Đánh giá ảnh hưởng của PH và tải trọng đến tính chất lắng của bùn hoạt tính

Lời mở đầu Môi trường là một trong những vấn đề mà hiện nay hầu hết ai cũng quan tâm, vấn đề không những tự nó phát sinh mà nguyên nhân chính là do nhu cầu cuộc sống của con người gây ra. Trong nhiều thập niên qua tình trạng ô nhiễm môi trường ngày càng trở nên nghiêm trọng, đó là sự phát thải bừa bãi các chất ô nhiễm vào môi trường mà không được xử lý, gây nên hậu quả nghiêm trọng tác hại đến đời sống toàn cầu. Việt Nam chúng ta đã và đang chú trọng đến việc cải tạo môi trường và ngăn ngừa ô nhiễm. Tại Thành phố Hồ Chí Minh, tình trạng ô nhiễm môi trường khá nghiêm trọng, hầu hết các con kênh rạch trong Thành phố đều ô nhiễm nặng nề, những làn khói bụi thoát ra từ các nhà máy, xe cộ đã gây ảnh hưởng không nhỏ đến sức khỏe của người dân. Vấn đề cấp bách đặt ra cho cấp lãnh đạo thành phố hiện nay là cần ngăn chặn các nguồn ô nhiễm và tái tạo lại môi trường thành phố. Tuy nhiên, để ngăn chặn sự ô nhiễm trước tiên phải xử lý các nguồn gây ô nhiễm thải vào môi trường, có nghĩa là các nhà máy, xí nghiệp, các khu thương mại trong quá trình hoạt động và sản xuất phát sinh chất thải phải được xử lý triệt để. Muốn vậy, cần phải ngăn ngừa, giảm thiểu và xử lý triệt để các loại chất thải phát sinh là điều tất yếu phải làm đối với mỗi chúng ta. Mục lục CHƯƠNG 1. MỞ ĐẦU . 1 1.1. GIỚI THIỆU . 1 1.2. MỤC ĐÍCH 1 1.3. PHẠM VI ĐỀ TÀI 1 1.4. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU . 2 CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN 3 2.1. GIỚI THIỆU VỀ BÙN HOẠT TÍNH 3 2.1.1. Lịch sử phát triển của quá trình bùn hoạt tính . 3 2.1.2. Quần thể vi sinh vật trong bùn hoạt tính 3 2.1.3. Sự tăng trưởng sinh khối 4 2.1.4. Tính chất tạo bông bùn hoạt tính . 10 2.2. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH BÙN HOẠT TÍNH . 12 2.2.1. Ảnh hưởng của pH . 12 2.2.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ . 13 2.2.3. Ảnh hưởng của kim loại nặng 13 2.2.4. Ảnh hưởng của các chất dầu mỡ trong nước thải 14 2.2.5. Ảnh hưởng của các chất hoạt động bề mặt 14 2.2.6. Sự lên men của nước thải . 15 2.2.7. Nhu cầu oxy . 15 2.2.8. Lượng dinh dưỡng . 15 2.2.9. Tỉ số F/M (Tỉ số thức ăn trên sinh khối) 18 2.2.10. Lượng bùn tuần hoàn . 18 2.2.11. Thời gian lưu bùn . 18 2.3. NGUYÊN NHÂN VÀ HẬU QUẢ CỦA NHỮNG VẤN ĐỀ THƯỜNG GẶP KHI VẬN HÀNH BÙN HOẠT TÍNH 19 2.3.1. Bùn phát triển phân tán (Dispersed growth) 19 2.3.2. Bùn không kết dính được (Pinpoint flocs) . 19 2.3.3. Bùn tạo khối do vi khuNn dạng sợi (Filamentous bulking) 20 2.3.4. Bùn tạo khối nhớt (vicous bulking) hay là sự phát triển của Zoogloeal (Zoogloeal growth) . 22 2.3.5. Bùn nổi (Rising sludge) . 24 2.3.6. Bọt váng (Foam/Scum) 24 a. Bọt 26 b. Váng . 28 2.4. LỊCH SỬ VÀ SỰ PHÁT TRIỂN CỦA CÁC PHƯƠNG PHÁP KIỂM SOÁT QUÁ TRÌNH BÙN TẠO KHỐI VÀ TẠO BỌT . 29 2.4.1. Bùn tạo khối . 29 2.4.2. Bọt váng . 33 CHƯƠNG 3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU . 36 3.1. NỘI DUNG THỰC HIỆN .36 3.2. THÍ NGHIỆM 1: ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA TẢI TRỌNG ĐẾN TÍNH CHẤT LẮNG CỦA BÙN HOẠT TÍNH ĐỐI VỚI NƯỚC THẢI THUỘC DA 36 3.3. THÍ NGHIỆM 2: ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA TẢI TRỌNG ĐẾN TÍNH CHẤT LẮNG CỦA BÙN HOẠT TÍNH ĐỐI VỚI NƯỚC THẢI CHẾ BIẾN MEN THỰC PHẨM MAURINE – LAN GÀ 38 3.4. THÍ NGHIỆM 3: ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA pH ĐẾN TÍNH CHẤT LẮNG CỦA BÙN HOẠT TÍNH ĐỐI VỚI NƯỚC THẢI CHẾ BIẾN MEN THỰC PHẨM MAURIN E – LA N GÀ 41 CHƯƠNG 4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN . 44 4.1. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM THAY ĐỔI TẢI TRỌN G ĐỐI VỚI N ƯỚC THẢI THUỘC DA 44 4.2. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM THAY ĐỔI TẢI TRỌNG ĐỐI VỚI NƯỚC THẢI CHẾ BIẾN MEN THỰC PHẨM 54 4.3. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM THAY ĐỔI pH ĐỐI VỚI NƯỚC THẢI CHẾ BIẾN MEN THỰC PHẨM 64 CHƯƠNG 5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ . 75 5.1. KẾT LUẬN 75 5.2. KIẾN NGHIỆM 75

pdf87 trang | Chia sẻ: lvcdongnoi | Ngày: 07/01/2013 | Lượt xem: 2966 | Lượt tải: 4download
Bạn đang xem nội dung tài liệu Đánh giá ảnh hưởng của PH và tải trọng đến tính chất lắng của bùn hoạt tính, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
  Page i  Lời cám ơn Trước khi đi vào nội dung luận văn em xin chân thành cảm ơn đến: Thầy Nguyễn Phước Dân đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ em trong suốt quá trình thực hiện để hoàn thành luận văn này. Cô Nguyễn Thị Thanh Phượng đã tận tình chỉ bảo em trong suốt quá trình vận hành mô hình thí nghiệm. Cùng toàn thể thầy cô khoa môi trường đã tận tình giảng dạy, chỉ bảo, truyền đạt nguồn kiến thức và những kinh nghiệm quý báu cho em trong suốt thời gian học tập tại trường. Xin cảm ơn đến tất cả bạn bè, những người đã giúp đỡ tôi trong suốt thời gian học tập cũng như thực hiện tốt luận văn tốt nghiệp. Em cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành đến gia đình, bố mẹ em đã tạo điều kiện cho em hoàn thành tốt luận văn tốt này. Mặc dù đã nỗ lực hết mình, nhưng do khả năng, kiến thức và thời gian có hạn nên không thể tránh được những sai sót trong lúc thực hiện luận văn này, em kính mong quý thầy cô chỉ dẫn, giúp đỡ em để ngày càng hoàn thiện hơn vốn kiến của mình và có thể tự tin bước vào cuộc sống với vốn kiến thức có được.   Page ii  Lời mở đầu Môi trường là một trong những vấn đề mà hiện nay hầu hết ai cũng quan tâm, vấn đề không những tự nó phát sinh mà nguyên nhân chính là do nhu cầu cuộc sống của con người gây ra. Trong nhiều thập niên qua tình trạng ô nhiễm môi trường ngày càng trở nên nghiêm trọng, đó là sự phát thải bừa bãi các chất ô nhiễm vào môi trường mà không được xử lý, gây nên hậu quả nghiêm trọng tác hại đến đời sống toàn cầu. Việt Nam chúng ta đã và đang chú trọng đến việc cải tạo môi trường và ngăn ngừa ô nhiễm. Tại Thành phố Hồ Chí Minh, tình trạng ô nhiễm môi trường khá nghiêm trọng, hầu hết các con kênh rạch trong Thành phố đều ô nhiễm nặng nề, những làn khói bụi thoát ra từ các nhà máy, xe cộ đã gây ảnh hưởng không nhỏ đến sức khỏe của người dân. Vấn đề cấp bách đặt ra cho cấp lãnh đạo thành phố hiện nay là cần ngăn chặn các nguồn ô nhiễm và tái tạo lại môi trường thành phố. Tuy nhiên, để ngăn chặn sự ô nhiễm trước tiên phải xử lý các nguồn gây ô nhiễm thải vào môi trường, có nghĩa là các nhà máy, xí nghiệp, các khu thương mại trong quá trình hoạt động và sản xuất phát sinh chất thải phải được xử lý triệt để. Muốn vậy, cần phải ngăn ngừa, giảm thiểu và xử lý triệt để các loại chất thải phát sinh là điều tất yếu phải làm đối với mỗi chúng ta.   Page iii  Mục lục CHƯƠNG 1. MỞ ĐẦU ............................................................................................................. 1 1.1. GIỚI THIỆU ................................................................................................................... 1 1.2. MỤC ĐÍCH .................................................................................................................... 1 1.3. PHẠM VI ĐỀ TÀI .......................................................................................................... 1 1.4. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ........................................................................................... 2 CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN ...................................................................................................... 3 2.1. GIỚI THIỆU VỀ BÙN HOẠT TÍNH ............................................................................ 3 2.1.1. Lịch sử phát triển của quá trình bùn hoạt tính ......................................................... 3 2.1.2. Quần thể vi sinh vật trong bùn hoạt tính .................................................................. 3 2.1.3. Sự tăng trưởng sinh khối .......................................................................................... 4 2.1.4. Tính chất tạo bông bùn hoạt tính ........................................................................... 10 2.2. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH BÙN HOẠT TÍNH ..................... 12 2.2.1. Ảnh hưởng của pH ................................................................................................. 12 2.2.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ ......................................................................................... 13 2.2.3. Ảnh hưởng của kim loại nặng ................................................................................ 13 2.2.4. Ảnh hưởng của các chất dầu mỡ trong nước thải .................................................. 14 2.2.5. Ảnh hưởng của các chất hoạt động bề mặt ............................................................ 14 2.2.6. Sự lên men của nước thải ....................................................................................... 15 2.2.7. Nhu cầu oxy ........................................................................................................... 15 2.2.8. Lượng dinh dưỡng ................................................................................................. 15 2.2.9. Tỉ số F/M (Tỉ số thức ăn trên sinh khối) ................................................................ 18 2.2.10. Lượng bùn tuần hoàn ........................................................................................... 18 2.2.11. Thời gian lưu bùn ................................................................................................. 18 2.3. NGUYÊN NHÂN VÀ HẬU QUẢ CỦA NHỮNG VẤN ĐỀ THƯỜNG GẶP KHI VẬN HÀNH BÙN HOẠT TÍNH ........................................................................................ 19 2.3.1. Bùn phát triển phân tán (Dispersed growth) .......................................................... 19 2.3.2. Bùn không kết dính được (Pinpoint flocs) ............................................................. 19 2.3.3. Bùn tạo khối do vi khuNn dạng sợi (Filamentous bulking) .................................... 20 2.3.4. Bùn tạo khối nhớt (vicous bulking) hay là sự phát triển của Zoogloeal (Zoogloeal growth) ............................................................................................................................. 22 2.3.5. Bùn nổi (Rising sludge) ......................................................................................... 24 2.3.6. Bọt váng (Foam/Scum) .......................................................................................... 24 a. Bọt ............................................................................................................................ 26 b. Váng ......................................................................................................................... 28 2.4. LNCH SỬ VÀ SỰ PHÁT TRIỂN CỦA CÁC PHƯƠN G PHÁP KIỂM SOÁT QUÁ TRÌN H BÙN TẠO KHỐI VÀ TẠO BỌT ........................................................................... 29 2.4.1. Bùn tạo khối ........................................................................................................... 29 2.4.2. Bọt váng ................................................................................................................. 33 CHƯƠN G 3. PHƯƠN G PHÁP N GHIÊN CỨU ..................................................................... 36 3.1. N ỘI DUN G THỰC HIỆN ............................................................................................ 36 3.2. THÍ N GHIỆM 1: ĐÁN H GIÁ ẢN H HƯỞN G CỦA TẢI TRỌN G ĐẾN TÍN H CHẤT LẮN G CỦA BÙN HOẠT TÍN H ĐỐI VỚI N ƯỚC THẢI THUỘC DA ............................ 36 3.3. THÍ N GHIỆM 2: ĐÁN H GIÁ ẢN H HƯỞN G CỦA TẢI TRỌN G ĐẾN TÍN H CHẤT LẮN G CỦA BÙN HOẠT TÍN H ĐỐI VỚI N ƯỚC THẢI CHẾ BIẾN MEN THỰC PHẨM MAURIN E – LA N GÀ ........................................................................................................ 38   Page iv  3.4. THÍ N GHIỆM 3: ĐÁN H GIÁ ẢN H HƯỞN G CỦA pH ĐẾN TÍN H CHẤT LẮN G CỦA BÙN HOẠT TÍN H ĐỐI VỚI N ƯỚC THẢI CHẾ BIẾN MEN THỰC PHẨM MAURIN E – LA N GÀ ........................................................................................................ 41 CHƯƠN G 4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ........................................................................... 44 4.1. KẾT QUẢ THÍ N GHIỆM THAY ĐỔI TẢI TRỌN G ĐỐI VỚI N ƯỚC THẢI THUỘC DA ........................................................................................................................................ 44 4.2. KẾT QUẢ THÍ N GHIỆM THAY ĐỔI TẢI TRỌN G ĐỐI VỚI N ƯỚC THẢI CHẾ BIẾN MEN THỰC PHẨM .................................................................................................. 54 4.3. KẾT QUẢ THÍ N GHIỆM THAY ĐỔI pH ĐỐI VỚI N ƯỚC THẢI CHẾ BIẾN MEN THỰC PHẨM ...................................................................................................................... 64 CHƯƠN G 5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN N GHN ........................................................................... 75 5.1. KẾT KUẬN .................................................................................................................. 75 5.2. KIẾN N GHN .................................................................................................................. 75   Page v  Danh sách các bảng Bảng 2.1 Các đặc tính trong quá trình sinh trưởng của vi sinh vật ............................................9 Bảng 2.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình bùn hoạt tính ...............................................13 Bảng 2.3 Các chất dinh dưỡng cần thiết cho hoạt động sống của tế bào vi khuNn. .................16 Bảng 2.4 Phần trăm thành phần của các nguyên tố chính trong tế bào vi khuNn tính trên trọng lượng khô .................................................................................................................................16 Bảng 2.5 Giá trị dinh dưỡng cần thiết để khử BOD (g/kg BOD) ............................................17 Bảng 2.6 Thời gian lưu bùn tiêu biểu cho quá trình bùn hoạt tính ..........................................18 Bảng 2.7 Các loài vi khuNn dạng sợi thường gặp gây ra hiện tượng bùn tạo khối ..................21 Bảng 2.8 Các yếu tố ảnh hưởng đến bùn khối nhớt .................................................................23 Bảng 2.9 Các dấu hiệu nhận biết có quá trình khử nitrat .........................................................24 Bảng 2.10 Các dạng vi khuNn gây bọt váng thường gặp .........................................................25 Bảng 2.11 Ảnh hưởng của sự thay đổi về sinh học, hóa học và lý học đến sự hình thành bọt/váng....................................................................................................................................26 Bảng 2.12 N hững dạng bọt chính trong bùn hoạt tính .............................................................27 Bảng 2.13 Kiểm soát bọt do thiếu dinh dưỡng ........................................................................33 Bảng 2.14 Kiểm soát bọt do chất béo, dầu mỡ ........................................................................35 Bảng 3.1 Các thông số đầu vào của nước thải thuộc da ..........................................................36 Bảng 3.2 Các điều kiện vận hành của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải thuộc da ..................................................................................................................................................36 Bảng 3.3 Số lần pha loãng theo từng tải trọng .........................................................................37 Bảng 3.4 Thể tích dung dịch KH2PO4 cần châm vào các mô hình .........................................38 Bảng 3.5 Các thông số đầu vào của nước thải chế biến men thực phNm .................................38 Bảng 3.6 Các điều kiện vận hành của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải chế biến men thực phNm .........................................................................................................................39 Bảng 3.7 Số gam mật rỉ đường tương ứng với từng tải trọng ..................................................39 Bảng 3.8 Thể tích dung dịch dinh dưỡng ứng với mỗi tải trọng ..............................................40   Page vi  Bảng 3.9 Các điều kiện vận hành của thí nghiệm thay đổi pH đối với nước thải chế biến men thực phNm .................................................................................................................................41 Bảng 3.10 Các phương pháp phân tích các chỉ tiêu .................................................................42 Bảng 4.1 COD đầu ra của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải thuộc da ..............44 Bảng 4.2 COD đầu vào và COD đầu ra trung bình sau khi ổn định của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải thuộc da ..............................................................................................45 Bảng 4.3 Biến thiên clorua của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải thuộc da ......47 Bảng 4.4 Độ đục đầu ra của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải thuộc da ...........48 Bảng 4.5 Biến thiên chỉ số SVI của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải thuộc da ..................................................................................................................................................49 Bảng 4.6 Biến thiên MLSS của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải thuộc da .....51 Bảng 4.7 Kết quả trung bình ổn định của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải thuộc da ..............................................................................................................................................52 Bảng 4.8 COD đầu ra của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải chế biến men thực phNm .........................................................................................................................................54 Bảng 4.9 COD đầu vào, COD đầu ra trung bình ổn định của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải chế biến men thực phNm ....................................................................................55 Bảng 4.10 Độ đục đầu ra của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải chế biến men thực phNm .................................................................................................................................57 Bảng 4.11 Biến thiên chỉ số SVI của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải chế biến men thực phNm .........................................................................................................................59 Bảng 4.12 Biến thiên MLSS của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải chế biến men thực phNm .................................................................................................................................60 Bảng 4.13 Kết quả trung bình ổn định của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải chế biến men thực phNm .................................................................................................................61 Bảng 4.14 COD đầu ra của thí nghiệm thay đổi pH (pH = 4 – 11) đối với nước thải chế biến men thực phNm .........................................................................................................................64 Bảng 4.15 COD đầu ra của mô hình pH = 12 .........................................................................64   Page vii  Bảng 4.16 COD đầu vào và COD đầu ra trung bình ổn định của nước thải chế biến men thực phNm .........................................................................................................................................65 Bảng 4.17 Độ đục đầu ra của thí nghiệm thay đổi pH đối với nước thải chế biến men thực phNm .........................................................................................................................................66 Bảng 4.18 Độ đục đầu ra của mô hình pH = 12 .......................................................................67 Bảng 4.19 SVI đầu ra của thí nghiệm thay đổi pH đối với nước thải chế biến thực phNm .....68 Bảng 4.20 SVI đầu ra của mô hình pH = 12 ..........................................................................68 Bảng 4.21 Biến thiên MLSS của thí nghiệm thay đổi pH đối với nước thải chế biến thực phNm .........................................................................................................................................69 Bảng 4.22 Biến thiên MLSS của mô hình pH = 12 đối với nước thải chế biến men thực phNm ..................................................................................................................................................69 Bảng 4.23 Biến thiên pH đầu ra của thí nghiệm thay đổi pH đối với nước thải chế biến men thực phNm .................................................................................................................................71 Bảng 4.24 Kết quả trung bình ổn định của thí nghiệm thay đổi pH đối với nước thải chế biến thực phNm .................................................................................................................................72   Page viii  Danh sách các hình Hình 2.1 Trùng biến hình (amoebae) .........................................................................................5 Hình 2.2 Trùng roi (flagellate) ...................................................................................................5 Hình 2.3 Trùng tiên mao bơi (free – swimming ciliate) ............................................................6 Hình 2.4 Trùng tiên mao bò (crawling ciliated protozoa) .........................................................7 Hình 2.5 Trùng tiên mao có cuống (stalk ciliated protozoa) .....................................................8 Hình 2.6 Giun tròn sống tự do (free – living nematode) ...........................................................8 Hình 2.7 Trùng bánh xe (rotifer)................................................................................................9 Hình 2.8 Bùn ở giai đoạn hô hấp nội bào ..................................................................................9 Hình 2.9 Bùn hoạt tính kết bông tốt .........................................................................................11 Hình 2.10 Bùn liên kết yếu ......................................................................................................12 Hình 2.11 Bùn tạo khối do vi khuNn dạng sợi .........................................................................21 Hình 2.12 Hình minh họa bùn dạng bọt váng N ocardia ..........................................................26 Hình 4.1 COD đầu ra của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải thuộc da ...............44 Hình 4.2 COD đầu vào, COD đầu ra trung bình ổn định của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải thuộc da ..............................................................................................................46 Hình 4.3 Hiệu quả xử lý COD của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải thuộc da 46 Hình 4.4 Clorua đầu ra cúa thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải thuộc da............47 Hình 4.5 Độ đục đầu ra của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải thuộc da ............48 Hình 4.6 Biến thiên SVI của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải thuộc da ..........50 Hình 4.7 Biến thiên MLSS của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải thuộc da ......51 Hình 4.8 COD đầu ra và clorua đầu ra trung bình ổn định của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải thuộc da .......................................................................................................52 Hình 4.9 Độ đục và SVI đầu ra trung bình ổn định của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải thuộc da ....................................................................................................................53 Hình 4.10 MLSS trung bình ổn định của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải thuộc da ....................................................................................................................................53   Page ix  Hình 4.11 COD đầu ra của thí nghiệm thay đổi tải trọng (0.3; 0,5; 1,0; 1,5 kg COD/m3.ngày) đối với nước thải chế biến men thực phNm ..............................................................................55 Hình 4.12 COD đầu ra của thí nghiệm thay đổi tải trọng (2,0; 4,0; 6,0 kg COD/m3.ngày) đối với nước thải chế biến men thực phNm ....................................................................................55 Hình 4.13 COD vào, COD ra trung bình của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải chế biến men thực phNm ..........................................................................................................56 Hình 4.14 Hiệu quả xử lý COD của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải chế biến men thực phNm .........................................................................................................................57 Hình 4.15 Độ đục đầu ra của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải chế biến men thực phNm .................................................................................................................................58 Hình 4.16 Biến thiên chỉ số SVI của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải chế biến men thực phNm .........................................................................................................................59 Hình 4.17 Biến thiên MLSS của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải chế biến men thực phNm .................................................................................................................................60 Hình 4.18 COD đầu ra và độ đục đầu ra trung bình của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải chế biến men thực phNm ..........................................................................................62 Hình 4.19 SVI và MLSS trung bình ổn định của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải chế biến men thực phNm ...................................................................................................63 Hình 4.20 COD đầu ra khi pH đầu vào thay đổi từ 4 – 11 ......................................................64 Hình 4.21 COD đầu ra của mô hình pH = 12 ..........................................................................65 Hình 4.22 Hiệu quả xử lý COD của thí nghiệm thay đổi pH đối với nước thải chế biến men thực phNm .................................................................................................................................66 Hình 4.23 Độ đục đầu ra khi pH đầu vào thay đổi từ 4 – 11 ...................................................67 Hình 4.24 Độ đục đầu ra của mô hình pH = 12 .......................................................................67 Hình 4.25 Biến thiên SVI khi pH đầu vào thay đổi từ 4 – 11 ..................................................68 Hình 4.26 SVI của mô hình pH = 12 .......................................................................................69 Hình 4.27 Biến thiên MLSS khi pH đầu vào thay đổi .............................................................70 Hình 4.28 MLSS của mô hình pH = 12 ...................................................................................70   Page x  Hình 4.29 pH đầu ra khi pH đầu vào thay đổi .........................................................................71 Hình 4.30 SVI trung bình ổn định của thí nghiệm thay đổi pH đối với nước thải chế biến men thực phNm .................................................................................................................................72 Hình 4.31 MLSS và COD đầu ra trung bình ổn định của thí nghiệm thay đổi pH đối với nước thải chế biến men thực phNm ...................................................................................................73 Hình 4.32 COD đầu ra và độ đục đầu ra trung bình ổn định của thí nghiệm thay đổi pH đối với nước thải chế biến thực phNm ............................................................................................73 Hình 4.33 pH đầu ra trung bình ổn định khi pH đầu vào thay đổi ..........................................74   Page xi  Danh sách các từ viết tắt BOD (Biochemical Oxygen Demand): N hu cầu oxy sinh hoá. COD (Chemical Oxygen Demand): N hu cầu oxy hoá học. DO (Dissolved Oxygen): N ồng độ oxy hoà tan. SS (Suspended Solid): Chất rắn lơ lửng. MLSS (Mixed Liquor Suspended Solids): Chất rắn lơ lửng trong bùn lỏng. MLVSS (Mix Liquid Volatile Suspended Solids): Chất rắn lơ lửng bay hơi trong bùn lỏng. SVI (Sludge Volume Index): Chỉ số thể tích bùn. SRT (Solid Retention Time): Thời gian lưu bùn. F/M (Food – Microorganism ratio): Tỉ lệ thức ăn cho vi sinh vật. TN : Hàm lượng N itơ tổng. TP: Hàm lượng Photpho tổng. TSS: Tổng chất rắn lơ lửng. TCVN : Tiêu chuNn Việt N am. CHƯƠN G 1. MỞ ĐẦU   Page 1  CHƯƠNG 1. MỞ ĐẦU 1.1. GIỚI THIỆU - Hiện nay, có rất nhiều phương pháp được dùng để xử lý nước thải, bao gồm: cơ học, hóa lý, sinh học,…Trong đó, phương pháp sinh học đang được coi như là phương pháp hữu hiệu trong lĩnh vực xử lý nước thải vì những ưu điểm của nó như: đơn giản, rẻ tiền, hiệu quả cao hơn các biện pháp cơ học, hóa lý,…Quá trình công nghệ này hoạt động dựa trên sự hoạt động của hệ vi sinh vật. Vì vậy, để có thể áp dụng hiệu quả phương pháp xử lý này, điều kiện tiên quyết là phải có một quần thể vi sinh vật tốt hay nói theo từ chuyên môn là bùn hoạt tính để phân hủy chất ô nhiễm. - Tuy nhiên, không phải lúc nào bùn cũng có hoạt tính mạnh để xử lý nước thải. Trái lại, các kỹ sư vận hành phải thường xuyên đối mặt với vô số những rắc rối phát sinh khi vận hành bùn hoạt tính. Một trong những rắc rối thường gặp đó là việc suy giảm hay mất đi quần thể vi sinh vật hay còn gọi là hiện tượng bùn tạo khối. Có nhiều nguyên nhân gây ra hiện tượng nói trên trong đó các yếu tố vận hành như pH, tải trọng,… có ảnh hưởng khá quan trọng. Vì vậy, đề tài “Đánh giá ảnh hưởng của pH và tải trọng đến tính chất lắng của bùn hoạt tính” được đề ra để nghiên cứu, theo dõi với mong muốn sẽ làm tăng hiệu quả vận hành để nâng cao hiệu suất xử lý của hệ thống xử lý sinh học. 1.2. MỤC ĐÍCH N ghiên cứu ảnh hưởng của các thông số vận hành bao gồm pH và tải trọng đến tính chất lắng của bùn hoạt tính. 1.3. PHẠM VI ĐỀ TÀI - N ghiên cứu được tiến hành trên các mô hình phòng thí nghiệm, là những mô hình hoạt động theo từng mẻ có thể tích 2 lít. Mô hình được vận hành trong vòng 3 tháng, bao gồm 3 thí nghiệm như sau: Thí nghiệm 1: Đánh giá ảnh hưởng của tải trọng đến tính chất lắng của bùn hoạt tính đối với nước thải thuộc da của công ty Đặng Tư Ký thuộc Khu Công N ghiệp Lê Minh Xuân. Thí nghiệm 2: Đánh giá ảnh hưởng của tải trọng đến tính chất lắng của bùn hoạt tính đối với nước thải chế biến thực phNm Maurine – La N gà. CHƯƠN G 1. MỞ ĐẦU   Page 2  Thí nghiệm 3: Đánh giá ảnh hưởng của pH đến tính chất lắng của bùn hoạt tính đối với nước thải chế biến men thực phNm Maurine – La N gà. - Các thông số ảnh hưởng đến nghiên cứu bao gồm: pH và tải trọng. 1.4. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU Bao gồm: - Tổng quan về bùn hoạt tính và một số hiện tượng liên quan đến bùn hoạt tính như bùn phát triển phân tán, bùn nổi, bùn tạo khối,…và các phương pháp để kiểm soát các hiện tượng bùn tạo khối, tạo bọt. - Xây dựng mô hình phòng thí nghiệm. - Tiến hành các thí nghiệm: • Thí nghiệm 1: thay đổi tải trọng từ 0,3 – 0,5 – 1,0 – 1,5 – 2,0 kgCOD/m3.ngày đối với nước thải thuộc da. • Thí nghiệm 2: thay đổi tải trọng từ 0,3 – 0,5 – 1,0 – 1,5 – 2,0 – 4,0 – 6,0 kgCOD/m3.ngày đối với nước thải chế biến men thực phNm Maurine – La N gà. • Thí nghiệm 3: thay đổi pH như sau: 4, 6.5 – 7.5, 8.5, 11, 12 đối với nước thải chế biến men thực phNm Maurine – La N gà. - Xử lý và thảo luận kết quả thu được. CHƯƠN G 2. TỔN G QUAN   Page 3  CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN 2.1. GIỚI THIỆU VỀ BÙN HOẠT TÍNH 2.1.1. Lịch sử phát triển của quá trình bùn hoạt tính Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học hiếu khí - bùn hoạt tính ngày nay đã trở nên rất phổ biến và quen thuộc. Tổ tiên của phương pháp này là tiến sĩ Angus Smith. Vào cuối thế kỉ trước, ông đã nghiên cứu việc làm thoáng khí tạo điều kiện oxy hoá chất hữu cơ làm giảm ô nhiễm trong nước thải. Và từ đó, có rất nhiều nghiên cứu về vấn đề này. N ăm 1910, Black và Phelps thấy rằng có thể làm giảm ô nhiễm nước thải đáng kể bằng cách sục khí. N hiều thí nghiệm tiếp theo đã đưa đến thí nghiệm Lowrence trong suốt năm 1912, 1913 của Clark và Gage. Hai ông thấy rằng nước thải được làm thoáng, cùng với việc nuôi cấy vi sinh trong các bình, các hồ được che một phần bằng các máng che cách nhau 25mm sẽ tăng khả năng làm sạch nước. Dựa vào kết quả của công trình nghiên cứu này, Tiến sĩ G.J. Flower đại học Manchester, Anh thực hiện một số thí nghiệm tương tự và cuối cùng đã đưa đến công trình của Arden và Lockett tại viện nghiên cứu nước thải Manchester. Trong suốt quá trình thí nghiệm của mình, hai ông phát hiện rằng, bùn đóng vai trò quan trọng trong việc xử lý nước thải bằng cách sục khí. Công trình nghiên cứu này được tuyên bố vào ngày 3/5/1914. Arden và Lockett đặt tên cho quá trình này là quá trình bùn hoạt tính. 2.1.2. Quần thể vi sinh vật trong bùn hoạt tính Bùn hoạt tính là một tập hợp gồm nhiều vi sinh vật và các hạt có kích thước khác nhau. Các hạt có thể là các vi khuNn 0.5 - 5µm hoặc là các bông bùn lớn từ 1mm trở lên. Bùn hoạt tính là có nhiệm vụ làm giảm nồng độ chất hữu cơ (C và năng lượng) và vô cơ đến mức thấp nhất có thể. Do vậy mà quần thể vi sinh vật trong bùn hoạt tính phải sống trong môi trường cạnh tranh gay gắt. Chỉ có quần thể sinh vật nào có khả năng thích nghi tốt mới có thể sống sót. Tuy nhiên loài chiếm ưu thế trong quần thể vi sinh vật thường thay đổi do các yếu tố ảnh hưởng không phải lúc nào cũng giống nhau. N hưng dù là loài nào đi chăng nữa thì cũng phản ảnh đầy đủ đặc điểm của hệ thống bùn hoạt tính đó. Quần thể chủ yếu của bùn hoạt tính là các vi khuNn dị dưỡng (ăn các chất vô cơ) như Pseudomonas, Achromobacter, Alcaligenes, Arthrobacter, Flavobacterium, Citromonas, Zooglea. N goài ra còn có một số vi sinh vật khác như nấm, protozoa (động vật nguyên sinh) và metazoa (động vật đa bào). Trong bùn hoạt tính cũng có các hạt vô cơ và hữu cơ (từ nước CHƯƠN G 2. TỔN G QUAN   Page 4  thải), các polymer ngoại bào (để tăng cường quá trình kết bông) và các hạt dễ bay hơi. Tuy nhiên các vi sinh vật trong bùn hoạt tính được chia làm 2 nhóm chính: - N hóm phân huỷ: chịu trách nhiệm phân huỷ các chất ô nhiễm trong nước thải. Đại diện cho nhóm này gồm có vi khuNn, nấm, cynaphyta không màu. Một số động vật nguyên sinh cũng có khả năng phân huỷ chất hữu cơ tan nhưng các chất này phải ở nồng độ cao. N gược lại chúng sẽ không làm tốt công việc này như vi khuNn. - N hóm tiêu thụ: có nhiệm vụ tiêu thụ các vi khuNn và các tế bào vi khuNn, thường được gọi chung là chất nền. N hóm này chủ yếu là microfauna (động vật hiển vi) gồm động vật nguyên sinh và động vật đa bào. Khoảng 95% loài trong bùn hoạt tính làm chức năng phân huỷ (trong đó chủ yếu là vi khuNn). Qua đó ta thấy vai trò loại bỏ chất bNn của động vật hiển vi không đáng kể. 2.1.3. Sự tăng trưởng sinh khối Vi sinh vật có thể sinh trưởng thêm nhiều nhờ sinh sản phân đôi, sinh sản giới tính, nhưng chủ yếu chúng phát triển bằng cách phân đôi. Thời gian cần để phân đôi tế bào thường gọi là thời gian sinh sản, có thể dao động từ dưới 20 phút đến hằng ngày. Các giai đoạn sinh trưởng của vi khuẩn: 1- Giai đoạn tiềm tàng hay thích nghi (giai đoạn sinh trưởng chậm - Lag phase): là giai đoạn vi khuNn cần thời gian để thích nghi với môi trường dinh dưỡng. Ở giai đoạn này, nồng độ BOD trong nước thải cao, nồng độ oxy hoà tan thấp. N hóm protozoa có thể sống trong điều kiện này là trùng biến hình (amoebae) và trùng roi (flagellates). Trùng tiên mao (ciliated protozoa), trùng bánh xe (rotifers), giun tròn sống tự do (free-living nematodes) cũng xuất hiện ở giai đoạn này nhưng số lượng ít và khả năng hoạt động không hiệu quả. Vì vậy, hiệu quả xử lý BOD trong suốt pha lag không cao, nước thải bị đục. CHƯƠN G 2. TỔN G QUAN   Page 5  Hình 2.1 Trùng biến hình (amoebae) Hình 2.2 Trùng roi (flagellate) 2- Giai đoạn tăng sinh khối theo số mũ (Log phase): Ở pha log vi khuNn sản xuất ra nhiều enzym cần thiết để làm giảm BOD và tổng hợp tế bào cần thiết cho quá trình sinh trưởng. Có thể chia pha log thành hai giai đoạn nhỏ. - Trong nửa giai đoạn đầu, tế bào vi khuNn hấp thụ BOD và hàm lượng bay hơi của MLSS tăng. Lúc này vi khuNn chưa sinh trưởng nhiều. - Trong nửa giai đoạn còn lại, quá trình tổng hợp và sinh trưởng xảy ra. Vi khuNn sử dụng cBOD đã hấp thụ được để sản sinh ra tế bào mới, số lượng vi khuNn lúc này tăng nhanh theo cấp số mũ. Hiệu quả xử lý BOD lúc này rất cao. N ồng độ ô nhiễm trong nước thải giảm và nồng độ oxy hòa tan tăng. CHƯƠN G 2. TỔN G QUAN   Page 6  Số lượng trùng tiên mao bơi (free-swimming ciliates) tăng nhanh trong suốt pha log và là động vật nguyên sinh đặc trưng ở pha này, thời gian sinh trưởng của trùng tiên mao bơi khoảng 24 giờ. Trong khi đó, trùng biến hình (amoebae) và trùng roi (flagellates) không thể cạnh tranh thức ăn với trùng tiên mao nên trong giai đoạn này số lượng trùng biến hình và trùng roi giảm. Sự xuất hiện của một lượng lớn trùng tiên mao bơi làm tăng hiệu quả xử lý, chất lượng nước thải đầu ra được cải thiện đáng kể: nồng độ BOD, nồng độ TSS và độ đục giảm. N goài ra, trùng tiên mao bò, trùng tiên mao có cuống, trùng bánh xe, và giun tròn sống tự do cũng xuất hiện nhưng số lượng rất ít. Hình 2.3 Trùng tiên mao bơi (free – swimming ciliate) 3- Giai đoạn tăng trưởng chậm dần (Declining log phase): Đây là giai đoạn quan trọng nhất đối với sự phát triển của vi sinh vật cũng như sự hình thành bông bùn. Trong giai đoạn này, có 2 điều kiện quan trọng để hình thành bông bùn. Đầu tiên, phải có một lượng lớn vi khuNn. Thứ hai, các vi khuNn này phải sản xuất ra một lượng lớn các sợi tế bào cùng các polysaccarit và các hạt polyhydrobutyrate (PHB). Các sợi tế bào, polyscaccarit và PHB chính là các yếu tố hình thành bông bùn. Các sợi tế bào có kích thước rất nhỏ (2 - 5nm), gồm nhiều gốc hoá học như cacbonxyl (-COOH), hydroxyl (-OH), sulfhydryl (-SOOH) và photphoryl (- POOH). N hững gốc hoá học này sẽ bị ion hoá trong khoảng pH tối ưu của bùn hoạt tính. Khi đó, phân tử hydro sẽ tách ra, còn lại là các gốc ion âm (-COO-, -O-, -SOO-, -POO-). Các gốc này hoạt động như các ion âm, chúng sẽ kết hợp với các ion đa hoá trị trong nước thải ví dụ như Ca2+ và liên kết các vi khuNn lại với nhau, hình thành bông bùn. pH là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến mức độ ion hoá nên khi pH thay đổi sẽ ảnh hưởng quá trình tạo bông bùn. CHƯƠN G 2. TỔN G QUAN   Page 7  N hiều loại polysaccarit không hòa tan được sản sinh trong suốt quá trình tạo bông. Các polysaccarit này đóng vai trò như chất kết dính để gắn kết các tế bào vi khuNn lại với nhau. Trong giai đoạn này, lượng sinh khối rất nhiều và đa dạng, hiệu quả xử lý BOD cao. Số lượng trùng tiên mao nhiều, trong đó chiếm ưu thế là trùng tiên mao bò (crawling ciliated protozoa). Trùng tiên mao bơi không nhiều vì ở giai đoạn này lượng vi khuNn ít phân tán gây khó khăn trong việc tìm thức ăn cho loài này. Hình 2.4 Trùng tiên mao bò (crawling ciliated protozoa) 4- Giai đoạn hô hấp nội bào (Endogenous phase): Trong giai đoạn này xảy ra hiện tượng giảm dần sinh khối. Phần lớn lượng BOD bị vi khuNn phân hủy trong giai đoạn này được sử dụng cho hoạt động sống của tế bào vi khuNn hơn là tổng hợp và sinh trưởng. Một điều thay đổi đáng kể trong giai đoạn này là sự phát triển của các vi khuNn dạng sợi (filamentous). Bông bùn trong giai đoạn này cần có một lượng vi khuNn dạng sợi đủ để phát triển ở kích thước trung bình (150 - 500μm) và kích thước lớn (> 500μm). Trong giai đoạn này, vi sinh đa dạng, do đó đNy nhanh hiệu quả xử lý. Ở giai đoạn này, nước thải đã được xử lý gần hết, mức độ ô nhiễm giảm mạnh. Số lượng trùng tiên mao bò và trùng tiên mao có cuống ở giai đoạn này rất cao. Dưới những điều kiện tối ưu, số lượng của chúng có thể là 50.000/ml. Trùng bánh xe và giun tròn sống tự do cũng như những động vật đa bào khác có thời gian phát sinh trưởng dài hơn so với động vật nguyên sinh, thời gian sinh trưởng của chúng là vài tuần. Thời gian này thường lâu hơn tuổi bùn của hầu hết các quá trình bùn hoạt tính. Thời gian sinh trưởng dài chính là một trong 2 yếu tố làm cho số lượng trùng bánh xe không nhiều. Yếu tố thứ hai là do sự xáo động CHƯƠN G 2. TỔN G QUAN   Page 8  trong môi trường bùn hoạt tính gây khó khăn cho vi sinh vật đực và cái gặp nhau. Chúng sẽ tăng nhanh trong môi trường ổn định và có tuổi bùn cao, thường là trong các hồ sinh học. Hình 2.5 Trùng tiên mao có cuống (stalk ciliated protozoa) Hình 2.6 Giun tròn sống tự do (free – living nematode) CHƯƠN G 2. TỔN G QUAN   Page 9  Hình 2.7 Trùng bánh xe (rotifer) Hình 2.8 Bùn ở giai đoạn hô hấp nội bào Hình 2.8 minh họa bùn tốt vì bông bùn rất to đồng thời có sự xuất hiện rất nhiều của trùng tiên mao có cuống. Bảng 2.1 Các đặc tính trong quá trình sinh trưởng của vi sinh vật Các đặc tính Giai đoạn thích nghi Giai đoạn tăng sinh khối theo số mũ Giai đoạn sinh trưởng chậm dần Giai đoạn hô hấp nội bào Bông bùn Chưa có Chưa có Xuất hiện Xuất hiện Hình dạng bông bùn - - Hình cầu Bất thường BOD Cao Cao Trung bình Thấp DO Thấp Thấp Trung bình Cao CHƯƠN G 2. TỔN G QUAN   Page 10  Số lượng vi khuNn Thấp Trung bình N hiều N hiều Vị trí vi khuNn Phân tán Phân tán N ằm trong bông bùn N ằm trong bông bùn Loài ưu thế Trùng biến hình và trùng roi Trùng tiên mao bơi Trùng tiên mao bò Trùng tiên mao bò và trùng tiên mao có cuống Chất rắn mịn Đáng kể Đáng kể Không đáng kể Không đáng kể 2.1.4. Tính chất tạo bông bùn hoạt tính Bùn hoạt tính gồm các cá thể vi sinh vật không sống độc lập mà phát triển theo từng khối. Khả năng tạo bông là đặc tính quan trọng nhất của bùn hoạt tính. N hờ có sự kết bông mà bùn có một tốc độ lắng thích hợp và chỉ có lắng trọng lực là cách hiệu quả và kinh tế nhất để tách bùn khỏi nước thải đã xử lý. N hững vi sinh vật có khả năng kết bông hoặc chỉ cần có khả năng kết dính vào bông bùn sẽ có lợi cho bản thân hơn rất nhiều so với những loài sống riêng rẽ: - Chúng được giữ lại trong bùn hoạt tính trong khi các loài không có khả năng tạo bông hay kết dính sẽ bị cuốn trôi đi. - Phát triển thành khối sẽ bảo vệ cho chúng chống lại sự đe dọa của các loài khác. - Các vi sinh vật tạo bông có trong bùn hoạt tính như Pseudomonas, Achromobacter, Alcaligenes, Citromonas, Flavobacterium và Zoogloea có khả năng chuyển các chất hữu cơ thành glycocalyx. Glycocalyx là một lớp polysaccharide bao xung quanh lớp màng bên ngoài của các tế bào gram âm và lớp peptidoglycan của tế bào gram dương. N ó như một loại polymer hữu cơ có tác dụng làm tăng độ nhớt của nước, do đó làm cho các tế bào chất riêng lẻ có thể hình thành nên một vi môi trường cho các enzym ngoại bào hoạt động. Mạng polymer glycocalyx nhớt này làm cho các cá thể kết dính vào nhau hoặc dính vào các bề mặt chất rắn khác và tạo nên các khối lớn hơn. Do đó có thể nói rằng glycocalyx có nhiệm vụ kết dính các tế bào chất lơ lửng và hình thành những lớp màng sinh học. Thực tế trong hệ thống xử lý nước thải, các hạt lơ lửng, đặc biệt là các hạt vô cơ nặng, thường bị dính vào mạng polymer này hơn là các tế bào vi sinh vật. Từ đó mà các bông bùn nặng được hình thành. Li và Ganczarczyk đã sử dụng các phân tích hình ảnh để nghiên cứu vai trò của mạng polymer đối với việc kết bông và xác định đặc điểm của bùn hoạt tính. Họ đã đưa ra 4 kết luận sau: CHƯƠN G 2. TỔN G QUAN   Page 11  - Lượng polymer sinh học trong bùn có tải trọng cao hơn thường ít hơn trong bùn có tải trọng thấp hơn vì các polymer ngoại bào được hình thành chủ yếu ở giai đoạn hô hấp nội bào. - Vi sinh vật không phân chia giống nhau trong mạng polymer mà phân tán thành các cụm vi sinh không đều nhau trong bùn hoạt tính. - Cấu trúc bên trong của bùn có những đường rãnh cũng như các hốc nằm rải rác ngẫu nhiên tạo điều kiện cho các dòng nước có thể đi xuyên qua. - Bản thân mạng polymer (không kể đến sự hiện diện của các vi khuNn dạng sợi trong bông bùn) đã có thể duy trì sự nguyên vẹn của các bông bùn lớn dù đang có một sự xáo trộn lớn trong bể (tức là dù có sục khí mạnh thì các bông bùn cũng không bị vỡ nếu được hình thành từ mạng polymer). Trường hợp bùn tạo khối, các bông bùn được giữ ổn định nhờ một loại khung được tạo bởi các vi khuNn dạng sợi. a. Khả năng tạo bông của bùn Ở giai đoạn tăng trưởng cấp số mũ, vi khuNn bị biến mất trong môi trường nuôi cấy. Vào thời điểm chuyển sang giai đoạn chậm dần, chúng kết lại thành bông có màu nâu nhạt, có thể dài đến vài mm có hình dạng phân nhánh như cái găng tay. Các vi khuNn này xuất hiện thành từng nhóm dạng keo hay bông xuất hiện ở giai đoạn chuyển hoá nội bào. Hiện tượng kết bông của vi sinh rất phức tạp được kiểm soát bởi trạng thái sinh lý của tế bào, là một đặc tính của nhiều vi sinh, có liên quan đến sự tiết ra polymer mà trong đó các polysacarit đóng vai trò đặc biệt. Trong điều kiện nuôi cấy tối ưu, bùn hoạt tính được hình thành ở dạng những bông dễ dính vào nhau và dễ lắng. Dưới đây là hình minh họa bùn kết bông tốt: Hình 2.9 Bùn hoạt tính kết bông tốt b. Cơ chế của việc tạo bông CHƯƠN G 2. TỔN G QUAN   Page 12  Cơ chế của việc tạo bông sinh học và các yếu tố quyết định cơ chế đó đã được nhiều tác giả nghiên cứu. Theo Mc.Kinney, sự tạo bông sinh học gây ra do việc giảm diện tích đến giá trị tới hạn cho phép các tế bào tụ hợp lại trong quá trình chuyển động tự do của chúng. Việc giảm diện tích bề mặt tế bào bắt đầu vào thời điểm khi mà các lớp vỏ tế bào được phủ bằng vật liệu polysacarit sản sinh bởi tế bào, chủ yếu là vào giai đoạn chuyển hoá nội bào. K.rabtree và những người khác gắn quá trình tạo bông sinh học với việc hình thành polymer nội bào axit poly-β-oxy butyric. N hưng phần lớn các chuyên gia lại gán cho polymer này chức năng của chất dự trữ bị tiêu hao trong giai đoạn chuyển hoá nội bào tức là giai đoạn mà quá trình tạo bông sinh học xảy ra mạnh nhất. Hiện nay được nghiên cứu đầy đủ nhất là lý thuyết kết dính tế bào dưới tác động của polymer ngoại bào. Theo thuyết này thì sự tạo bông sinh học xảy ra bằng cách tác động tương hỗ của những chất đa điện ly cao phân tử do các tế bào sinh ra với bản thân tế bào vi khuNn. Kết quả là các chất đa điện ly nối và liên kết những tế bào riêng biệt thành các tổ hợp và bông có khả năng tách khỏi pha lỏng bằng phương pháp lắng. 2.2. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH BÙN HOẠT TÍNH 2.2.1. Ảnh hưởng của pH pH là một yếu tố chính trong sự phát triển của vi sinh vật. pH lớn quá hay thấp quá đều ảnh hưởng xấu tới đời sống vi sinh. Sự hình thành bông bùn tốt nhất ở pH nằm trong khoảng 6.5 - 8.5. Khi pH 8.5, liên kết giữa các bông bùn trở nên yếu, bùn nổi lên do các vi khuNn không liên kết chặt chẽ. Hình 2.10 Bùn liên kết yếu CHƯƠN G 2. TỔN G QUAN   Page 13  2.2.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ N hiệt độ nước thải có ảnh hưởng rất lớn tới tốc độ phản ứng sinh hóa trong quá trình xử lý nước thải. N hiệt độ không những ảnh hưởng đến hoạt động của vi sinh vật mà còn tác động lớn tới quá trình hấp thụ khí oxy vào nước thải và sự phát triển cũng như tính lắng của bông bùn. Khi nồng độ MLVSS cao (> 10,000 mg/l): sự thay đổi nhiệt độ sẽ gây ra ảnh hưởng vật lý đến bông bùn. N ếu nhiệt độ giảm, nước thải sẽ trở nên nặng làm giảm tốc độ lắng của bông bùn. Khi nhiệt độ tăng lên, nước thải ít nặng hơn nên tốc độ lắng của bông bùn tăng lên. Khi nồng độ MLVSS khá nhỏ, khoảng 2000 mg/l thì sự thay đổi nhiệt độ sẽ ảnh hưởng đến cấu trúc bông bùn. Khi nhiệt độ tăng lên, vi sinh hoạt động nhiều hơn làm sinh ra nhiều chất không hòa tan được như lipids và dầu mỡ. N hững chất này được bông bùn hấp thụ nên vận tốc lắng giảm xuống. Bảng 2.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình bùn hoạt tính Nhiệt độ (º C) Ảnh hưởng > 38 Ảnh hưởng bất lợi đối với việc hình thành bông bùn > 32 Động vật nguyên sinh kém hoạt động > 16 Tốc độ khử nBOD tăng đáng kể > 14 Tốc độ khử cBOD tăng đáng kể > 12 Bông bùn hình thành nhanh chóng > 8 Chất béo, dầu, mỡ giảm xuống > 4 Động vật nguyên sinh hoạt động mạnh mẽ 2.2.3. Ảnh hưởng của kim loại nặng N ước thải công nghiệp thường chứa nhiều kim loại nặng độc hại. Hầu hết các kim loại nặng xâm nhập vào bùn hoạt tính ở dạng hòa tan như oxit kim loại hay dưới dạng các ion tự do như Cu2+, Pb2+. Khi các kim loại này hấp thụ vào bề mặt của tế bào vi khuNn, một vài phản ứng hóa học và lý học sẽ xảy ra. Sự hiện diện của các kim loại này ở tế bào vi khuNn sẽ làm bông bùn nặng hơn. Một vài kim loại nặng hấp thụ vào trong tế bào vi khuNn, khi vào trong tế bào vi khuNn, chúng sẽ tấn công các enzyme. Điều này thường xảy ra ở vị trí nhóm thiol (- SH) trong các amino acid. Khi các enzyme bị tấn công sẽ làm trì trệ hoạt động của các vi khuNn. Kim loại nặng không chỉ tấn công vi khuNn mà còn tấn công trùng tiên mao, trùng bánh xe, giun tròn di chuyển tự do. Việc này dẫn tới làm giảm hoạt động của các vi sinh vật và chúng bị rửa trôi nhiều ở dòng ra. CHƯƠN G 2. TỔN G QUAN   Page 14  Có nhiều chỉ thị để nhận biết trong nước thải có kim loại nặng. Có thể dùng kính hiển vi, chỉ thị sinh học, hóa học. N ếu dùng kính hiển để xem bùn, ta có thể nhận biết sự hiện diện của kim loại nặng khi bùn phát triển phân tán, giảm mật độ hay thay đổi hình dạng bông bùn, thay đổi hoạt động và số lượng trùng tiên mao. Chỉ thị sinh học chính là sự tăng nồng độ oxy hòa tan trong bể sục khí. N goài ra ta cũng có thể dùng chỉ thị hóa học như phân tích thành phần amoni, nitric, orthophophat trong nước. Kim loại nặng trong nước thải ức chế hoạt động của những vi khuNn khử cBOD và nBOD. Khi có sự hiện diện của các kim loại nặng độc hại trong nước, các vi khuNn chỉ khử một lượng nhỏ cBOD (cacbon BOD), do vậy vi khuNn chỉ sử dụng một lượng nhỏ N và P. Vì thế nồng độ các ion amoni và orthophotphat trong nước thải sẽ cao. Do các vi khuNn nitrat hóa bị ức chế bởi các kim loại nặng, quá trình nitrat hóa sẽ bị chậm lại. N ếu quá trình nitrát hóa bị chậm lại hay ngừng hẳn, sẽ xảy ra sự tích lũy của các ion nitrit. Vi khuNn Nitrosomonas chuyển hóa amoni thành nitrit chịu được kim loại nặng tốt hơn Nitrobacter - vi khuNn chuyển hóa nitrit thành nitrat, cho nên nước thải đầu ra có nồng độ cao các ion nitrit trong khi nồng độ các ion nitrat thì thấp. Khi quá trình nitrat hóa bị ngừng hẳn, amoni không bị oxy hóa trong bể sục khí và được thải ra ngoài. Quá trình khử BOD bị ngưng trệ thì oxy sẽ không được sử dụng cho các hoạt động của vi sinh vật, khi đó nồng độ oxy trong bể aeroten sẽ cao. 2.2.4. Ảnh hưởng của các chất dầu mỡ trong nước thải Chất béo thường gặp trong nước thải sinh hoạt là các chất bơ, margarine, dầu thực vật, dầu ăn. Chất béo cũng được tìm thấy ở thịt, đậu phộng… Chất béo và dầu mỡ thường bền vững và khó bị phân hủy. Trong quá trình bùn hoạt tính, các hợp chất này sẽ bao phủ các bông bùn và can thiệp vào hoạt động vi khuNn cũng như cấu trúc bông bùn. Các chất béo, dầu, mỡ này có cấu trúc hoá học tương tự như lipid của thành tế bào sẽ được hấp thụ vào thành tế bào vi khuNn. Các hợp chất này khi ở trên bề mặt tế bào sẽ làm tăng nồng độ MLVSS. Một số hợp chất béo, dầu mỡ khó phân hủy sẽ tích tụ trong bông bùn và chuyển thành dạng kị khí gây độc như metan. 2.2.5. Ảnh hưởng của các chất hoạt động bề mặt Khi trong nước thải hiện diện các chất hoạt động bề mặt như xà bông hoặc thuốc tNy, hoạt động của các trùng tiên mao và các động vật đa bào sẽ bị gián đoạn hoặc ngừng hẳn, các bông bùn trưởng thành bị yếu và hoạt động của chúng bị ngưng trệ. Khi đó, số lượng lớn bông bùn nhỏ được hình thành dưới dạng rời rạc hoặc phân tán. Xà bông hay thuốc tNy tác CHƯƠN G 2. TỔN G QUAN   Page 15  động mạnh đến tế bào bên dưới lớp bảo vệ của trùng bánh xe và biểu bì tế bào của giun tròn di chuyển tự do. Do đó mà hoạt động của các vi sinh này chậm lại. Các chất hoạt động bề mặt này còn làm tăng tổng chất rắn lơ lửng (TSS), làm giảm hiệu quả xử lý, tăng chi phí vận hành. N goài ra, chúng còn làm thay đổi sức căng bề mặt của nước. Vì vậy đôi khi cũng sinh ra bọt váng (foam). Một vài chất hoạt động bề mặt còn hiện diện như là độc tố. 2.2.6. Sự lên men của nước thải N ước thải lên men là do sự hiện diện của quá nhiều acid và rượu đơn giản, hoà tan. Đây sẽ là môi trường sống rất thuận lợi cho các vi khuNn dạng sợi. N ồng độ sunfit khoảng 3mg/l hay nhiều hơn hoặc nồng độ của các axit, rượu hoà tan đơn giản khoảng 200 mg/l sẽ tạo điều kiện cho các vi khuNn dạng sợi sinh sôi và phát triển như: Beggiatoa sp., Microthrix parvicella, Thiothrix sp., và loại 021N . 2.2.7. Nhu cầu oxy Khi oxy bị giới hạn, các vi sinh vật dạng sợi sẽ chiếm ưu tế, làm bùn hoạt tính trở nên khó lắng, tạo khối bùn. N ên duy trì DO trong bể: 1.5 - 2 mg/l. DO cao (> 2 mg/l) có thể cải thiện tốc độ nitrat hoá với tải lượng BOD cao. Giá trị DO > 4 mg/l không cải thiện hoạt động đáng kể trong khi chi phí làm thoáng tăng đáng kể. Thông thường, khi chỉ khử BOD, nhu cầu oxy sẽ từ 0,9 - 1,3 kgO2/kgBOD đối với SRT từ 5 - 20 ngày. Khi nồng độ oxy trong bể aeroten < 1 mg/l kéo dài liên tục trong 10 tiếng hoặc hơn sẽ làm gián đoạn hoạt động tạo bông bùn và gây mất bùn. Khi nồng độ oxy trong nước bị giới hạn, hoạt động của trùng tiên mao sẽ chậm lại. N goài ra, các động vật nguyên sinh bị ảnh hưởng bởi nồng độ oxy thấp bao gồm: giun tròn bơi tự do, trùng tiên mao bò, trùng tiên mao có cuống

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • pdfĐánh giá ảnh hưởng của pH và tải trọng đến tính chất lắng của bùn hoạt tính.pdf
Luận văn liên quan