Ngày lấy mẫu 1 2 3 4 5 6
COD trung bình (m/L) 561,3 529,3 417,0 319,7 314,0 316,7
4.5.3. Giai đoạn xử lý
Trong giai đoạn này, chúng tơi khảo sát ảnh hưởng của lưu lượng khí đến hiệu quả xử lý nước thải khi thay đổi lưu lượng nước
Sau 6 ngày của giai đoạn tiền xử lý, chúng tơi tiến hành thí nghiệm 4 để khảo sát hiệu quả xử lý của các tốc độ thổi khí (50-100-150 l/phút) với tốc độ bơm nước qua tháp lọc là 2,8 l/giờ; COD đầu vào = 600 mg/l. Mẫu đối chứng được xử lý với các điều kiện tương tự và để thơng khí tự nhiên.
Chúng tôi thu mẫu từng nghiệm thức; nước thải khơng cịn màu trắng đục ban đầu, trở nên sẫm màu và có dạng huyền phù. Sau khi để lắng 1,5 giờ, chúng tôi tiến hành đo pH và COD. Các giá trị pH tăng dần khi tăng tốc độ thổi khí và trong khoảng 7,1 - 8,0. Một nghiên cứu khác khi áp dụng lọc sinh học xử lý nước thải phô-mai cũng dẫn đến pH đầu ra tăng lên trong khoảng 7,6 - 8,9 (Sumathi K. M. Saminathan và cộng sự, 2013). Trong khi đó, giá trị COD đầu ra giảm dần từ 304,7 - 64,0 mg/l (hình 4.14).
Hình 4. 14. Hàm lượng COD đầu ra của thí nghiệm 4
Trong khoảng tốc độ thổi khí từ 50 - 150 l/phút, chúng tôi nhận thấy càng tăng tốc độ thổi khí COD đầu ra giảm dần (137 - 77 mg/l) và đạt dưới mức 150 mg/l theo quy định của QCVN 40:2011/BTNMT đối với nước thải loại B. Hiệu suất xử lý đạt 82,3 - 89,8%. Mẫu đối chứng khơng thổi khí có COD đầu ra là 304,7 mg/l, hiệu suất xử lý chỉ đạt 49,2%.
Đối với việc xử lý ở chế độ thơng khí tự nhiên (mẫu đối chứng), nhờ hiện tượng đối lưu khơng khí cung cấp oxy cho hoạt động của vi sinh vật hiếu khí (Haimanot và cộng sự, 2013), nước thải được xử lý nhưng hiệu suất không cao (49,2%).
Chúng tôi tăng tốc độ nước bơm qua tháp lọc lên mức 3,2 l/giờ và 3,6 l/giờ trong thí nghiệm 5 và thí nghiệm 6. Kết quả thí nghiệm cho thấy tại từng lưu lượng nước, giá trị pH tăng dần và COD giảm dần khi tăng tốc độ thổi khí từ 0 - 150 l/phút giống như xu hướng ở thí nghiệm 4.
- Đối với thí nghiệm 5, giá trị pH sau khi xử lý giữa các nghiệm thức tăng từ 7,0 - 8,0; trong khi đó, hàm lượng COD đầu ra của các nghiệm thức giảm từ 310,7 - 71,7 mg/l tương ứng với tốc độ thổi khí từ 0 - 150 mg/l (hình 4.15). Cả 3 nghiệm thức cung cấp khí đều cho kết quả COD dưới mức quy định 150 mg/l và trong khoảng 71,7 - 113,7 mg/l, hiệu suất xử lý 81,2 - 88,1%.
Hình 4. 15. Hàm lượng COD đầu ra của thí nghiệm 5
Với tốc độ bơm nước 3,6 l/giờ vào tháp lọc, các giá trị pH tăng từ 7,0 - 7,9 và COD đầu ra của các nghiệm thức giảm từ 315,3 - 72,3 mg/l khi tăng tốc độ thổi khí từ 0 - 150 l/phút (hình 4.16). Các nghiệm thức thổi khí cho kết quả COD từ 72,3 - 118,7 mg/l, hiệu suất xử lý 80,2 - 87,9%, đạt mức COD dưới 150 mg/l theo quy định của QCVN 40:2011/BTNMT (nước thải loại B).
Hình 4. 16. Hàm lượng COD đầu ra của thí nghiệm 6
Trong mỗi nghiệm thức, khi tăng tốc độ bơm nước qua tháp lọc, hàm lượng COD đầu ra có tăng lên (hình 4.17). Tuy nhiên, hiệu suất xử lý của các nghiệm thức
thổi khí từ 50-100 l/phút đều đạt trên 80% (hình 4.18); trong khi đó, hiệu suất xử lý của mẫu đối chứng trong khoảng 47,4 - 49,2%.
Hình 4. 17. COD đầu ra của các nghiệm thức khi thay đổi lưu lượng nước
Trước đây, Haimanot và cộng sự (2013) nghiên cứu xử lý nước thải nhà máy bia bằng tháp lọc sinh học nhỏ giọt ở quy mô pilot. Nhóm nghiên cứu của Hiamanot thử nghiệm với 4 tốc độ dòng nước bơm vào: 300, 250, 200, 150 l/ngày, và hiệu quả xử lý lọc sinh học này đều trên 80%. Với hiệu suất xử lý đạt trên 80%, Haimanot đưa ra kết luận tốc độ dòng nước bơm vào tháp lọc không ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý.
Hình 4. 18. Hiệu suất xử lý của các nghiệm thức thổi khí (50-100-150 l/phút) khi thay đổi lưu lượng nước
Theo kết quả được trình bày ở hình 4.17, các nghiệm thức thổi khí có hiệu suất xử lý trong khoảng 80 - 90%. Hiệu suất xử lý trong thí ngiệm này cịn hạn chế so với hiệu suất tối đa 98% trong nghiên cứu xử lý tinh bột mì của Nguyễn Văn Phước và cộng sự (2009) bằng cơng nghệ Hybird ở quy mơ phịng thí nghiệm (cơng nghệ kết hợp lọc hiếu khí với đệm lọc là xơ dừa kết hợp aerotank). Ngoài ra, nghiên cứu của Sumathi K. M. Saminathan và cộng sự (2013) xử lý nước thải phô-mai bằng lọc sinh học nhỏ giọt (vật liệu lọc là than bùn và hạt perlite) công bố kết quả xử lý chỉ tiêu COD đạt 99,2%
Qua các thí nghiệm, chúng tơi nhận thấy, khi cung cấp khí cho tháp lọc trong q trình xử lý nước thải sẽ làm tăng hiệu quả xử lý so với nghiệm thức đối chứng (để thơng khí tự nhiên). Khi tăng tốc độ thổi khí, hiệu quả xử lý giữa các nghiêm thức có tăng lên. Tuy nhiên, 3 lưu lượng khí trong thí nghiệm (50-100-150 L/phút) đều có khả năng xử lý COD đầu vào là 600 mg/l, với COD đầu ra thấp hơn mức chuẩn là 150 mg/l. Vì vậy, chúng tơi chọn lưu lượng khí 50 L/phút để giảm chi phí đầu tư cho thiết bị máy nén khí và hạn chế những xáo trộn gây ảnh hưởng đến màng biofilm khi tốc độ thổi khí quá lớn.
Việc tăng tốc độ nước bơm qua tháp lọc sinh học (từ 2,8 - 3,6 l/giờ) đều cho hiệu suất xử lý nước thải trên 80% với COD đầu vào là 600 mg/l . Cho nên chúng tôi chọn tốc độ bơm nước cao nhất là 3,6 l/giờ để rút ngắn thời gian xử lý mà vẫn đạt hiệu suất trên 80%.
4.6. Khảo sát hiệu quả xử lý nước thải hủ tiếu của tháp lọc sinh học nhỏ giọt không bổ sung B. amyloliquefaciens NBRC 14141 không bổ sung B. amyloliquefaciens NBRC 14141
Chúng tơi tiên hành thí nghiệm này nhằm so sánh hiệu quả xử lý của thí nghiệm bổ sung vi khuẩn B. amyloliquefaciens NBRC 14141 cố định lên các giá thể tre trong tháp lọc sinh học với thí nghiệm khơng bổ sung vi khuẩn này trong quá trình tạo màng biofilm trên đệm lọc.
Các giai đoạn thích nghi và tiền xử lý được tiến hành giống như thí nghiệm có bổ sung B. amyloliquefaciens NBRC 14141.
Chúng tôi thực hiện thí nghiệm xử lý với COD đầu vào = 600 mg/l; kết hợp tốc độ thổi khí 50 L/phút và tốc độ bơm nước thải vào tháp lọc là 3,6 l/giờ. Nước thải
cũng từ màu trắng đục chuyển sang sẫm màu và các chất cặn trong nước thải có dạng huyền phù.
Nước thải đầu ra có giá trị pHtrung bình= 7,3, CODtrung bình= 159 mg/l và hiệu suất xử lý đạt 73,5 %. So sánh thí nghiệm xử lý bằng lọc sinh học có bổ sung B.
amyloliquefaciens NBRC 14141 trong cùng các điều kiện xử lý thì tháp lọc khơng
bổ sung chủng vi khuẩn này có hiệu suất thấp hơn, và hàm lượng COD vượt mức chuẩn 150 mg/l. Kết quả được tóm lược trong bảng 4.2.
Bảng 4.2. So sánh kết quả xử lý bằng lọc sinh học nhỏ giọt không bổ sung và có bổ sung B. amyloliquefaciens NBRC 14141 cố định Thí nghiệm pH trung bình COD trung bình (mg/l) Hiệu suất xử lý
Không bổ sung B. amyloliquefaciens
NBRC 14141 cố định 7,3±0,15 159±8,19 73,5% Bổ sung B. amyloliquefaciens NBRC
14141 cố định 7,3±0,12 118,7±3,51 80,2% Theo Chaudhary và cộng sự (2003), trong quá trình hoạt động của tháp lọc sinh học, các chất ô nhiễm trong nước thải được loại bỏ bởi sự phân hủy sinh học nhờ sinh khối trong màng biofilm. Việc bổ sung B. amyloliquefaciens NBRC 14141 có thể làm tăng sinh khối trong quá trình tạo màng lọc sinh học so với q trình xử lý khơng bổ sung vi khuẩn này. Và điều này có thể đã góp phần làm tăng hiệu quả xử lý nước thải hủ tiếu.
Một số nghiên cứu khác khi xử lý nước thải bằng lọc sinh học đề cập đến hiệu quả xử lý nước thải do đóng góp của vật liệu lọc. Các nhóm nghiên cứu sử dụng các vật liệu lọc như than hoạt tính, than bùn (Marco A. Garzón-Zúniga và cộng sự, 2011), hạt perlite hoặc zeolite (Chang và cộng sự, 2002) và nhận định q trình hóa học như sự hấp thụ, trao đổi ion hay sự lắng tủa liên quan đến các vật liệu lọc cũng góp phần loại bỏ chất ơ nhiễm trong nước thải. Trong thí nghiệm của chúng tơi, tre cũng là một dạng vật liệu có tính xốp, nhám, bề mặt riêng 240 m2/m3 (Trịnh Văn Dũng, 2005) tạo nơi bám cho các vi khuẩn và hấp thụ các chất trong nước thải.
CHƯƠNG 5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
5.1. Kết luận
Vi khuẩn B. amyloliquefaciens NBRC 14141 sản sinh các enzyme ngoại bào (amylase, protease) và có khả năng xử lý nước thải hủ tiếu.
Khi xử lý nước thải với B. amyloliquefaciens NBRC 14141 tự do, tỷ lệ vi
khuẩn bổ sung nên thực hiện ở 10%; và thời gian xử lý 36 giờ đối với COD đầu vào ≤ 600 mg/l (hiệu suất xử lý đạt 77,8%), 48 giờ đối với COD đầu vào trên 600 - 900 mg/l (hiệu suất xử tối đa 83,7%).
Khi xử lý nước thải hủ tiếu bằng tháp lọc sinh học nhỏ giọt, việc bổ sung B.
amyloliquefaciens NBRC 14141 giúp tăng sinh khối trong màng biofilm và hiệu suất
xử lý nước thải đạt trên 80% với COD đầu vào 600 mg/l, tốc độ thổi khí 50 l/phút và tốc độ bơm dịng vào là 3,6 l/giờ; trong khi đó, với cùng các điều kiện xử lý nhưng không bổ sung B. amyloliquefaciens NBRC 14141, hiệu suất xử lý đạt 73,5%.
5.2. Kiến nghị
Thử nghiệm thêm các vật liệu lọc (hạt perlite, zeolite, than hoạt tính) để khảo sát hiệu quả xử lý của tháp lọc sinh học nhỏ giọt đối với nước thải hủ tiếu với hàm lượng COD đầu vào lớn hơn.
Nước thải hủ tiếu ở công đoạn rửa chua có hàm lượng COD rất cao. Cho nên, cần tiến hành thêm thí nghiệm đưa cơng đoạn lọc sinh học nhỏ giọt vào dây chuyền xử lý yếm khí - lọc sinh học nhỏ giọt - bể lắng để nước thải đạt COD đầu ra và màu sắc của nước trong hơn.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tài liệu tiếng Việt
1. Ngô Tự Thành, Bùi Thị Việt Hà, Vũ Minh Đức, Chu Văn Mẫn, 2009. Nghiên cứu hoạt tính enzyme ngoại bào của một số chủng Bacillus mới phân lập và
khả năng ứng dụng của chúng trong xử lý nước thải. Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học tự nhiên và công nghệ 25: 101-106.
2. Nguyễn Đức Lượng, Nguyễn Thị Thùy Dương, 2003. Công nghệ sinh học môi trường (Tập 1 - Công nghệ xử lý nước thải). NXB Đại học quốc gia TP. Hồ Chí Minh.
3. Nguyễn Đức Lượng, Cao Cường, 2003. Thí nghiệm cơng nghệ sinh học (Tập 1- Thí nghiệm hóa sinh). NXB Đại học quốc gia TP. Hồ Chí Minh.
4. Nguyễn Đức Lượng, Phan Thị Huyền, Nguyễn Ánh Tuyết, 2006. Thí nghiệm cơng nghệ sinh học (Tập 2 – Thí nghiệm vi sinh vật học). NXB Đại học quốc gia TP. Hồ Chí Minh.
5. Nguyễn Đức Lượng, 2006. Cơng nghệ vi sinh vật (Tập 1 - Cơ sở vi sinh vật công nghiệp). NXB Đại học quốc gia TP. Hồ Chí Minh.
6. Nguyễn Đức Lượng, 2006. Cơng nghệ vi sinh vật (Tập 2 - Vi sinh vật công nghiệp). NXB Đại học quốc gia TP. Hồ Chí Minh.
7. Nguyễn Đức Lượng (chủ biên), 2010. Công nghệ enzyme. NXB Đại học quốc gia TP. Hồ Chí Minh.
8. Nguyễn Hữu Hiệp, Nguyễn Thị Hải Lý, 2012. Phân lập các dịng vi khuẩn có khả năng phân hủy tinh bột. Tạp chí khoa học 2012: 21a 37-44, trường Đại học Cần Thơ.
9. Nguyễn Thị Thanh Phượng, Nguyễn Văn Phước, Thiệu Cẩm Anh, 2010. Nghiên cứu đánh giá hiệu quả xử lý nước thải tinh bột mì bằng cơng nghệ lọc sinh học hiếu khí trên các vật liệu lọc khác nhau. Tạp chí phát triển KH&CN, tập 13, số M2 2010.
10. Nguyễn Quang Huy, Ngô Thị Kim Tốn, 2014. Khả năng tích lũy phospho và tạo biofilm của chủng Bacillus lichenifomis A4.2 phân lập tại Việt Nam.
Tạp chí khoa học ĐHQGHN, Khoa học tự nhiên và công nghệ, tập 30 số 1 (2014) 43-50.
11. Nguyễn Thanh Trúc, Đặng Viết Hùng, 2013. Nghiên cứu đánh giá hiệu quả xử lý nước thải chế biến thủy sản bằng công nghệ Swimbed với giá thể Biofringe được làm từ sợi đay. Tạp chí nghề cá sơng Cửu Long-2-tháng 11/2013 trang 60-70.
12. Nguyễn Văn Phước, 2012. Giáo trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học. NXB Đại học quốc gia TP. Hồ Chí Minh.
13. Nguyễn Văn Phước, Chu Trọng Kim, 2003. Nghiên cứu xử lý nước thải đơ thị trên mơ hình tháp lọc sinh học. Hội thảo Nghiên cứu khoa học – chuyển giao công nghệ môi trường; phục vụ đào tạo và bảo vệ môi trường trong các trường đại học, trang 318 – 387.
14. Nguyễn Văn Phước, Nguyễn Thị Thanh Phượng, Lê Thị Thu, 2009. Xử lý nước thải tinh bột mì bằng cơng nghệ hydrid (lọc sinh học – aerotank). Tạp chí phát triển KH&CN, tập 12, số 02- 2009.
15. Nguyễn Xuân Thành, 2003. Công nghệ vi sinh vật trong sản xuất nông nghiệp và xử lý ô nhiễm môi trường. NXB Nông Nghiệp.
16. Trịnh Văn Dũng, 2005. Ứng dụng thiết bị dạng màng sinh học cố định trong sản xuất axit axetic bằng phương pháp lên men nhanh. Tạp chí phát triển KH&CN, tập 8, số 9- 2005, trang 47-50.
17. Trịnh Thành Trung, Phan Lạc Dũng, Trần Thị Lệ Quyên, Dương Văn Hợp, Đào Thị Lương, 2013. Đặc điểm sinh học và tiềm năng ứng dụng của chủng vi khuẩn Bacillus amyloliquefaciens subsp. Plantarum sp 1901 phân lập tại rừng quốc gia Hoàng Liên. Tạp chí khoa học ĐHQGHN, Khoa học tự nhiên và công nghệ, tập 19 số 3 (2013) 59-70.
18. Trịnh Xuân Lai, 2002. Thiết kế cơng trình xử lý nước thải. NXB Hà Nội. 19. Trương Thị Mỹ Khanh, Vũ Thị Hương Lan, 2012. Nghiên cứu tuyển chọn
một số chủng vi sinh vật có khả năng xử lý protein và ứng dụng xử lý nước thải chế biến thủy sản. Tạp chí khoa học ĐHQGHN, Khoa học tự nhiên và công nghệ, số 28 116-124.
Tài liệu tiếng nước ngoài
20. Al-Rekabi, W.S., He, Q., Qiang, W.W., 2007. Improvements in wastewater treatment technologies. Pak. J. Nutr., 6(2): 104-110.
21. Archana Lal, Naowarat Cheeptham, 2013. Starch Agar Protocol. ASM MicrobeLibrary (http://www.microbelibrary.org/library/laboratory-test/3780- starch-agar-protocol).
22. Chang, W-S., Hong, S-W., & Park, J., 2002. Effect of zeolite media for the treatment of textile wastewater in a biological aerated filter. Process Biochemistry, 37 (7), 693–698.
23. Chaudhary, D. S., Vigneswaran, S., Ngo, H. H., Shi, W. D., and Moon, H., 2003. Biofilter in Water and Wastewater Treatment. Korean J. Chem. Eng., 20(6), 1054-1065.
24. CR., Kokare, S., Chakaborty, AN., Khopade, KR., Mahadik, 2009. Biofilm: Importance and applications. Indi. J. Biotechnol. 8-195
25. Daban Lu, Yan Zhang, Shiquan Niu, Letao Wang, Shaoxiong Lin, Chunming Wang, Weichun Ye and Chunlei Yan, 2012. Study of phenol biodegradation using Bacillus amyloliquefaciens strain WJDB-1 immobilized in alginate–
chitosan–alginate (ACA) microcapsules by electrochemical method. Spingerlink, Volume 23, Number 2: 209-219.
26. Daigger, Glen T., Boltz, Joshua P., 2011. Trickling Filter and Trickling Filter-Suspended Growth Process Design and Operation: A State-of-the-Art Review. Water Environment Research 83.5 : 388-404.
27. Dhanya Gangadharan, K. Madhavan Nampoothiri, Swetha Sivaramakrishnan & Ashok Pandey, 2009. Biochemical Characterization of Raw-starch-digesting Alpha Amylase Purified from Bacillus amyloliquefaciens. Appl Biochem Biotechnol 158:653–662.
28. F. G., Priest, M., Goodfellow, L. A., Shute & R. C. W., Berkeley, 1987.
Bacillus amyloliquefaciens sp. nov. norn. rev. Int J Syst Bacteriol 37: 69-71.
29. Gabriel Bitton, 2005. Wastewater Microbiology, 3rd edition. John Wiley & Sons, Inc.
30. Garzón-Zúđigi, Marco A.;Sandoval-Villasana, Ana M, Moeller-Chávez, Gabriela E., 2011. Decolorization of the AO24 Azo Dye and Reduction of Toxicity and Genotoxicity in Trickling Biofilter. Water Environment Research; 83. 2; ProQuest Central pg. 107.
31. Gernaey, K., Petersen, B., Nopens, I., Comeau, Y., & Varolleghem, P. A., 2002. Biotechnoloy and Bioengineering, 79, 741-153.
32. Haimanot Habte Lemji, Hartmut Eckstadt, 2013. A pilot scale trickling filter with pebble gravel as media and its performance to remove chemical oxygen demand from synthetic brewery wastewater. J Zhejiang Univ-Sci B (Biomed & Biotechnol) 14(10): 924-933.
33. H., Cao, W., Zheng, S., He, H., Wang, T., Wang & L., Lu, 2013. Identification of up-regulated proteins potentially involved in the antagonism