CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN
1.4. Tổng quan EBB và lựa chọn vật liệu chế tạo EBB cải tiến
1.4.1. Tổng quan EBB
Phát minh từ Nhật Bản, công nghệ EBB được tạo ra từ các hạt xốp có trong núi lửa và được gắn kết bằng xi măng để tạo nên những khối chất rắn phù hợp địa hình lắp đặt. Bên trong các hạt xốp núi lửa phun trào, người ta tìm thấy Bacillus Natto, một chủng VSV có khả năng xử lý hiệu quả đối với những nguồn nước ô nhiễm [61,62].
VSV trong khối EBB xử lý nước bằng cách tự duy trì sự cân bằng tự nhiên và loại bỏ liên tục các VSV có hại có trong nguồn nước bị ơ nhiễm. Từ lợi ích của cơng nghệ EBB, ngày càng nhiều quốc gia trên Thế giới như Mỹ, Ấn độ, Malaysia, Singapore,… đang ứng dụng rộng rãi vào xử lý các chất ô nhiễm cho các sông, hồ, ao, mương... Cơ chế hoạt động của EBB được thực hiện thơng qua vai trị của các VSV được gắn trong trong khối với mật độ cao bởi độ rỗng và diện tích bề mặt tiếp xúc lớn của vật liệu. Trên thế giới đã có những cơng trình cơng bố nghiên cứu cơ bản về sử dụng EBB trong việc loại bỏ COD và Nitơ, Amoni trong nước thải sinh hoạt [62].
Thông thường EBB đảm nhận vai trị loại bỏ các chất ơ nhiễm bằng cách duy trì sự cân bằng tự nhiên và loại bỏ liên tục các VSV có hại trong nguồn nước bị ơ nhiễm. Bên cạnh đó, nghiên cứu của Hitoshi [61] đã khảo sát về vai trò của EBB trong việc loại bỏ các ký sinh trùng, ấu trùng muỗi trong nước thải và khả năng lọc sạch nước thải để loại bỏ các chất ô nhiễm. Qua nghiên cứu này, tác giả đã thu được những số liệu có giá trị hữu hiệu về mặt khoa học trong việc làm rõ được khả năng tăng hiệu suất loại bỏ chất ô nhiễm và sản sinh ít pyriproxyfen, đây là một pyridine có vai trị tiêu diệt các ấu trùng của động vật thân đốt. Bên cạnh đó các vi khuẩn
Bacillus subtilis natto cố định trong khối EBB sẽ làm tăng hiệu quả xử lý, giảm mùi
hơi có trong nguồn nước ơ nhiễm.
Trong nghiên cứu khác, Mohd lại đề cập đến vai trò của EBB trong việc đánh giá chất lượng nước của sông Sungai Kenawar Segamat tại Malaysia [62], giải pháp xử lý nước bằng công nghệ sinh học này khơng địi hỏi chi phí và bảo trì cao so với
các phương pháp cơ học khác đã được sử dụng. Công việc này dựa trên việc sử dụng các VSV thân thiện với môi trường để xử lý nước thô từ nguồn nước sông. Nghiên cứu đã xác định được xu hướng, mức độ ô nhiễm và áp dụng chỉ số chất lượng nước (WQI) như là một đánh giá chất lượng nước cơ bản để phân loại nước sông. Về cơ bản, nghiên cứu liên quan đến hai xét nghiệm cụ thể là thực nghiệm lần 1 kéo dài 12 tuần lấy mẫu phân tích và thực nghiệm 2 theo dõi 24/24 giờ. Có hai phương pháp đánh giá chất lượng nước, đó là đánh giá ngồi hiện trường và đánh giá trong phịng thí nghiệm. Trong việc đo hiện trường, các thông số được đo bao gồm pH, độ dẫn điện, độ đục, nhiệt độ, oxy hòa tan (DO) và tổng chất rắn hòa tan (TDS). Trong khi đó, các thơng số đo trong phịng thí nghiệm bao gồm oxy hịa tan (DO), nhu cầu oxy sinh hóa (BOD), nhu cầu oxy hóa học (COD), rắn lơ lửng (SS), nitơ Amoniac (NH3- N) và nitrit (NO2). Dựa trên kết quả sơ bộ và dữ liệu thu được, việc sử dụng EBB cho thấy chất lượng nước của Sungai Kenawar được cải thiện lên khoảng 29% cho thực nghiệm 1 và 27,5% cho thực nghiệm 2. Qua nghiên cứu này, tác giả đã kết luận việc ứng dụng EBB cho xử lý nước thải ô nhiễm tại các lạch, mương, sông nhỏ là rất phù hợp, mang lại hiệu quả cao, khơng sử dụng hóa chất hay tốn chi phí về năng lượng cho quá trình xử lý.
EBB còn được nghiên cứu rất tỉ mỉ và chi tiết về nhiều khía cạnh trong việc ứng dụng để xử lý nước thải tại các ao hồ, sông nhỏ và mương dẫn của các khu dân cư trong luận văn tốt nghiệp của tác giả Ridzuan, 2006 tại trường Đại học Công nghệ Malaysia [63]. Tác giả đã đưa ra được những thơng số về hữu cơ, nitơ thích hợp để ứng dụng EBB trong xử lý nước thải sinh hoạt. Kết quả cuối cùng Ridzuan cho rằng EBB rất phù hợp cho xử lý theo mơ hình mương ơ xy hóa cho đối tượng nước thải sinh hoạt tại các khu dân cư với mật độ không cao. Được phát minh tại Nhật Bản và ngày được ứng dựng rộng rãi tại nhiều quốc gia, EBB đã chứng minh được tính năng ưu việt như khơng sử dụng hóa chất, khơng tốn chi phí năng lượng và thân thiện với môi trường. Các dự án lớn ứng dụng EBB trong xử lý nước thải của sơng Melaka Malaysia (Hình 1.7), đặc biệt trong lĩnh vực làm sạch các bể cá cảnh cơng nghệ EBB đã thể hiện vai trị rất rõ rệt tại nhiều quốc gia Nhật Bản, Ấn độ, Malaysia, Singaopre. Trong khi đó, một nghiên cứu trên quy pilot tại điểm xả thải Mayur Vihar, Ấn Độ,
tiến hành từ tháng 12 năm 2006 đến tháng 4 năm 2007 cho thấy hiệu suất xử lý các chất ô nhiễm đã giảm được xấp xỉ trên dưới 50% (trình bày trong Bảng 1.6).
Hình 1. 7. EBB được ứng dụng trong xử lý nước sông Melaka [64]
Các kết luận của nghiên cứu này chỉ rõ, có sự giảm lưu lượng nước do đặt vật liệu EBB trong lịng cống, và do đó làm tăng thời gian giữ thủy lực có thể dẫn đến tồn lưu các chất rắn lơ lửng trong cống. Sự tích tụ chất rắn về lâu dài có thể chặn lưu lượng thốt nước và dịng nước, vì vậy thiết kế kỹ thuật phù hợp sẽ phải hết sức cẩn thận.
Bảng 1. 6. Hiệu suất xử lý của công nghệ EBB tại Mayur Vihar, Ấn Độ [64].
Thông số Trước XL Sau XL Hiệu suất,%
Màu (Hazen Unit) 144 115 20,1
TDS (mg/L) 292 72 74,4 COD (mg/L) 387 193 50,1 BOD (mg/L) 167 81 50,9 Coliform tổng số (105) 3913,3 2084 54,0 Feacal Coliform (105) 744,7 477 41,4 Feacal Streptococci (105) 66,5 47,1 37,8
Cơ chế xử lý của vật liệu EBB là sử dụng hệ vi sinh tùy nghi để loại bỏ các chất hữu cơ và nitơ trong nước thải. Quá trình đảo trộn liên tục của nước thải do các bờ gờ EBB vừa có tác dụng tạo ra oxy tự nhiên cừa ngăn chặn lượng bùn gây tắc nghẽn trong vật liệu., Ở Ulanbatar – Mông Cổ, EBB được áp dụng xử lý nước sơng đang có dấu hiệu ơ nhiễm.
Hình 1. 8. Ứng dụng EBB trong nước thải CN [64]
Hình 1. 9. Đặt EBB ở mương thốt nước [64]
Vật liệu EBB được kết lại và treo lên các bè nổi và được thả tự do trên sông. Tại Nhật Bản, một số mương thoát nước được thiết kế, lắp đặt các khối vật liệu EBB nằm dưới lòng mương nhằm cải thiện chất lượng nguồn nước.
Cũng tại Mỹ, một thí nghiệm nhằm đánh giá hiệu quả của vật liệu EBB bằng cách ngăn đơi dịng mương, một bên khơng đặt EBB và một bên đặt EBB nhằm so sánh, đánh giá chất lượng nước trước và sau khi nước thải đi qua hai bên. EBB không chỉ xử lý nước thải có nồng độ ơ nhiễm thấp như nước sông, hồ hay mương mà ở tại NewYork tại một nhà máy chế biến cà chua, EBB được áp dụng xử lý nước thải công nghiệp từ hoạt động chế biến tại hồ điều hòa của nhà máy .
Tại văn phòng thủ tướng Trung Quốc đặt tại Nanjing, EBB được thả vào ao trong khuôn viên thủ phủ. Sau 16 ngày, nồng độ đầu vào COD, BOD và ammonia tương ứng 51,7 mg/L; 16,9 mg/L và 2,84 mg/L hiệu xuất xử lý là hơn 40% với mức tương ứnglà 30,2 mg/L; 9,5 mg/L và 1,22 mg/L. Bên cạnh việc xử lý nước thải sinh hoạt, EBB còn được biết đến xử lý nước để trồng hoa, thả cá thương mại. Tại ao cá chép cảnh tại công viên Fukuoka Rakusui Nhật Bản, sau 20 ngày xử lý nước với vật
liệu EBB hỗ trợ, nước trong ao từ nồng độ COD là 9 mg/L và Amoni 0,8 mg/L xuống còn 3 mg/L và 0,3 mg/L tương ứng.
Hình 1. 10. Thương mại hóa EBB [64]
Một nghiên cứu của Matsunaga (2006) EBB chứa nhóm VSV Bacillus Subtilis
Natto có khả năng lọc nước hiệu quả. EBB có khả năng phân hủy các chất hữu cơ và
nitrat hóa Amoni, điều này đã được so sánh giữa vật liệu EBB và các vật liệu xốp thơng thường khác. Q trình phân hủy chất hữu cơ giảm khi nhiệt độ nước hạ và tạo ra được NH4+- N ở mức thấp, do đó q trình nitrat hóa của EBB cũng bị phân hủy theo. Khi nhiệt độ ở mức cao, tốc độ hình thành nitơ vơ cơ hịa tan (DIN) của vật liệu EBB tăng vọt, tốc độ nitrat hóa đạt giá trị tối đa khi nhiệt độ nước là 15oC.