundang and T.Y. Ling, Short Term Treatment of Shrimp Aquaculture Wastewater Using Water Hyacinth (Eichhornia crassipes), World Applied Sciences Journal, 8(9), 1150-1156 (2010).
[26] Q. Fontenot, C. Bonvillain, M. Kilgen, R. Boopathy, Effects of temperature, salinity, and carbon: nitrogen ratio on sequencing batch reactor treating shrimp aquaculture wastewater, Bioresource Technology 98, 1700 -1703 (2017).
[27] L.JahnK.SvardalJ.Krampe (2018), Comparison of aerobic granulation in SBR and continuous-flow plants, Journal of Environmental Management, Volume 231, pp 953-961
[28] LeiZhang, FeiSu, NanWang , ShuaiLiu , MeiYang , Yong-ZhongWang , DanqunHuo, TiantaoZha (2019), Biodegradability enhancement of hydrolyzed polyacrylamide wastewater by a combined Fenton-SBR treatment process, Bioresource Technology, Volume 278, pp 99-107 [29] Ramón Victor AlvesRamalho , Salete MartinsAlves , Julio Cezar de
OliveiraFreitas , Bruno Leonardo de SenaCosta (2019) , Evaluation of mechanical properties of cement slurries containing SBR latex subjected to high temperatures, Journal of Petroleum Science and Engineering, Volume 178, pp 787-794
[30] E.Ferrer-PolonioK, White , J.A.Mendoza-Roca , A.Bes-Piá, The role of the operating parameters of SBR systems on the SMP production and on membrane fouling reduction, Journal of Environmental Management, Volume 228, pp 205-212
[31] JunLiu, Junli, Sarahpiche-Choquette, Balasubramanian Sellamuthu (2018), Roles of bacterial and epistylis population in aerobic granular SBRs treating domestic and synthetic wastewater, Chemical Engineering Jourmal, Volume 351, pp 952-958
[32] RutAranday-García , HiroyukiSaimoto , KeikoShirai , ShinsukeIfuku (2019) Chitin biological extraction from shrimp wastes and its fibrillation for elastic nano fiber sheets preparation,Carbohydrate Polymers, Volume 213, pp 112-120.
[33] KandraPrameela , KunchamVenkatesh , Sarat BabuImmandi ,Ashok Phani KiranKasturi, Ch.Rama Krishna, Ch.Murali Mohan (2017), Next generation nutraceutical from shrimp waste: The convergence of applications with extraction methods, Food Chemistry, Volumm 237, pp 121-132.
[34] Thomas W.Tierney , Andrew J.Ray (2017) , Comparing biofloc, clear-
water, and hybrid nursery systems (Part I): Shrimp
(Litopenaeusvannamei) production , water quality, and stable isotope dynamics, Aquacultural Engineering, Volume 82, pp 73-79.
[35] Barnes L. M. (2000), "The Use of High-Rate Nitrification for the Pretreatment of Amoniacal Digested Sludge Liquors ", J.CIWFM, pp. 401 - 408.
[36] Bjorn Klove (2001), "Characteristics of nitrogen and phosphorus load in peat mining wastewater", Water Research, Volume 35 (10), pp. 2262 - 2352.
[37] Dennis Mcnevin, John Barford and Jacobus Hage (1998), "Adsorption and Biological Degradation of Amonium and Sunfit on peat", Wat. Res. Vol., 33 (6), pp. 1949-1959.
[38] Wirtanen G, Saarela M (2000), Biofilm-impact on hygiene in food industries, Wiley.
[39] H. D. Gesser (2002), Applied chemistry, A textbook for Engineer and techologists, Kluwer Academic, NewYork.
[40] Tom Stephenson, Simonjudd (2001), Membrane Bioractors for Waste water treatment, IWA Publishing Alliannce, London.
[41] Yani, M; Hirai, M; Shoda, M., (1998), "Ammonia gas Removal Characteristics using Biofilter with activated Carbon fiber as a carrier", Environ technol, 709 - 716.
[42] Guo-zhi Luo, Yoram Avnimelech, Yun-feng Pan, Hong-xin Tan,
Inorganic nitrogen dynamics in sequencing batch reactors using biofloc technology to treat aquaculture sludge, Aquacultural Engineering 52, 73–79 (2013).
[43] DongZheng et. al, Performance evaluation and microbial community of a sequencing batch biofilm reactor (SBBR) treating mariculture wastewater at different chlortetracycline concentrations, Journal of Environmental Management 182, 496-504 (2016).
[44] Allen K.S. Lau et al., Sequencing batch membrane photobioreactor for simultaneous cultivation of aquaculture feed and polishing of real secondary effluent, Journal of Water Process Engineering 29, 100779 (2019).
QCVN 02 - 19 : 2014/BNNPTNT Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia - Về cơ sở nuôi tôm nƣớc lợ- Điều kiện bảo đảm vệ sinh thú y, bảo vệ môi trƣờng và an toàn thực phẩm
Bảng 2. Chất lƣợng nƣớc thải từ ao xử lý nƣớc thải trƣớc khi thải ra môi trƣờng bên ngoài
TT Thông số Đơn vị Giá trị cho phép
1 pH - 5,5 – 9 2 BOD5(200C) mg/L ≤ 50 3 COD mg/L ≤ 150 4 Chất rắn lơ lửng mg/L ≤ 100 5 Coliform MPN /100ml ≤ 5.000