Quá trình nuôi cấy bùn hoạt tính tiến hành lấy mẫu kiểm tra nồng độ bùn hoạt tính MLSS kết quả được thể hiện ở bảng:
Bảng 3.4: Đặc tính của bùn hoạt tính sau nuôi cấy
Hình thức nuôi cấy MLSS (mg/L ) Màu sắc bùn hoạt
Hiếu khí 4000 - 4500 Màu vàng - hơi xám Thiếu khí 2000 - 2300 Vàng đất - hơi nâu đen
Kị khí 1800 - 2000 Đen
Đánh giá khả năng hình thành màng sinh học thông qua khối lượng sinh khối vi sinh được hình thành và độ bền bám dính của màng, bùn hoạt tính bám dính vào màng càng chắc khả năng xử lí càng cao. Vận hành bể phản ứng liên tục trong 30 ngày, với điều kiện nhiệt độ diễn biến theo hình 3.7.
Hình 3.7: Diễn biến nhiệt độ trong thời gian 30 ngày
Ngoài các yếu tố dinh dưỡng, thời gian nuôi cấy thì điều kiện nhiệt độ cũng ảnh hưởng rất lớn tới nồng độ bùn hoạt tính. Khi nhiệt độ từ 26 - 30oC thì vi sinh vật phát triển nhanh hơn, nồng độ bùn hoạt tính cũng tăng nhanh và ổn định.
Ngày đầu khởi động bể phản ứng, nồng độ bùn hoạt tính (SV30) ở bể hiếu khí rất nhỏ biến động trong khoảng từ 500 mg/L đến 800 mg/L, tuy nhiên từ sau ngày thứ 10 mật độ bùn hoạt tính tăng cao và đạt trong khoảng 1800 - 2000 mg/L. Sau ngày thứ 15 nồng độ bùn hoạt tính trong bể hiếu khí tương đối ổn định và đạt được trong khoảng 2500 - 2800 mg/L. Thậm chí thời gian sau 30 nồng độ bùn hoạt tính trong khoảng 4000 - 4300 mg/L.
a. Nồng độ bùn hoạt tính ban đầu b. Nồng độ bùn hoạt tính sau 10 ngày
c. Nồng độ bùn hoạt tính sau 15 ngày d. Nồng độ bùn hoạt tính sau 30 ngày
Hình 3.8: Theo dõi nồng độ bùn hoạt tính (chỉ số SV30)
Khi bổ sung giá thể màng sinh học MBBR vào các bể xử lí, giá thể có tính kị nước cao nên lơ lửng trên bề mặt nước, luôn luôn chuyển động trong các bể phản ứng. Giá thể MBBR làm tăng diện tích bề mặt, cung cấp bề mặt phong phú cho sự tăng trưởng của vi khuẩn. Sinh khối phát triển trên bề mặt của MBBR như một lớp màng mỏng. Màng sinh học MBBR nhằm loại bỏ BOD hoặc nitrat hóa. Nước thải đi vào bể di chuyển qua các hạt lọc động MBBR nơi sinh khối phát triển trên bề mặt của các giá thể làm giảm chất hữu cơ dẫn đến loại bỏ BOD hoặc nitrat hóa. Cacbon hữu cơ được chuyển thành cacbon đioxit và rời khỏi hệ thống, trong khi amoniac và nitơ trong các chất hữu cơ chuyển thành nitrat thông qua quá trình nitrat hóa.
Hình 3.10: Giá thể biochip sau khi cho vào bể xử lí 30 ngày 3.3.2. Sự biến đổi pH trong hệ A2O-MBBR
Thông qua sự biến đổi pH tại các bể phản ứng trong hệ A2O-MBBR để đánh giá khả năng trao đổi chất của hệ vi sinh vật hay nói cách khác là đánh giá được hiệu quả tiêu thụ các chất ô nhiễm cũng như sự phát triển và tồn tại của các vi sinh vật đặc trưng tại các bể phản ứng [32], [59], [47].
Vận hành hệ thống phản ứng với điều kiện thời gian lưu theo các nghiên cứu đã xác lập ở trên là: kị khí: thiếu khí: hiếu khí là 24h: 6h: 4h và hàm lượng oxy hòa tan cũng tương ứng là: 0,1 - 0,2; 1 - 2; 5 - 8 mg/L.
Đối với loại nước thải đã tiền xử lí vật liệu Fe-Cu giá trị pH ở nước cấp để xử lí A2O-MBBR được điều chỉnh lại pH = 8. Sau khi qua bể kị khí 24 giờ, giá trị pH bị giảm xuống còn khoảng 6,2 - 6,5. Các axit hữu cơ được sinh ra có tác dụng làm giảm pH của bể phản ứng. Điều này chứng tỏ cho thấy quá trình lên men kị khí đã được diễn ra. Vai trò của bể kị khí được hoàn thành. Hơn nữa giá trị pH tại bể thiếu khí và hiếu khí tăng lên đạt trong khoảng 6,5 - 7,2, đặc biệt là
tại bể hiếu khí. Điều này cho thấy các quá trình dị dưỡng tại bể thiếu khí hoạt động tốt, khả năng nitrat hóa và phản nitrat hóa được nâng cao.
3.3.3. Hiệu suất loại TSS của hệ A2O-MBBR
Xử lí nước thải ban đầu và nước thải đã tiền xử lí vật liệu Fe-C kết quả xử lí TSS được thể hiện qua bảng 3.5 và hình 3.11 dưới đây.
Bảng 3.5: Hiệu quả xử lý TSS (mg/L) qua hệ A2O-MBBR và qua vật liệu Fe-C kết hợp hệ A2O-MBBR
Chỉ
số C0
Xử lí qua A2O-MBBR Xử lí qua nội điện phân kết hợp A2O-MBBR Kị khí Thiếu khí Hiếu khí H% xử lí Vật liệu Fe- C Kị khí Thiếu khí Hiếu khí H% xử lí TSS 145,2 65,7 59,6 40,3 72,2 76,5 59,8 35,7 15,8 89,1
Hình 3.11: Hiệu quả xử lý TSS (mg/L) qua hệ A2O-MBBR và qua vật liệu Fe-C kết hợp hệ A2O-MBBR
Nhận xét: Nếu chỉ sử dụng hệ A2O-MBBR để xử lí nước thải hàm lượng TSS giảm từ 145,2 mg/L còn 40,3 mg/L (hiệu suất 72,2%), khi sử dụng vật liệu Fe-C, Fe- Cu, hiệu suất xử lí TSS chỉ đạt từ 48,9% - 51,0%. Còn khi xử lí nước thải qua vật liệu
Fe-C kết hợp hệ A2O-MBBR thì hàm lượng TSS giảm từ 145,2 mg/L còn 15,8 mg/L
đạt hiệu suất 89,1%. Các giá trị TSS sau khi xử lí đều đạt quy chuẩn QCVN 52:2017/BTNMT (cột B) đối với nước thải công nghiệp sản xuất thép.
3.3.4. Hiệu suất loại COD, BOD5 của hệ A2O-MBBR
Giá trị COD được loại chủ yếu tại bể hiếu khí [58]. Tại đây các quá trình trao đổi chất dị dưỡng hiếu khí tiêu thụ một lượng lớn chất hữu cơ và hình thành nên tế bào mới. Khả năng loại COD của hệ phản ứng được thể hiện trong bảng dưới đây.
Bảng 3.6: Hiệu quả xử lý COD, BOD5 (mg/L) qua hệ A2O-MBBR và qua vật liệu Fe-C kết hợp hệ A2O-MBBR
Chỉ số C0
Xử lí qua A2O-MBBR Xử lí qua nội điện phân kết hợp A2O-MBBR Kị khí Thiếu khí Hiếu khí H% xử lí Vật liệu Fe-C Kị khí Thiếu khí Hiếu khí H% xử lí COD 2359,0 2134,0 1031,0 378,7 83,9 1032,0 980,8 445,1 120,3 94,9 BOD5 1105,0 908,6 478,6 68,7 93,8 498,0 398,0 190,0 39,1 96,5
Hình 3.12: Hiệu quả xử lý COD (mg/L) qua hệ A2O-MBBR và qua vật liệu Fe-C kết hợp hệ A2O-MBBR
Hình 3.13: Hiệu quả xử lý BOD5 (mg/L) qua hệ A2O-MBBR và qua vật liệu Fe-C kết hợp hệ A2O-MBBR
Đối với vật liệu Fe-C, hiệu suất xử lí COD, BOD5 đạt 53,7-56,7%, hàm lượng COD còn lại 1032,0 mg/L, BOD5 còn lại 498,0 mg/L các giá trị này là chưa đạt quy chuẩn QCVN 52:2017/BTNMT (cột B) đối với nước thải công nghiệp sản xuất thép.
Đối với hệ A2O-MBBR khả năng loại COD, BOD5 là khá rõ, sau thời gian vận hành, với nước thải đầu vào có giá trị COD: 2359,0 mg/L; BOD5: 1105,0 mg/L thì nồng độ COD, BOD5 qua các bể kị khí, thiếu khí, hiếu khí giảm dần và đạt hiệu suất xử lí COD: 83,9% , BOD5 : 93,8%. Các chỉ số COD giảm còn: 378,7 mg/L và BOD5 giảm còn: 68,7 mg/L là chưa đạt quy chuẩn QCVN 52:2017/ BTNMT (cột B) đối với nước thải công nghiệp sản xuất thép.
Khi kết hợp xử lí nước thải bằng vật liệu Fe-C và sau đó cho qua hệ A2O- MBBR thì hàm lượng COD, BOD5 giảm mạnh còn 120,3 mg/L và 39,1 mg/L, hiệu suất xử lí lên đến 94,9 - 96,5%, các tiêu chí này sau xử lí đạt quy chuẩn QCVN 52:2017/BTNMT (cột B) đối với nước thải công nghiệp sản xuất thép.
3.3.5. Hiệu suất loại tổng N và NH4+-N của hệ A2O-MBBR
Hiệu quả xử lí tổng N và NH4+-N được thể hiện qua bảng 3.7 và hình 3.14, 3.15:
Bảng 3.7: Hiệu quả xử lý tổng N và NH4+-N (mg/L) qua hệ A2O-MBBR và qua vật liệu Fe-C kết hợp hệ A2O-MBBR
Chỉ số C0
Xử lí qua A2O-MBBR Xử lí qua nội điện phân kết hợp A2O-MBBR Kị khí Thiếu khí Hiếu khí H% xử lí Vật liệu Fe-C Kị khí Thiếu khí Hiếu khí H% xử lí Tổng N 789,2 658,7 317,6 81,9 89,6 562,4 541,1 254,1 38,5 95,1 NH4+-N 190,0 156,0 76,0 15,3 91,9 156,0 134,0 56,0 8,4 95,6
Hình 3.14: Hiệu quả xử lý tổng N (mg/L) qua hệ A2O-MBBR Và qua vật liệu Fe-C kết hợp hệ A2O-MBBR
Hình 3.15: Hiệu quả xử lý NH4+ -N (mg/L) qua hệ A2O-MBBR và qua vật liệu Fe-C kết hợp hệ A2O-MBBR
Đối với vật liệu Fe-C, hiệu suất xử lí tổng N đạt 35,0% và NH4+-N đạt 60,1%, hàm lượng tổng N còn lại 562,4 mg/L, NH4+-N còn lại 156,0 mg/L các giá trị này là chưa đạt quy chuẩn QCVN 52:2017/BTNMT (cột B) đối với nước thải công nghiệp sản xuất thép.
Đối với hệ A2O-MBBR hiệu suất xử lí tổng N đạt 89,6 % và NH4+-N đạt 91,9%, hàm lượng tổng N còn lại 81,9 mg/L, NH4+-N còn lại 15,3 mg/L các giá trị này là chưa đạt quy chuẩn QCVN 52:2017/BTNMT (cột B) đối với nước thải công nghiệp sản xuất thép.
Nhưng nếu xử lý nước thải qua vật liệu Fe-C kết hợp hệ A2O-MBBR thì nồng độ NH4+-N giảm mạnh từ 190 mg/L xuống 8,4 mg/L đạt hiệu suất xử lí 95,6% và tổng N giảm từ 789,2 mg/L xuống 38,5 mg/L đạt hiệu suất xử lí 95,1%. Giá trị này đạt quy chuẩn QCVN 52:2017/BTNMT (cột B) đối với nước thải công nghiệp sản xuất thép.
3.3.6. Hiệu suất loại tổng P của hệ A2O-MBBR
Photpho tồn tại trong nước ở các dạng H2P O4- , HP O42-, P O43-, các polyphotphat và Na3(PO3)6 và photpho hữu cơ. Đây là một trong những nguồn dinh dưỡng cho thực vật thủy sinh, gây ô nhiễm và góp phần thúc đẩy hiện tượng phú dưỡng ở các thủy vực. Hàm lượng P thừa trong nước thải làm cho các loại tảo và thực vật lớn phát triển nhanh chóng, làm che lấp bề mặt các thủy vực, hạn chế lượng oxy không khí hòa tan vào trong nước. Sau đó tảo và thực vật thủy sinh tự chết và phân hủy gây thiếu oxy hòa tan và làm cho các sinh vật thủy sinh bị tiêu diệt. Chỉ số tổng P là một chỉ số khá quan trọng trong việc đánh giá sự ô nhiễm nước thải, việc loại bỏ P trong nước thải là rất cần thiết. Dưới đây là bảng tổng hợp xử lí tổng P qua các giai đoạn của hệ A2O-MBBR.
Bảng 3.8: Hiệu quả xử lý tổng P (mg/L) qua hệ A2O-MBBR và qua vật liệu Fe-C kết hợp hệ A2O-MBBR
Chỉ số C0 Xử lí qua A2O-MBBR Xử lí qua nội điện phân và A2O-MBBR
Kị khí Thiếu khí Hiếu khí H% xử lí Vật liệu Fe-C Kị khí Thiếu khí Hiếu khí H% xử lí Tổng P 13,6 10,1 8,5 3,0 77,9 8,5 8,1 6,4 1,8 86,8
Hình 3.16: Hiệu quả xử lý tổng P (mg/L) qua hệ A2O-MBBR và qua vật liệu Fe-C kết hợp hệ A2O-MBBR
Nhận xét:
Với vật liệu Fe-C hiệu suất xử lí tổng P đạt 47,2%, sau xử lí tổng P còn
8,5 mg/L là chưa đạt quy chuẩn QCVN 52:2017/BTNMT (cột B) đối với nước thải công nghiệp sản xuất thép.
Sử dụng hệ thống A2O-MBBR xử lý nước thải hay kết hợp tiền xử lí bằng vật liệu Fe-C và hệ A2O-MBBR thì hiệu suất xử lí tổng P đều rất cao, nồng độ tổng P giảm mạnh xuống còn 3,0 mg/L hay 1,8 mg/L đạt hiệu suất 77,9% và 86,8%. Giá trị này đạt quy chuẩn QCVN 52:2017/BTNMT (cột B) đối với nước thải công nghiệp sản xuất thép.
3.3.7. Hiệu suất loại phenol của hệ A2O-MBBR
Kết quả loại phenol trong nước thải được thể hiện qua các hình từ 3.17 đến 3.19.
Hình 3.17: Sắc ký đồ của mẫu nước thải chứa phenol ban đầu
Hình 3.18: Sắc ký đồ của mẫu nước thải chứa phenol sau khi xử lí bằng hệ A2O-MBBR
Hình 3.19: Sắc ký đồ của mẫu nước thải chứa phenol sau khi xử lí kết hợp vật liệu Fe-C và hệ A2O-MBBR
Nhận xét: Hiệu suất xử lí phenol của hệ A2O-MBBR trong nước thải rất tốt. Với nước thải ban đầu của Nhà máy Cốc hóa - Công ty Cổ phần Gang thép Thái Nguyên nồng độ phenol giảm từ 172,0 mg/L xuống 25,8 mg/L đạt hiệu suất 85%.
Với nước thải đã qua xử lí bằng vật liệu Fe-C và hệ A2O-MBBR nồng độ phenol giảm từ 45,9 mg/L xuống 0 mg/L. Như vậy, nếu kết hợp hai phương pháp xử lí là nội điện phân và xử lí màng sinh học hệ A2O-MBBR thì hiệu suất xử lí phenol đạt 100%, đạt quy chuẩn QCVN 52:2017/ BTNMT (cột B) đối với nước thải công nghiệp sản xuất thép. Kết quả xử lí nước thải hà máy Cốc hóa - Công ty Cổ phần Gang thép Thái Nguyên qua các giai đoạn xử lí được thể hiện qua bảng dưới đây:
Bảng 3.9: Bảng tổng hợp hiệu quả xử lí nước thải Cốc hóa qua các giai đoạn
Chỉ tiêu C0 Nội điện phân Fe-C A2O - MBBR
Nội điện phân kết hợp A2O- MBBR QCVN 52:2017/BTN MT (cột B) Ghi chú C H% TSS mg/L 145,2 76,5 40,3 15,8 89,1 100,0 BOD5 mg/L 1105,0 498,0 68,7 39,1 96,5 50,0 COD mg/L 2359,0 1032,0 387,7 120,3 94,9 150,0 Tổng N mg/L 789,2 562,4 81,9 38,5 95,1 60,0 Tổng P mg/L 13,6 8,5 3,0 1,8 86,8 6,0 + 4 N H -N mg/L 190,0 156,0 15,3 8,4 95,6 10,0 Phenol mg/L 172,0 45,9 25,8 0,0 100 0,5 Đo ở pH = 4 pH 8,0 4,0 6,5 - 7,2 6,5 - 7,2 - 6,0 - 9,0
Ghi chú: Thời gian xử lý sinh học như sau: Kị khí 24 giờ, thiếu khí 6 giờ, hiếu khí 4 giờ. C0: Nồng độ trước xử lí; C: Nồng độ sau xử lí.
3.3. Kết quả phân lập vi khuẩn
3.3.1. Mật độ vi khuẩn
Bùn hoạt tính được lấy tại Nhà máy Cốc hóa - Công ty Cổ phần Gang thép Thái Nguyên về được tiến hành kiểm tra mật độ vi khuẩn trên môi trường LB.
Bảng 3.10: Kết quả phân lập vi khuẩn trên môi trường LB khi pha loãng nồng độ đến 105 ở các bể phản ứng
Mật độ vi khuẩn (CFU/g)
Bể kị khí Bể thiếu khí Bể hiếu khí
53.105 56.105 168. 105
Dưới đây là hình ảnh phân lập vi khuẩn ở các nồng độ khác nhau của các bể kị khí, thiếu khí, hiếu khí trên môi trường LB:
a. Pha loãng 101 b. Pha loãng 102
c. Pha loãng 103 d. Pha loãng 104
e. Pha loãng 105 f. Pha loãng 106
Hình 3.20: Phân lập vi khuẩn của bể hiếu khí trên môi trường LB ở độ pha loãng khác nhau
c. Pha loãng 103 d. Pha loãng 104
e. Pha loãng 105 f. Pha loãng 106
Hình 3.21: Phân lập vi khuẩn của bể thiếu khí trên môi trường LB ở độ pha loãng khác nhau
a. Pha loãng 101 b. Pha loãng 102
c. Pha loãng 103 d. Pha loãng 104
e. Pha loãng 105 f. Pha loãng 106
Hình 3.22: Phân lập vi khuẩn của bể kị khí trên môi trường LB ở độ pha loãng khác nhau
3.3.2. Đặc điểm, hình thái tế bào khuẩn lạc
Tiến hành phân lập vi khuẩn trên môi trường LB từ mẫu bùn hoạt tính tại nhà máy sau đó nuôi cấy trong các bể xử lí tôi thu được kết quả như sau:
Bảng 3.11: Đặc điểm hình thái khuẩn lạc và tế bào vi khuẩn Đặc điểm khuẩn lạc Hình thái tế bào
- Khuẩn lạc nhỏ li ti, trắng.
- Khuẩn lạc tròn, đường kính khuẩn lạc khoảng 1 mm, trắng đục.
- Tế bào hình tròn, nhỏ, đơn lẻ
Hình 3.23: Hình ảnh nhuộm Gram vi khuẩn
Hình 3.24: Khuẩn lạc được nuôi cấy, giữ giống trên môi trường LB
Nhận xét: Số lượng khuẩn lạc cùng độ pha loãng ở các bể kị khí, thiếu khí và hiếu khí là khác nhau điển hình ở nồng độ pha loãng 105 thì số khuẩn lạc ở bể