Ký hiệu Thời gian (ngày) 400 mg/L 300 mg/L 200 mg/L 100 mg/L 3 0.0 0.0 0.0 0.0 5 16.3 14.4 12.5 12.1 7 27.3 28.6 34.9 25.9 9 33.0 33.2 37.2 33.3 12 36.9 39.3 44.7 49.4
Chỉ tiêu COD đƣợc phân tích để đánh giá mức độ ô nhiễm của nƣớc thải. Việc theo dõi COD trong nghiên cứu này cũng để đánh giá khả năng xử lý ô nhiễm khác
của vi khuẩn P.aeruginosa ĐD.P-1 đối với nƣớc thải. Kết quả theo dõi COD cho
thấy nhu cầu oxy tăng cao nhất ở ngày thứ 3 và giảm ở những ngày sau đó. Điều này chứng tỏ trong ba ngày đầu vi khuẩn phát triển mạnh sinh khối làm tăng COD, những ngày sau vi khuẩn thể hiện xử lý COD mạnh hơn do với một mật độ sinh khối đủ lớn, chuyển hóa chất hữu cơ trong nƣớc thải thành sinh khối xảy ra mạnh mẽ, khiến nhu cầu oxy hóa học giảm dần; sau 12 ngày về lại nhƣ ban đầu là do trong nƣớc thải sinh khối vẫn tăng lên. Hiệu quả giảm COD đƣợc tính dựa vào mức COD cao nhất (sau 3 ngày xử lý), giá trị này giảm khi nồng độ dầu khoáng ban đầu tăng dần.
Vì khả năng xử lý dầu mỡ khoáng của vi khuẩn P.aeruginosa ĐD.P-1 đạt hiệu
quả cao nhất 81% và COD giảm 44.7% so với ngày thứ 3 sau 12 ngày xử lý ở nồng độ 200 mg/L cho nên đề tài chuẩn bị nồng độ dầu mỡ khoáng đầu vào này cho các khảo sát tiếp theo.
3.5.2. Nhiệt độ ni cấy
Vì điều kiện thời tiết ở Hồ Chí Minh, nhiệt độ vào ban đêm vào khoảng 28 – 300C, còn ban ngày đặt biệt là buổi trƣa thì khoảng 420
C mà các hệ thống xử lý đƣợc đặt chủ yếu ngồi trời, chỉ có mai che để chống tràn do mƣa. Cho nên, đề tài tiến hành khảo sát ở 3 khoảng nhiệt độ là 30, 37, 450C. Chuẩn bị 19 bình chứa 500mL nƣớc thải có dầu mỡ khoáng khoảng 200 mg/L tƣơng tự nhƣ phần khảo sát nồng độ dầu mỡ khoáng nƣớc thải. Tiếp theo, các mẫu đƣợc hấp khử trùng rồi cấy
vào đó 10 mL giống vi khuẩn có mật độ tế bào là 5x107 CFU/mL. Sau đó lấy mẫu 1 mẫu để kiểm tra dầu mỡ khoáng và COD ngay; 18 mẫu cịn lại đƣợc chia thành 3 nhóm tƣơng ứng với 3 khoảng nhiệt độ khảo sát, đánh số thứ tự 1 – 6 cho mỗi nhóm, tiến hành ni cấy ở vận tốc lắc 50 vòng/phút. Xác định dầu mỡ khoáng, COD và mật độ tế bào sau 1, 3, 5, 7, 9, 12 ngày nuôi cấy thu đƣợc kết quả nhƣ trong hình ảnh 3.9, 3.10 và 3.11 dƣới đây
Hình 3.9: Ảnh hƣởng của nhiệt độ lên q trình xử lý dầu mỡ khống Bảng 3.7: Hiệu quả xử lý dầu mỡ khoáng ở nhiệt độ xử lý khác nhau
Ký hiệu Thời gian (ngày) 300C 370C 450C 0 0.0 0.0 0.0 1 10.8 4.1 1.5 3 42.9 12.6 2.8 5 52.7 28.0 5.9 7 58.8 47.8 9.5 9 73.9 53.0 13.5 12 81.3 55.6 14.8
Từ kết quả khảo sát cho thấy: ở 300C hiệu quả xử lý dầu mỡ khoáng đạt hiệu xử
lý tốt nhất 81,3%; tại 370 và 450C hiệu suất đạt lần lƣợt là 55,6% và 14,8%; nồng
dầu khống cịn lại trong nƣớc thải vẫn lớn hơn QCVN 29:2010/BTNMT cột B. Khả năng xử lý dầu mỡ khoáng ở 300C ở khảo sát này tƣơng đƣơng với khảo sát nồng độ dầu mỡ khoáng 200 mg/L đầu vào.
Hình 3.10: Ảnh hƣởng của nhiệt độ lên biến đổi COD theo thời gian xử lý
Hình 3.11: Ảnh hƣởng của nhiệt độ lên biến đổi log mật độ sinh khối theo thời gian xử lý
Kết quả khảo sát COD và mật độ tế bào cho thấy ở 300C vi khuẩn phát triển mạnh và làm cho COD tăng nhanh đến ngày thứ 3, sau đó mật độ giảm và COD
cũng giảm. Vì phân tích COD khơng loại trừ tế bào nên biến đổi COD trong kết quả có ảnh hƣởng của sinh khối.
Bảng 3.8: Hiệu quả xử lý COD ở nhiệt độ khác nhau Ký hiệu Ký hiệu Thời gian (ngày) 300C 370C 450C 3 0.0 0.0 0.0 5 38.2 40.3 10.4 7 57.0 49.1 34.0 9 65.2 56.2 32.8 12 75.8 69.6 34.7
So sánh COD cuối cùng sau 12 ngày với COD cao nhất 3 ngày vẫn có thể đánh giá hiệu quả xử lý COD. Đồng thời với q trình phát triển này thì dầu mỡ khống đã bị chuyển hóa, cho nên dầu mỡ khoáng giảm nhanh trong thời gian này. Ở nhiệt độ 370 và 450C gây ức chế sự phát triển của vi khuẩn, nhiệt độ càng cao thì ức chế càng lớn, vì vậy hiệu quả xử lý COD và dầu mỡ khống cũng khơng cao.
Đặng Thị Cẩm Hà và cộng sự (2000) đã kết luận nhiệt độ phát triển phù hợp của vi khuẩn Pseudomonas aeruginosa ở 300C vì chủng P.aeruginosa thuộc nhóm ƣa
nhiệt trung bình. Nhóm nghiên cứu nhận thấy rằng tại nhiệt độ 300C vi khuẩn đạt
hiệu quả xử lý tốt nhất và chọn khoảng nhiệt độ này cho các khảo sát tiếp theo.
3.5.3. pH môi trƣờng
Do pH của nƣớc thải nhà máy chế biến dầu nhớt Đông Dƣơng nằm trong khoảng 5,2 – 6 cho nên đề tài đã tiến hành khảo sát khả năng xử lý của vi khuẩn ở 3 điểm pH 5, 6, 7. Chuẩn bị 3 mẫu với 5 lít nƣớc thải mỗi mẫu có nồng độ dầu mỡ khống 200 mg/L nhƣ trong khảo sát mục 3.5.1 rồi điều chỉnh pH các mẫu lần lƣợt 5, 6, 7 bằng NaOH 1N và HCl 1N. Sau đó, chuyển mẫu 500mL vào bình đƣợc đánh số thứ tự 1 – 6 cho từng điểm pH rồi hấp khử trùng và cấy giống vi khuẩn giống nhƣ trong khảo sát dầu mỡ khoáng đầu vào. Phần mẫu còn lại đƣợc xác chỉ
tiêu dầu mỡ khống, COD ngay; các bình chứa 500mL mẫu đƣợc ni cấy ở 300C,
vận tốc lắc 50 vòng/phút và khảo sát 3 chỉ tiêu dầu mỡ khoáng, COD, mật độ tế bào sau 1, 3, 5, 7, 12 ngày thể hiện nhƣ trong hình 3.12 – 3.14.
Hình 3.12: Ảnh hƣởng của pH lên q trình xử lý dầu mỡ khống Bảng 3.9: Hiệu quả xử lý dầu mỡ khoáng ở pH khác nhau Bảng 3.9: Hiệu quả xử lý dầu mỡ khoáng ở pH khác nhau
Ký hiệu Thời gian (ngày) pH 5 pH 6 pH 7 0 0.0 0.0 0.0 1 6.5 8.7 8.5 3 11.5 29.1 25.6 5 13.6 49.6 42.1 7 25.1 62.0 49.4 9 31.1 77.1 54.0 12 34.1 88.9 62.6
Theo kết quả khảo sát thì tại pH 6 hiệu suất xử lý đạt cao nhất 88,9%, hiệu suất xử lý tại pH 7, 5 lần lƣợt là 62,6%; 34,1%. Khả năng xử lý dầu mỡ khoáng của vi khuẩn tại pH 6 cao hơn so với khảo sát dầu mỡ khoáng đầu vào và ảnh hƣởng của nhiệt độ. Do các điều kiện khảo sát ở thí nghiệm này đã tối ƣu nên tại pH 6 sau 12 ngày khảo sát, nồng độ dầu khoáng đạt QCVN 29:2010/BTNMT cột B.
Vi khuẩn P.aeruginosa phát triển tốt ở pH trung tính, trong khảo sát của Đặng Thị Cẩm Hà (2000) thì P.aeruginosa phát triển ở pH 7 – 8. Sự khác nhau về pH thích hợp có thể do nguồn dinh dƣỡng cho vi khuẩn.
Hình 3.13: Ảnh hƣởng của pH lên biến đổi COD theo thời gian xử lý Bảng 3.10: Hiệu quả xử lý COD ở pH khác nhau Bảng 3.10: Hiệu quả xử lý COD ở pH khác nhau
Ký hiệu Thời gian (ngày) pH 5 pH 6 pH 7 3 0.0 0.0 0.0 5 36.9 39.6 18.4 7 50.0 43.8 45.8 9 63.5 56.5 57.4 12 77.3 72.5 71.0
Hình 3.14: Ảnh hƣởng của pH lên biến đổi log mật độ sinh khối theo thời gian xử lý
Tại pH 6 phù hợp cho tế bào phát triển tốt nhất, nó làm cho COD tăng mạnh và đồng thời nồng độ dầu mỡ khoàng cũng giảm theo (hiệu quả xử lý 88,9%). Khi pH giảm làm ảnh hƣởng đến quá trình phát triển của vi khuẩn, sự ảnh hƣởng này là đáng kể vì hiệu suất xử lý dầu mỡ khống giảm rõ rệt (chỉ cịn 34,1%). Nhƣng tại pH 7 sinh khối kém hơn ở pH 6, nhƣng sự ảnh hƣởng này không trầm trọng lắm, hiệu quả xử lý vẫn ở mức trung bình (62,6%). Nhƣ vậy, ta có thể chọn pH 6 tới 7 cho xử lý nƣớc thải trên mơ hình.
3.5.4. Nồng độ NaCl
Chuẩn bị 5 nhóm bình có 100mL mơi trƣờng Pseudomonas , bổ sung thêm vào mỗi bình NaCl lần lƣợt với nồng độ 0, 1, 2, 3, 4%; cấy vào mỗi bình 10mL giống nhƣ các khảo sát trƣớc. Sau 1, 3, 5, 7 ngày kiểm tra mật độ tế thu đƣợc kết quả trong bảng 3.12
Bảng 3.11: Kết quả khảo sát nồng độ tế bào theo nồng độ muối MẬT ĐỘ TẾ BÀO, CFU/mL MẬT ĐỘ TẾ BÀO, CFU/mL
Thời gian
(ngày ) NaCl 0% NaCl 1% NaCl 2% NaCl 3% NaCl 4%
1 2,66.108 7,8.107 3,85.106 16,8.103 17,5.102
3 1,83.108 4,06.107 2,21.106 7,2.103 10,6.102
5 1,54.108 2,82.107 1,65.106 4,8.103 6,9.102
7 0,71.108 0,95.107 0,68.106 0,76.103 1,3.102
Từ kết quả khảo có thể thấy rắng mật độ tế bào giảm dần khi nồng độ muối và thời gian tăng dần. Mật độ tế bào giảm là do nồng độ muối cao gây ức chế sự phát triển của vi khuẩn và khi thời gian càng dài thì dinh dƣỡng trong mơi trƣờng ngày càng cạn kiệt, vì vậy chúng sẽ tự đào thải. Khi nồng độ muối tăng từ 0-1% thì chênh
lệch về mật độ vi khuẩn không đáng kể, sau 7 ngày vẫn đạt xấp xỉ 107 CFU/mL
Mặc dù sự ức chế là đáng kể nhƣng ở nồng độ muối 4% thì vi khuẩn vẫn tồn tại
và phát triển. Nhƣng với mật độ tế bào cao nhất 17,5.102 CFU/mL thì q trình xử
lý sẽ khơng đạt hiệu quả.
Vi khuẩn phát triển tốt ở nồng độ muối 0 – 1% tƣơng tự nghiên cứu của Đặng Thị Cẩm Hà. Nhƣng khoảng khảo sát của Đặng Thị Cẩm Hà đến 10% mà vi khuẩn vẫn còn tồn tại và phát triển.
3.6. XỬ LÝ TRÊN MƠ HÌNH
Sử dụng mơ hình phịng thí nghiệm trên 5 lít nƣớc thải của nhà máy chế biến dầu nhớt Đơng Dƣơng có nồng độ đầu vào: dầu mỡ khoáng 302,6 mg/L; COD 633
mg/L; pH 6,89, nhiệt độ thí nghiệm ở 300C, nồng độ clorua là 104 mg/L. Mơ hình
đƣợc đặt ở điều kiện 300
C, lắc 50 vòng/phút để khuấy đảo mơi trƣờng. Dùng bùn
hoạt tính đƣợc tạo từ vi khuẩn Pseudomonas aeruginosa ĐD.P-1, bổ sung 5% bùn
vào môi trƣờng nƣớc thải, lấy mẫu theo dõi pH 24 giờ 1 lần và nồng độ dầu mỡ khoáng, COD 2 ngày 1 lần. Thí nghiệm kéo dài trong 30 ngày thu đƣợc kết quả trong hình 3.15
Hình 3.15: Sự thay đổi pH theo thời gian
Sự phát triển của vi khuẩn làm cho pH giảm, sự giảm pH này tỉ lệ thuận với thời gian thí nghiệm. Nhƣ kết quả thu đƣợc ở trên thì pH càng thấp thì gây ức chế sự phát triển vi khuẩn càng nhiều, vì vậy mà thời gian càng dài mật độ tế bào giảm dần. Điều này dẫn đến COD sẽ giảm và nồng độ dầu mỡ khống giảm khơng đáng kể, thể hiện kết quả ở bảng 3.12 dƣới đây.
Hình 3.16: Sự thay đổi nồng độ dầu mỡ khoáng và COD theo thời gian Bảng 3.12: Hiệu quả xử lý trên mơ hình trong 30 ngày
Thời gian (ngày) Dầu mỡ khoáng
(mg/L) COD (mg/L) 0 0.0 - 2 8.5 0.0 4 18.0 5.3 6 30.9 11.2 8 41.8 17.7 10 50.4 28.9 12 61.0 42.3 14 68.8 51.0 16 74.0 61.2 18 76.8 71.1 20 79.7 77.0 22 82.6 83.0 24 85.3 87.9 26 87.7 92.3 28 90.4 94.2 30 92.5 96.2
Khi thới gian kéo dài thì hiệu suất của quá trình xử lý giảm dần do mật độ tế bào giảm. Hiệu quả xử lý dầu mỡ khoáng sau 30 ngày là 92,5%, COD đạt 96.2%; hiệu quả có cao so với các lần khảo sát ở trên, nồng độ dầu khoáng trong nƣớc thải đạt QCVN 29:2010/BTNMT cột B ở ngày thứ 28.
Kết quả thí nghiệm thu đƣợc khó ứng dụng vào thực tế vì hiệu suất xử lý thấp, sau 30 ngày khảo sát chỉ đạt 92% so với kết quả của Hardik Patel, Datta Madamwar (2002) đạt 99%, hay các phƣơng pháp xử lý hóa lý có thề đạt 80% trong 24h. Và vì thực tế nƣớc thải của các nhà máy sản xuất là liên tục hay lƣu lƣợng lớn nên không thể lƣu nƣớc thải trong 30 ngày.
Để khắc phục vấn đề này cần tiếp tục nghiên cứu bổ sung dinh dƣỡng phù hợp để tăng sinh khối vi khuẩn, duy trì pH 6 trong thời gian xử lý. Xử lý nƣớc thải bằng vi sinh vật là tập hợp một quần thể vi sinh vật, việc sử dụng một chủng vi khuẩn là không khả thi. Để thu đƣợc kết quả tốt ứng dụng đƣợc vào thực tế thì cần nghiên cứu sâu hơn.
3.7. KIẾN NGHỊ MƠ HÌNH XỬ LÝ BẰNG VI KHUẨN PSEUDOMONAS
Dựa vào tình hình sản xuất của nhà máy chế biến dầu nhớt Đông Dƣơng và đặc tính nƣớc thải của nhà máy này, đề tài đề xuất mơ hình xử lý nƣớc thải theo hình 3.17
Giống vi khuẩn P.aeruginosa ĐD.P-1 đƣợc lấy ra khỏi tủ bảo quản lạnh và cấy
chuyền lên môi trƣờng thạch Pseudomonas. Sau đó, giống đƣợc chuyển vào môi trƣờng Pseudomonas lỏng, nuôi cấy ở nhiệt độ phòng và lắc 50 vòng/phút. Sau 48
giờ, ta thu đƣợc hỗn hợp giống có mật độ tế bào 5x107 CFU/mL.
Nƣớc thải từ các công đoạn sản xuất chảy về hố thu gom. Tại đây, ta tiến hành xử lý sơ bộ là loại bỏ rác bằng song chắn, lắng cát, tuyển nổi qua thiết bị tách API thổi khí. Tiếp theo, nƣớc chảy qua bể điều hịa; tại đây nƣớc thải đƣợc điều chỉnh pH về 6 bằng NaOH hoặc HCl, nồng độ dầu mỡ khoáng khoảng 200 mg/L và nhiệt
độ nƣớc ở 300C. Nƣớc thải đƣợc bổ sung thêm dinh dƣỡng (pepton 10 g/L, K2HPO4
1g/L, MgSO4 1g/L) trƣớc khi qua xử lý sinh học. Trong giai đoạn xử lý sinh học đƣợc bổ sung thêm giống vi khuẩn đã chuẩn bị trƣớc và khuấy đảo 50 vòng/phút.
Sau khi xử lý sinh học thì lắng, lọc lần nữa để loại bỏ tế bào vi khuẩn chết, làm giảm chất rắn lơ lững và các chất hữu cơ. Cuối cùng là khử trùng bằng dung dịch
clorine (Cl2) trƣớc khi thải ra nguồn tiếp nhận, để loại bỏ vi khuẩn đến môi trƣơng
xung quanh và sức khỏe con ngƣời vì vi khuẩn P.aeruginosa có ảnh hƣởng khơng
tốt.
Hình 3.17: Mơ hình xử lý nƣớc thải nhiễm dầu
Xử lý sơ bộ (Tách API) Q trình trung hịa XỬ LÝ SINH HỌC Lắng, lọc vi khuẩn Nƣớc thải sau xử lý Nhân giống Môi trƣờng: Pseudomonas Lắc: 50 vịng/phút Bùn hoạt tính Giống vi khuần P.aerigunosa ĐD.P-1
Nƣớc thải đầu vào
Sau 48h
Khuấy đảo Dinh dƣỡng NaOH / HCl
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
1. KẾT LUẬN:
- Hai chủng vi khuẩn đƣợc đặt tên là ĐD.P-1 và ĐD.P-2, phân lập từ nƣớc thải
đầu vào hệ thống xử lý nƣớc thải nhà máy chế biến dầu nhớt Đông Dƣơng. Kết quả định danh thuộc loài Pseudomonas aeruginosa với độ tƣơng đồng 99,8% và loài
Pseudomonas thermaerum với độ tƣơng đồng 98% bằng phƣơng pháp phân loại theo kiểu hình. Chủng vi khuẩn ĐD.P-1 đƣợc chọn để tiếp tục khảo sát khả năng xử lý dầu mỡ khoáng trong nƣớc thải.
- Điều kiện tăng sinh tốt nhất chủng Pseudomonas aeruginosa (ĐD.P-1) là mơi trƣờng chọn lọc Pseudomonas, vận tốc lắc 50 vịng/phút ở nhiệt độ phòng trong 48 h, lƣợng sinh khối đạt 5x107
CFU/mL.
- Hiệu quả xử lý dầu mỡ khoáng trong nƣớc thải nhân tạo của chủng ĐD.P-1
đạt cao nhất là 89% sau 12 ngày khi nồng độ dầu mỡ khoáng ban đầu là 200 mg/L,
nhiệt độ 300C, pH 6 và vận tốc lắc 50 vòng/phút, khi đó sinh khối đạt cực đại 108
cfu/mL sau 3 ngày xử lý. Tăng lên pH 7, sinh khối cực đại chỉ còn 107 CFU/mL sau
3 ngày và hiệu quả xử lý dầu khoảng giảm còn 62,6%.
- Mật độ vi khuẩn giảm từ 108 CFU/mL xuống 107 CFU/mL khi tăng nồng độ
muối từ 0-1%, tuy nhiên khi nồng độ muối càng cao thì càng gây bất lợi cho sự phát triển của vi khuẩn.
- Áp dụng các điều kiện khảo sát tối ƣu trên mơ hình xử lý theo mẻ 5 lít nƣớc
thải của nhà chế biến dầu nhớt Đơng Dƣơng thì hiệu quả xử lý dầu mỡ khống đạt