1.3.5.1. Giới thiệu về phương phỏp bựn hoạt tớnh
Quỏ trỡnh BHT được Adren và Lockett nghiờn cứu tại Anh vào năm 1914 và cú tờn “bựn hoạt tớnh”, quỏ trỡnh này sinh ra một lượng bựn gọi là “sinh khối” trong quỏ trỡnh xử lớ, bựn này cú tỏc dụng loại bỏ cỏc tạp chất và làm sạch nước thải. Phương phỏp BHT được ỏp dụng rộng rói trong xử lớ nước thải ngay từ thập kỉ 20 ở nhiều nước trờn thế giới. cho đến nay nhiều sơ đồ cụng nghệ xử lớ được phỏt triển và ứng dụng trờn nền tảng cơ sở của phương phỏp BHT với đặc trưng cơ bản: hỗn hợp sinh khối vi sinh với nước thải được sục khớ phõn phối đều trong thể tớch phản ứng nhờ năng lượng từ ngoài (sục khớ, khuấy cơ học). Trong quỏ trỡnh phản ứng vi sinh một mặt oxi húa chất bẩn thành CO2, mặt khỏc sử dụng chất ụ nhiễm để tổng hợp tế bào mới.
Đõy là quỏ trỡnh xử lớ sinh thỏi nhất, hầu như khụng sử dụng hoỏ chất. Nước thải cú thể đạt chất lượng cao. Trong quỏ trỡnh ụxi hoỏ thỡ chất ụxi hoỏ là ụxi khụng khớ, rẻ nhất, chất thải là bựn vi sinh (sinh khối).
Túm tắt bản chất: với quỏ trỡnh hiếu khớ, khi nước thải được cấp đủ ụxi vi sinh vật hiếu khớ sẽ thực hiện đồng thời hai quỏ trỡnh:
Đồng hoỏ là sử dụng cỏc cơ chất chứa cỏc nguyờn tố C, H, O, N, P, vi lượng cú trong nước thải để tổng hợp tế bào với cụng thức gần đỳng C5H7NO2
Dị hoỏ là ụxi hoỏ cỏc chất hữu cơ thành CO2 (cũn gọi là khoỏng húa) và cỏc chất cú khả năng ụxi hoỏ khỏc để lấy năng lượng sử dụng cho cỏc hoạt động sống.
Hỡnh 1.4 - Cõn bằng vật chất đối với cacbon (BOD5) trong hệ xử lớ sinh học hiếu khớ
Kết quả là nước giảm cỏc chất ụ nhiễm và sinh khối tăng. Để thực hiện điều này trong thực tế xử lớ nước thải phải ỏp dụng cỏc kĩ thuật sao cho hệ vi sinh cú điều kiện thực hiện tốt cỏc chức năng đó nờu, đồng thời phải tỏch được lượng bựn dư hỡnh thành.
Cỏc phản ứng chớnh trong quỏ trỡnh xử lớ sinh học hiếu khớ
Tổng hợp tế bào và ụxi hoỏ chất hữu cơ:
COHNS + O2 + dinh dưỡng + VS CO2 + NH3 + C5H7NO2 + sản phẩm khỏc
Phõn huỷ nội sinh (hụ hấp):
C5H7NO2 + 5O2 5CO2 + NH3 + 2H2O + năng lượng COHNS = C18H19O9N = cụng thức nước thải.
C5H7NO2 = cụng thức vi sinh.
Quỏ trỡnh này chủ yếu được thực hiện trong bể oxi hoỏ bằng cỏch sục oxi khụng khớ liờn tục. Vi sinh xử lớ nước thải dựa vào khả năng sử dụng cỏc chất hữu cơ và một số nguyờn tố khỏc làm thức ăn để tỏi tạo sinh khối, đồng thời oxi hoỏ chất bẩn (thức ăn) thành CO2 và H2O để tạo năng lượng cho cỏc hoạt động sống của chỳng. Mặt khỏc trong quỏ trỡnh sục khớ cỏc chất hữu cơ sẽ bỏm vào cỏc hạt bựn và lắng xuống (quỏ trỡnh hấp phụ sinh học).
Nước thải 100%C
Aerotank Sinh khối (vi khuẩn)
= 2 – 3 g/L DO ~ 2 mg/L Nước ra ~ 5%C CO2~ 45%C ~ 5 0 % C Bựn ễxi khụng khớ Nước thải 100%C Aerotank Sinh khối (vi khuẩn)
= 2 – 3 g/L DO ~ 2 mg/L Nước ra ~ 5%C CO2~ 45%C ~ 5 0 % C Bựn ễxi khụng khớ
Để phỏt triển hài hoà, vi sinh vật cần được cung cấp đầy đủ dinh dưỡng, trước hết là N, P. Rất nhiều loại nước thải chứa thừa cả hai loại trờn, đú là loại nước thải giàu N, P: nước thải sinh hoạt, chế biến thịt cỏ, nước rỏc (thiếu P), nước chuồng trại, thuộc da. Một số loại nước thải nghốo cỏc thành phần N, P như nước thải chế biến đường mớa, hoa quả, tinh bột, bia rượu... cần bổ sung thờm N, P từ ngoài vào. Đối với loại vi sinh dị dưỡng hiếu khớ trong hệ xử lớ BHT tỉ lệ của BOD : N : P thường được khuyến cỏo là 100 : 5 : 1.
1.3.5.2. Đặc trưng của vi sinh trong cỏc hệ xử lý vi sinh
Phần lớn cỏc loại vi khuẩn điển hỡnh thuộc nhúm Eubacteria cú cấu trỳc đơn bào với nhõn nguyờn thủy khụng cú màng nhõn (Prokaryotic) sinh sản bằng cỏch phõn đụi tế bào. Định lượng quỏ trỡnh phỏt triển này cú thể bằng cỏch đếm số tế bào theo thời gian hoặc bằng cỏch định lượng khối lượng tế bào sinh ra trong một đơn vị thời gian. Trong xử lý nước thải thường sử dụng theo cỏch thứ hai. Như vậy, tốc độ phỏt triển tế bào (hay sinh khối) là lượng tế bào sinh ra trong một đơn vị thời gian, trong một đơn vị thể tớch. Thời gian để vi khuẩn tăng lượng gấp đụi được gọi là thời gian nhõn đụi, thời gian nhõn đụi của vi khuẩn là từ vài chục phỳt tới vài ngày. Nồng độ vi sinh hoạt động luụn biến đổi trong quỏ trỡnh phản ứng hỡnh 1.5 và giỏ trị rất phụ thuộc vào điều kiện phản ứng (nồng độ cơ chất, pH, nhiệt độ, chất độc, khả năng phõn ró (chết), thời gian lưu bựn... ).
Hỡnh 1.5 - Sự phỏt triển lượng vi khuẩn trong điều kiện cơ chất S = constant Cỏc phương trỡnh liờn quan như sau:
1. Tốc độ tăng trưởng tế bào, rg
Thời gian S ố V i k h u ẩ n , X 3 2 4 Xo 1 Ghi chú: 1. Vùng trễ (lag phase) 2. Vùng phát triển (tốc độ sinh > tốc độ chết) 3. Vùng ổn định (tốc độ sinh = tốc độ chết) 4. Vùng chết (tốc độ chết > tốc độ sinh)
X dt dX
rg (1.3)
Trong đú: X – nồng độ sinh khối, g/L; μ – hệ số tỷ lệ, cú tờn là hệ số tốc độ phỏt triển sinh khối đặc trưng ngày-1
.
2. Sự phỏt triển sinh khối bị giới hạn bởi cơ chất (phương trỡnh Monod)
S K S S (1.4) (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Trong đú: - hệ số tốc độ phỏt triển sinh khối cực đại; S – nồng độ cơ chất, mg/L; KS – hằng số bỏn bóo hũa ứng với nồng độ cơ chất S = KS (mg/L) khi đú
2
(hỡnh dưới).
Phương trỡnh Monod được mụ tả qua hỡnh dưới đối với từng cơ chất. Ở giai đoạn đầu khi S nhỏ, μA tăng gần như tuyến tớnh với S, khi nồng độ cơ chất S lớn, μA tiệm cận tới giỏ trị cực đại và thể hiện bậc khụng theo S
Hỡnh1.6 - Mối quan hệ hệ số tốc độ phỏt triển vi sinh đặc trưng μA và nồng độ cơ chất theo phương trỡnh Monod
Cho (1.4) vào (1.3) ta cú tốc độ sinh trưởng của vi sinh rg:
S K XS r S g (1.5)
3. Quan hệ tốc độ sinh trưởng sinh khối rg và tốc độ tiờu thụ cơ chất (tốc độ phản ứng) rSU Nồng độ cơ chất S A μ/2 μ KS
Ta cú hiệu suất tạo sinh khối Y bằng: SU g r r Y Y r rSU g (1.6) Kết hợp pt. (1.5, 1.6) ta cú tốc độ phản ứng rSU: ) (K S Y XS r S SU (1.7)
Rừ ràng là ở đõy tốc độ tỷ lệ thuận bậc 1 đối với nồng độ sinh khối X, tỷ lệ bậc 0 đến 1 đối với nồng độ cơ chất S.
Đặt Y k (1.8)
Ở đõy k cú ý nghĩa như hằng số vận tốc k trong phản ứng húa học. Đưa pt. (1.8) vào pt. (1.5) ta cú: S K kXS r S SU (1.9)
Từ phương trỡnh tốc độ (1.9) tựy cỏc điều kiện khỏc nhau ta cú thể thu được cỏc phương trỡnh đơn giản hơn.
Nếu X = constant, KS rất nhỏ ta cú: k rSU (1.9a) Nếu X = constant, S >> KS ta cú: kS rSU (1.9b) Nếu KS >> S ta cú: kXS rSU (1.9c) và rSU kXS (1.9d)
1.3.5.3. Giới thiệu về kỹ thuật phản ứng giỏn đoạn
Để thực hiện quỏ trỡnh xử lớ nước thải người ta cú thể thực hiện theo hai kỹ thuật: phương phỏp xử lý theo mẻ và liờn tục. Phương phỏp xử lý theo mẻ là phương phỏp được thực hiện trong một khối thể tớch hữu hạn nào đú, cú thời điểm
khởi đầu và kết thỳc sau một khoảng hời gian. Mỗi lần kết thỳc sẽ thu được một sản phẩm cuối cựng được gọi là kết thỳc một mẻ (batch) và sản phẩm mới được lặp lại theo đỳng trỡnh tự mẻ trước. Đặc trưng quan trọng nhất của kỹ thuật phản ứng này là nồng độ của bất kỡ một đối tượng quan sỏt nào sẽ cú giỏ trị như nhau tại mọi vị trớ khụng gian của khối phản ứng, tại một thời điểm t, nồng độ của nguyờn liệu giảm và sản phẩm tăng theo thời gian. Đối với cỏc hệ cần tăng cường chuyển khối, người ta cú thể ỏp dụng cho cỏc giải phỏp cưỡng bức thờm. Vớ dụ như khuấy trộn để đảm bảo cho tớnh đồng đều của cỏc yếu tố theo vị trớ khụng gian.
Kỹ thuật phản ứng theo mẻ ỏp dụng cho nghiờn cứu về khả năng xử lớ sinh học nước thải bằng hệ BHT là rất hợp lớ do phương phỏp cú tớnh linh động cao, độ chuyển húa lớn, khụng đũi hỏi thiết bị rườm rà, dễ dàng cho việc lấy mẫu và theo dừi tốc độ xử lớ của hệ.
Chương 2 – THỰC NGHIỆM 2.1. Mục đớch nghiờn cứu
Khảo sỏt cỏc thụng số của nước thải trước và sau CWAO cụ thể là cỏc thụng số COD, độ màu, BOD mà chủ yếu là COD và độ màu để đỏnh giỏ hiệu quả xử lý của phương phỏp oxi húa xỳc tỏc pha lỏng.
Nghiờn cứu khả năng xử lý màu, khả năng xử lý COD của vi sinh đối với nước thải trước và sau CWAO ở cỏc mức độ khỏc nhau.
Phương phỏp CWAO thu được kết quả xử lý tốt nếu như cỏc điều kiện nhiệt độ, ỏp suất được tối ưu húa và xỳc tỏc phải được nghiờn cứu và sử dụng cho phự hợp. Tuy nhiờn phương phỏp này cú chi phớ khỏ cao nờn chỳng tụi thực hiện phương phỏp oxi húa ở nhiệt độ nước thải (70 – 80oC), ỏp suất thường với xỳc tỏc cú khả năng xử lý màu cao nhất là quặng Mn – CB [6] để xử lý nước thải dệt nhuộm trước khi xử lý sinh học. Nhằm đỏnh giỏ xem sự kết hợp nào cú thể thu hiệu quả xử lý tốt hơn mà chi phớ thấp hơn và cú thể đề xuất thờm cụng nghệ xử lý nước thải nhuộm.
Đối tượng nghiờn cứu: Nước thải thực chứa thuốc nhuộm hoạt tớnh ở cụng ty trỏch nhiệm hữu hạn Trường Thịnh xó Phựng Xỏ, huyện Mỹ Đức – Hà Nội.