Bùn hoạt tính là tập hợp các vi sinh vật khác nhau,chủ yếu là vi khuẩn, kết lại thành dạng hạt bơng với trung tâm là các hạt chất rắn lơ lửng ở trong nƣớc .Các bơng này cĩ màu vàng nâu dễ lắng,cĩ kích thƣớc từ 3 đến 150µm.Những bơng này gồm các vi sinh vật sống và cặn rắn ( khoảng 30 – 40 thành phần cấu tạo bơng,nếu hiếu khí bằng thổi khí và khuấy đảo đầy đủ trong thời gian ngắn thì con số này khoảng 30 ,thời gian dài khoảng 35 và kéo dài tới vài ngày cĩ thể tới 40 ).Những vi sinh vật sống ở đây chủ yếu là vi khuẩn,ngồi ra cịn cĩ nấm men, nấm mốc, xạ khuẩn, động vật nguyên sinh,...Số lƣợng vi khuẩn trong bùn hoạt tính dao động trong khoảng
108-1012trên 1mg chất khơ. Phần lớn chúng là Pseudomonas, Achomobacrer,
Alcaligenes, bacillus, Micrococus, Flavobacterium,…
1.4.4 Cơ sở khoa học của quá trình xử ý nƣơc thải bằng bùn kỵ khí:
Tính chất quan trọng của bùn là khả năng tạo bơng.Theo lý thuyết của Mikhalis thì sự tạo bơng xảy ra ở giai đoạn trao đổi chất dinh dƣỡng với sinh khối trở nên thấp dần.Tỉ lệ này thấp sẽ đặc trƣng cho nguồn năng lƣợng thấp của hệ thống và dẫn tới giảm nhanh năng lƣợng chuyển động. Động năng tác dụng đối kháng với lực hấp dẫn. Nếu động năng nhỏ thì tác động đối kháng cũng sẽ nhỏ và các tế bào vi khuẩn hấp dẫn với nhau. Diện tích bề mặt tế bào, sự tạo thành vỏ nhầy và tiết ra niêm dịch là nguyên nhân keo tụ của các tế bào vi khuẩn. [1]
Các chất keo dính trong khối nhầy của bùn hấp phụ các chất lơ lững, vi khuẩn, các chất màu, mùi,…trong nƣớc thải. Do vậy hạt bùn sẽ lớn dần và tổng lƣợng bùn cũng tăng dần lên, rồi từ từ lắng xuống đáy. Kết quả là nƣớc sáng màu, giảm lƣợng ơ nhiễm, các chất huyền phù lắng xuống cùng với bùn và nƣớc đƣợc sạch.
Quá trình làm sạch nƣớc thải gồm 3 giai đoạn:
- Các hợp chất hữu cơ tiếp xúc với bề mặt tế bào vi sinh vật.
- Khuếch tán và hấp thu các chất ơ nhiễm nƣớc qua màng bán thấm vào trong
tế bào vi sinh vật.
- Chuyển hĩa các chất này trong nội bào để sinh ra năng lƣợng và tổng hợp
CHƢƠNG 2
ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1Đ i tƣợng nghiên cứu
2.1.1 Một s oại bùn
Bùn cống
- Bùn đƣợc lấy tại cống dẫn nƣớc thải của chợ Vĩnh Hải – Nha Trang. Bùn
màu đen và cĩ mùi hơi khĩ chịu.
- Dùng xơ lấy h n hợp bùn ở dƣới đáy cống cho vào can nhựa 10L và đƣợc
vận chuyển về phịng thí nghiệm Trƣờng Đại học Nha Trang.
- Bùn đem về để lắng, sau đĩ tách bỏ phần nƣớc phía trên và rây h n hợp thu
đƣợc qua lƣới lọc để loại bỏ cát, sạn và các cặn rắn khác (vảy cá, xƣơng,…) cĩ lẫn trong bùn.
Bùn đáy ao
- Bùn đƣợc lấy từ đáy ao nuơi đã bỏ hoang nhiều năm khơng canh tác (đang bị
nơng hĩa) tại xã Cam Phúc Bắc – Cam Ranh – Khánh Hịa. Bùn cĩ màu đen và cĩ mùi hơi khĩ chịu.
- Dùng xơ lấy h n hợp bùn ở dƣới đáy ao cho vào can nhựa 10L và đƣợc vận
chuyển về phịng thí nghiệm Trƣờng Đại học Nha Trang.
- Bùn đem về để lắng, sau đĩ tách bỏ phần nƣớc phía trên và rây h n hợp thu
đƣợc qua lƣới lọc để loại bỏ cát, sạn và các cặn rắn khác (vỏ ốc, sị,…) cĩ lẫn trong bùn.
Bùn lấy từ hệ thống xử lý nƣớc thải của Trung tâm xử lý nƣớc thải Khu Cơng
Nghiệp Suối Dầu
- Bùn đƣợc lấy tại bể aerotank từ hệ thống xử lý nƣớc thải của Trung tâm xử
lý nƣớc thải Khu Cơng Nghiệp Suối Dầu. Bùn cĩ màu vàng nâu, dễ lắng và cĩ mùi hơi khĩ chịu.
- Dùng xơ lấy h n hợp bùn trong bể cho vào can nhựa 10L và đƣợc vận
- Bùn đem về để lắng, sau đĩ tách bỏ phần nƣớc phía trên thu đƣợc bùn đặc.
Bùn lấy từ hệ thống xử lý nƣớc thải của Cơng ty cổ phần Hải sản Nha Trang
- Bùn đƣợc lấy tại bể aerotentừ hệ thống xử lý nƣớc thải của Cơng ty cổ phần
Hải sản Nha Trang. Bùn cĩ màu nâu đỏ, cĩ mùi hơi khĩ chịu.
- Dùng xơ lấy h n hợp bùn trong bể cho vào can nhựa 10L và đƣợc vận
chuyển về phịng thí nghiệm Trƣờng Đại học Nha Trang.
- Bùn đem về để lắng, sau đĩ tách bỏ phần nƣớc phía trên thu đƣợc bùn đặc.
2.1.2Nƣớc thải
- Nƣớc thải đƣợc lấy trực tiếp tại hố thu gom nƣớc thải trƣớc khi đi vào hệ thống
xử lý của Cơng ty cổ phần hải sản Nha Trang.Nƣớc thải nhà máy cĩ màu đỏ gạch tơm và cĩ mùi tanh đặc trƣng.
- Cách lấy mẫu:tại hố gom nƣớc thải của nhà máy chọn địa điểm cĩ dịng chảy
xốy mạnh để đảm bảo pha trộn tốt.Dùng xơ lấy nƣớc trong hố cho vào các can nhựa 20L đã đƣợc làm sạch và đƣợc vận chuyển về phịng thí nghiệm Trƣờng Đại học Nha Trang.
2.1.3Mơ h nh nghiên cứu
Mơ h nh nuơi bùn theo mẻ
Các thí nghiệm đánh giá hiệu quả khử Nitrat của các loại bùn kỵ khí đƣợc thực hiện ở quy mơ phịng thí nghiệm trong mơ hình nuơi bùn theo mẻ.
- Mơ hình gồm 20 can bùn, m i can cĩ thể tích hiệu quả 5L.Trong đĩ, cĩ 4 can
đựng bùn cống, 4 can đựng bùn đáy ao, 4 can đựng bùn lấy từ hệ thống xử lý nƣớc thải của Trung tâm xử lý nƣớc thải Khu Cơng Nghiệp Suối Dầu, 4 can đựng bùn lấy từ hệ thống xử lý nƣớc thải của cơng ty cổ phần Hải sản Nha Trang.
- Bình đựng hĩa chất NaOH 5 cĩ dung tích 500ml.
- Ống nhựa dẻo Φ 0,5 cm nối thơng khí trong can với bình đựng NaOH 5
thơng qua nắp đã đƣợc đục l . Chú ý khoảng cách từ mặt nƣớc trong can bùn đến ống khoảng 3cm và đầu cịn lại ngập sâu 5cm so với mặt nƣớc cĩ trong bình NaOH 5 để đảm bảo điều kiện kỵ khí cho mơ hình.
Mơ h nh kỵ khí Deta ap MP45
Mơ hình kỵ khí Detalap với cơng nghệ lọc kỵ khí bám dính ngƣợc dịng đƣợc sử dụng để đánh giá hiệu quả khử nitrat của các loại bùn kỵ khí đối với nƣớc thải cơng ty cổ phần hải sản Nha trang trong điều kiện xử lý dịng liên tục.
Mơ hình Detalap MP45 quy mơ phịng thí nghiệm đƣợc đặt ở phịng thí nghiệm Viện Cơng nghệ sinh học & Mơi trƣờng – Trƣờng Đại học Nha Trang với cấu tạo gồm:
1. Bể chứa nƣớc thải 25 lít.
2. Ống dẫn nƣớc thải.
3. Ống dẫn hĩa chất.
4. Bể phản ứng methane 8 lít.
5. Vịi lấy mẫu ra của nƣớc thải.
6. Ống lấy mẫu khí ra của bể phản
ứng.
7. Ống tuần hồn của bể nƣớc thải.
8. Bể lắng 6 lit.
Quy tr nh hoạt động:
Nƣớc thải chứa trong bể chứa 1 theo ống dẫn 2 qua bơm B vào hệ thống đảm bảo phân phối đều nƣớc trên diện tích đáy bể. Nƣớc thải đi từ dƣới lên với vận tốc từ 1 - 30L/h.
Hĩa chất đƣợc chứa trong bình chứa hĩa chất đƣợc dẫn vào hệ thống nhờ bơm C theo ống dẫn hĩa chất 3.
H n hợp bùn kỵ khí trong cột phản ứngphân hủy các chất hữu cơ hịa tan trong nƣớc thải.Trong quá trình phân hủy các hợp chất hữu cơ, khí sinh họcđƣợc tạo ra cĩ khuynh hƣớng bám vào các hạt bùn. Khí tự do cùng với các hạt khí sẽ nổi lên phía trên làm xáo trộn cục bộ, bùn tạo thành ở dạng hạt lơ lững. Với quy trình này, bùn tiếp xúc đƣợc nhiều với chất hữu cơ cĩ trong nƣớc thải và quá trình phân hủy xảy ra tích cực.
Các hạt – khí này nổi lên bề mặt gặpgiá thể là vật liệu nhựa tổng hợp PVC cĩ cấu trúc nhƣ một tấm lƣới chắn tách khí, hạt cặn bị vỡ khí thốt lên trên, khí tự do sẽ đƣợc thốt ra nhờ bộ phận thu lắp ở đỉnh thiết bị và đƣợc thu ở ống 6. Bùn rơi xuống dƣới tác dụng của trọng lực và đƣợc lấy ra đem đi xử lý theo VA6 xả bùn.
H n hợp nƣớc đã tách hết khí qua ống 5 ra bể lắng 8.Nƣớc đƣợc lấy ra ở ống dẫn nƣớc sạch sau bể lắng.
Bùn ở bể lắng 8 một phần đƣợc hồi lƣu vào cột phản ứng metan theo VA4 (khi cần), phần cịn lại đƣợc lấy ra từ VA5 để đem đi xử lý.
Trong một mẻ lên men hoạt động hiệu quả, tỷ lệ loại bỏ các COD của mơ hình cĩ thể đạt tới 80 nếu thời gian lƣu nƣớc đủ chậm để các vi khuẩn hoạt động.
2.2 Phƣơng ph p nghiên cứu
2.2.1 Nuơi bùn
Để tạo thuận lợi cho việc nghiên cứu hiệu quả khử nitrat của các loại bùn trong điều kiện kỵ khí, cần tiến hành nuơi bùn. Đây là giai đoạn khởi động rất quan trọng, giúp tạo điều kiện thuận lợi cho vi khuẩn metan phát triển vì trong quá trình lấy mẫu bùn, vận chuyển về phịng thí nghiệm Trƣờng Đại học Nha Trang đã bị lẫn oxy – là thành phần gây độc đối với vi khuẩn metan... Vì vậy giai đoạn này thƣờng mất nhiều thời gian [1], [2].
Bùn cống
- Đƣợc lấy tại cống dẫn nƣớc thải của chợ Vĩnh Hải – Nha Trang, đem về để
lắng, sau đĩ tách bỏ phần nƣớc phía trên và rây h n hợp thu đƣợc qua lƣới lọc để loại bỏ cát, sạn và các cặn rắn khác (vảy cá, xƣơng,…) cĩ lẫn trong bùn.
- Rĩt 5 lít bùn đã xử lý vào can: Trộn bùn đã xử lý với nƣớc thải theo tỉ lệ 1: 1
cho vào các can nhựa 10L [1].
- Đậy kín nắp.
- Dùng ống nhựa dẻo Φ 0,5 cm nối thơng khí trong can với bình đựng NaOH 5
thơng qua nắp đã đƣợc đục l . Chú ý: khoảng cách từ mặt nƣớc trong can bùn đến ống khoảng 3cm và đầu cịn lại ngập sâu 5cm so với mặt nƣớc cĩ trong bình NaOH 5 để đảm bảo điều kiện kỵ khí quá trình nuơi bùn.
- Dán nhãn: dán nhãn bùn cống lên can để đánh dấu.
- Nuơi bùn trong điều kiện kỵ khí trong 2 tuần.
Trong quá trình nuơi bùn cần thƣờng xuyên lắc đều bình nuơi bùn, tạo điều kiện cho sự tiếp xúc của bùn với chất hữu cơ cĩ trong nƣớc thải.
Bùn đáy ao
- Đƣợc lấy từ đáy ao nuơi đã bỏ hoang nhiều năm khơng canh tác (đang bị nơng
hĩa) tại xã Cam Phúc Bắc – Cam Ranh – Khánh Hịa, đem về để lắng, sau đĩ tách bỏ phần nƣớc phía trên và rây h n hợp thu đƣợc qua lƣới lọc để loại bỏ cát, sạn và các cặn rắn khác (vỏ ốc, sị…) cĩ lẫn trong bùn.
- Rĩt 5 lít bùn đã xử lý vào can: Trộn bùn đã xử lý với nƣớc thải theo tỉ lệ 1: 1 cho vào các can nhựa 10L [1].
- Đậy kín nắp
- Dùng ống nhựa dẻo Φ 0,5 cm nối thơng khí trong can với bình đựng NaOH 5
thơng qua nắp đã đƣợc đục l . Chú ý: khoảng cách từ mặt nƣớc trong can bùn đến ống khoảng 3cm và đầu cịn lại ngập sâu 5cm so với mặt nƣớc cĩ trong bình NaOH 5 để đảm bảo điều kiện kỵ khí quá trình nuơi bùn.
- Dán nhãn: dán nhãn bùn đáy ao lên can để đánh dấu.
- Nuơi bùn trong điều kiện kỵ khí trong 2 tuần.
Trong quá trình nuơi bùn cần thƣờng xuyên lắc đều bình nuơi bùn, tạo điều kiện cho sự tiếp xúc của bùn với chất hữu cơ cĩ trong nƣớc thải.
Bùn lấy từ hệ thống xử lý nƣớc thải của Cơng ty cổ phần Hải sản Nha Trang
- Bùn đƣợc lấy tại bể aerotank từ hệ thống xử lý nƣớc thải của Cơng ty cổ phần
Hải sản Nha Trang. Bùn đem về để lắng, sau đĩ tách bỏ phần nƣớc phía trên thu đƣợc bùn đặc.
- Rĩt 5 lít bùn đã xử lý vào can: Trộn bùn đã xử lý với nƣớc thải theo tỉ lệ 1: 1
cho vào các can nhựa 10L [1].
- Đậy kín nắp.
- Dùng ống nhựa dẻo Φ 0,5 cm nối thơng khí trong can với bình đựng NaOH 5
thơng qua nắp đã đƣợc đục l . Chú ý: khoảng cách từ mặt nƣớc trong can bùn đến ống khoảng 3cm và đầu cịn lại ngập sâu 5cm so với mặt nƣớc cĩ trong bình NaOH 5 để đảm bảo điều kiện kỵ khí quá trình nuơi bùn.
- Dán nhãn: dán nhãn bùn Fisco lên can để đánh dấu.
- Nuơi bùn trong điều kiện kỵ khí trong 2 tuần.
Trong quá trình nuơi bùn cần thƣờng xuyên lắc đều bình nuơi bùn, tạo điều kiện cho sự tiếp xúc của bùn với chất hữu cơ cĩ trong nƣớc thải.
- Bùn đƣợc lấy tại bể aerotentừ hệ thống xử lý nƣớc thải của Trung tâm xử lý nƣớc thải Khu Cơng Nghiệp Suối Dầu. Bùn đem về để lắng, sau đĩ tách bỏ phần nƣớc phía trên thu đƣợc bùn đặc.
- Rĩt 5 lít bùn đã xử lý vào can: Trộn bùn đã xử lý với nƣớc thải theo tỉ lệ 1: 1
cho vào các can nhựa 10L cĩ dán nhãn.
- Đậy kín nắp
- Dùng ống nhựa dẻo Φ 0,5 cm nối thơng khí trong can với bình đựng NaOH 5
thơng qua nắp đã đƣợc đục l . Chú ý: khoảng cách từ mặt nƣớc trong can bùn đến ống khoảng 3cm và đầu cịn lại ngập sâu 5cm so với mặt nƣớc cĩ trong bình NaOH 5 để đảm bảo điều kiện kỵ khí quá trình nuơi bùn.
- Dán nhãn: dán nhãn bùn KCN lên can để đánh dấu.
- Nuơi bùn trong điều kiện kỵ khí trong 2 tuần.
Trong quá trình nuơi bùn cần thƣờng xuyên lắc đều bình nuơi bùn, tạo điều kiện cho sự tiếp xúc của bùn với chất hữu cơ cĩ trong nƣớc thải.
2.2.2 Phƣơng ph p xử lý s liệu
Kết quả thí nghiệm và khảo sát đƣợc nhập vào phần mềm Microsoft Word, Excel, để xử lý đƣa ra bảng biểu, đồ thị, bản vẽ tìm các kết quả nghiên cứu tin cậy và tối ƣu.
2.2.3 Phƣơng ph p tổng hợp tài liệu
Các tài liệu liên quan đề tài đƣợc thu thập từ sách, báo, internet, thƣ viện… đƣợc tổng hợp so sánh, phân tích, đánh giá.
2.2.4 Phƣơng ph p ph n tích 2.2.4.1 Dựng đƣờng chuẩn Nitrat
Các mẫu chuẩn đƣợc chuẩn bị từ dung dịch làm việc trong khoảng nồng độ từ
0,1÷2 mg/l. Thêm 1ml dung dịch natrixalixilat, đun dung dịch ở khoảng 105oC trên
bếp cách cát hay cách thủy đến khơ. Đểnguội đến nhiệt độ phịng. Thêm 1ml axit sunfuric đậm đặc, lắc cho tan hết phần cặn khơ, để yên 10 phút, cẩn thận thêm 8 ml nƣớc cất, thêm 7ml dung dịch NaOH 30 . Sau đĩ chuyển tồn bộ dung dịch vào bình
định mức 25ml, định mức bằng dung dịch NaOH 2,5 . Lắc đều đo mật độ quang ở 420nm.Chuẩn bị dãy chuẩn vào bình tam giác 50ml nhƣ bảng 2.1.
Bảng 2.1 Hàm ƣợng dung dich cần chuẩn bị cho dãy chuẩn.
Mẫu 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Dung dịch làm việc (2mg l) 0 0,25 0,5 1 2 4 5 6 8 9 10 Nƣớc cất (ml) 10 9,75 9,5 9 8 6 5 4 2 1 0 Natri xalixilat (ml) 1 H2SO4 đặc (ml) 1 Nƣớc cất (ml) 8 NaOH 30% ( ml) 7 NaOH 2,5% (ml) 10 Nồng độ (mg/l) 0 0,05 0,1 0,2 0,4 0,8 1 1,2 1,6 1,8 2
Tự làm mẫu giả bằng cách lấy 10ml nƣớc cất, lần lƣợt thêm các chất nhƣ đối với mẫu phân tích để làm mẫu trắng khi đo quang.
Chú ý: Nên dùng bếp đun cách thủy cĩ điều chỉnh, kiểm sốt nhiệt độ, nếu dùng bếp cách cát để cơ cạn mẫu thì cần lƣu ý ổn định nhiệt độ.
Phải để mẫu khơ kiệt mới lên màu đúng. Cĩ thể khơng cần định mức lên 25ml bằng dung dịch NaOH 2,5 nếu nồng độ nitrat thấp.
Hình M u của dãy dung dịch chuẩn
Kết quả thí nghiệm xây dựng đƣờng chuẩn đƣợc trình bày trong Bảng P1.1 và