giai đoạn hoạt động tiếp sau. Sau đó các tế bào này liên kết với nhau tạo thành bông cặn bám trên vật liệu lọc, tạo nên lớp yếm khí trước. Sau đó vi khuẩn trong điều kiện yếm khí tác động đến các acid béo bay hơi có sẵn trong nước tạo thành các sản phẩm chứa bên trong tế bào đồng thời giải phóng phosphor. Cũng như có một số vi khuẩn có khả năng chứa lượng dư phosphor như là polyphosphate trong tế bào.
2.1.4.3. Cơ chế xử lý chất hữu cơ của mô hình:
Các chất hữu cơ phức tạp như protein, tinh bột, chất béo… sẽ bị thủy phân bởi các enzim ngoại bào thành các chất hữu cơ đơn giản như acid amin, acid béo, acid hữu cơ, đường đơn…Các chất đơn giản này sẽ thấm qua màng tế bào và bị phân hủy tiếp hoặc bị chuyển hóa thành các vật liệu xây dựng tế bào mới bởi quá trình hô hấp nội bào cho sản phẩm cuối cùng là CO2 và H2O. Cơ chế gồm:
Bước 1: oxy hóa chất hữu cơ:
CxHyOzN + (x+y/4+z/3+3/4)O2 → xCO2 + [(y-3)/2]H2O + NH3
Bước 2: quá trình đồng hóa:
CxHyOzN + NH3 + O2 → xCO2 + C5H7NO2
Bước 3: quá trình dị hóa:
C5H7NO2 + 5O2 → xCO2 + H2O NH3 + O2 → O2 + HNO2 → HNO3
2.1.5. Các nghiên cứu, ứng dụng công nghệ hiếu khí bám dính và những kết quả đạt được: được:
25
Hình. Phân loại các công nghệ xử lý hiếu khí bám dính
- Năm 1868, ông Edward Frankland một thành viên của Hội đồng Anh đã nghiên cứu phương thức lọc đối với nước thải ở Luân Đôn với một cột bên trong có chứa vật liệu dạng tấm làm từ sỏi thôi và đất có than bùn.
- Năm 1882 Warrington đã chứng minh rằng có thể làm giảm chất ô nhiễm trong nước bằng sỏi sạch.
- Lọc sinh học được áp dụng đầu tiên ở Mỹ tại trại thực nghiêm Lawrence bang Matsachuset năm 1891 và Anh năm 1893.
- Năm 1901 hệ thống lọc sinh học đầu tiên được giới thiệu áp dụng tại Madison, Wisconsin. Đến năm 1940, Mỹ có hơn 60% hệ thống xử lý nước thải áp dụng công nghệ lọc sinh học.
- Năm 1960, đĩa quay sinh học đầu tiên được áp dụng ở Đức, sau đó ở Mỹ. Ở Myc và Canada, 70% hệ thống đĩa quay sinh học được áp dụng để loại bỏ BOD, 25% để loại bỏ BOD và Nitrate, 5% để loại bỏ Nitrate.
- Những năm 1970, lọc sinh học trở nên phổ biến ở Đức.
- Những năm 1980, lọc sinh học đước áp dụng để xử lý sự phát thải độc chất và sự phát tán chất ô nhiễm hữu cơ trong công nghiệp.
- Đến những năm 1990 có hơn 500 hệ thống xử lý sử dụng biện pháp lọc sinh học trong xử lý nước ở Đức và Hà Lan. Hiếu khí bám dính Lọc hiếu khí Lọc sinh học nhỏ giọt Đĩa quay sinh học
26
- Năm 1995, Guitonas và Alexious đã tiến hành thí nghiệm sử dụng 1 bể lọc sinh học hai giai đoạn là hiếu khí và khị khí với giá thể bằng chất dẻo. Hiệu quả sử lý nito đạt được khá cao với nước thải đô thị ở nhiệt độ cao.
- Năm 1996, nhà máy xử lý nước thải KCN Việt Nam – Singapore đã áp dụng hệ thống xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học hiếu khí với giá thể gắn kết, sử dụng tấm PVC nhám làm giá thể dính bám cho vi sinh vật, hiệu quả xử lý BOD đạt trên 70%. - Năm 2004, Viện Hóa học Công nghệ đã phối hợp với Trung tâm Công nghệ môi trường
quốc tế Nhật Bản (ICETT) chuyển giao công nghệ xử lý bằng vi sinh vật. Công nghệ này được áp dụng để xử lý nước thải sông Tô Lịch cực kì ô nhiễm.
Các công nghệ sinh học đã được hình thành và được áp dụng trong thực tế: Công nghệ lọc sinh học RBC
Lọc sinh học RBC (rotating Biological Contactor) là công nghệ tiên tiến trong xử lí nước thải nhằm giảm thiểu các chất ô nhiễm, đồng thời là công nghệ tiết kiệm năng lượng, tiết kiệm chi phí xử lý. Hệ thống này được nghiên cứu và phát triển tại Đức vào những năm 1960, đến nay đã được ứng dụng rộng rãi tại 140 quốc gia trên thế giới. Hệ thống thích hợp cho các nước thải có nguồn gốc sinh hoạt như nước thải tại các toà nhà, khu dân cư, bệnh viện ... và nước thải một số ngành sản xuất công nghiệp. Ở Việt nam, Công ty Cổ phần Công nghiệp Môi trường (Viện Máy và Dụng cụ Công nghiệp đã nghiên cứu chế tạo và ứng dụng rất hiệu quả thiết bị này và đưa vào xử lý nước thải tại một số ngành công nghiệp thực phẩm và các khu dân cư sinh thái, các bệnh viện khách sạn ... Thiết bị được đánh giá là một giải pháp tiết kiệm chi phí trong xử lý nước thải hiện nay.
Công nghệ AFBR
Công nghệ AFBR (Advance Fixed Bed reactor) là một công nghệ được GREE phát triển từ công nghệ FBR (Fixed Bed Reactor) được bổ sung hệ thống sensor cảm biến DO và hệ thống điều khiển tự động cung cấp khí giúp điều chinh oxy trong nước luôn ở nồng độ tối ưu đem lại hiệu quả xử lí vượt trội và tiết kiệm điện năng.Hệ thống tích hợp cả 3 quá trình: sinh học bùn hoạt tính lơ lửng,quá trình tùy nghi khử N và P, quá trình vi sinh vật sinh trưởng ở dạng bám dính trên vật liệu tiếp xúc trong hệ thống.Hệ thống phân phối khí
27
bọt mịn trong hệ thống AFBR được GREE thiết kế có thể tăng lượng ôxy hoà tan trong nước lên đến 28%. Quá trình thực hiện đạt hiệu quả cao có thể tiết kiệm điện năng tiêu thụ cho hệ thống cung cấp dưỡng khí khoảng 40%. Hơn nữa, AFBR có thể giảm thiểu việc sử dụng hoá chất bằng cách tăng nồng độ MLSS của các chủng vi sinh nuôi cấy.Hệ thống AFBR của GREE có khả năng điều chỉnh giảm công suất máy thổi khí trong thời gian đầu khi dự án đi vào quá trình hoạt động mà vẫn chưa hoạt động hết công suất giúp tiết kiệm chi phí vận hành và bảo trì luôn ở mức thấp nhất.
Công nghệ MBBR
MBBR là từ viết tắt của cụm từ Moving Bed Biofilm Reactor, được mô tả một cách dễ hiểu là quá trình xử lý nhân tạo trong đó sử dụng các vật làm giá thể cho vi sinh dính bám vào để sinh trưởng và phát triển, là sự kết hợp giữa Aerotank truyền thống và lọc sinh học hiếu khí.Công nghệ MBBR là công nghệ mới nhất hiện nay trong lĩnh vực xử lý nước thải vì tiết kiệm được diện tích và hiệu quả xử lý cao. Vật liệu làm giá thể phải có tỷ trọng nhẹ hơn nước đảm bảo điều kiện lơ lửng được. Các giá thể này luôn chuyển động không ngừng trong toàn thể tích bể nhờ các thiết bị thổi khí và cánh khuấy. Mật độ vi sinh ngày càng gia tăng, hiệu quả xử lý ngày càng cao.Tương tự Aerotank truyền thống, bể MBBR hiếu khí cũng cần một MBBR thiếu khí (Anoxic) để đảm bảo khả năng xử lý nitơ trong nước thải. Thể tích của màng MBBR so với thể tích bể được điều chỉnh theo tỷ lệ phù hợp, thường là <50% thể tích bể.Ứng dụng cho hầu hết các loại nước thải có ô nhiễm hữu cơ: trường học, khu dân cư, bệnh viện, thủy sản, sản xuất chế biến thực phẩm, đồ uống đóng hộp, nước thải công nghiệp, dệt nhuộm…
2.2. KẾT QUẢ TÍNH TOÁN: 2.2.1. Hiệu quả loại bỏ COD:
Công thức tính toán: =( – ). . .
ẫ Trong đó: Vo: thể tích Fe(II) chuẩn mẫu trắng
V: thể tích Fe(II) chuẩn mẫu N: nồng độ Fe(II)
28 f: độ pha loãng
Vị trí lấy mẫu
Thể tích mẫu đem đi phân tích (mL) Hệ số pha loãng (f) VFe 0,025N (mL) COD (mg/L) Hiệu quả xử lý COD (%) Mẫu trắng 0 3,5 0 Đầu vào 2 5 2,6 450 Sau 1h 2 5 3,0 250 44,44, Sau 2h 2 5 3,2 150 66,67 Sau 3h 2 5 3,1 200 55,56 Sau 4h 2 5 3,05 225 50 Nhận xét:
Sau 1 giờ, hiệu quả xử lý chưa cao do hoạt động của vi sinh vật chưa mạnh mẽ, lúc này các vi sinh vật đang bắt đầu thích nghi với môi trường cơ chất mới. Giai đoạn sau đó, quá trình oxy hóa COD điễn ra mạng mẽ, đặc biệt là sau 2 giờ thích nghi. Các vi sinh vật dùng COD để nuôi sống cơ thể và tăng sinh khối, giai đoạn này loại bỏ được 66,67% lượng COD ban đầu. Sau 3 giờ, 4 giờ các vi sinh vật bắt đầu suy giảm nhưng vẫn có khả năng loại bỏ COD và khả năng nó chỉ khử được 50% COD.
29