Đánh giá hiệu quả xử lý của chế phẩm sanjiban microactive trong xử lý nước rỉ rác dựa trên mô hình aerotank hoạt động gián đoạn từng mẻ- Sequencing batch reactor (sbr)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BỘ MÔN CÔNG NGHỆ SINH HỌC ****0O0**** KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ XỬ LÝ CỦA CHẾ PHẨM SANJIBAN MICROACTIVE TRONG XỬ LÝ NƢỚC RỈ RÁC DỰA TRÊN MÔ HÌNH AEROTANK HOẠT ĐỘNG GIÁN ĐOẠN TỪNG MẺ- SEQUENCING BATCH REACTOR (SBR) Ngành học: CÔNG NGHỆ SINH HỌC Niên khóa : 2001 – 2005 Sinh viên thực hiện : HUỲNH THỊ MỸ PHI Thành phố Hồ Chí Minh -2005 - BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BỘ MÔN CÔNG NGHỆ SINH HỌC ****0O0**** KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ XỬ LÝ CỦA CHẾ PHẨM SANJIBAN MICROACTIVE TRONG XỬ LÝ NƢỚC RỈ RÁC DỰA TRÊN MÔ HÌNH AEROTANK HOẠT ĐỘNG GIÁN ĐOẠN TỪNG MẺ- SEQUENCING BATCH REACTOR (SBR) Giáo viên hƣớng dẫn Sinh viên thực hiện TS. BÙI XUÂN AN HUỲNH THỊ MỸ PHI Thành phố Hồ Chí Minh -2005 - iii LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn Cha mẹ, người sinh ra tôi, đã cho tôi tình thương bao la, nuôi tôi lớn và dạy dỗ tôi thành người. Anh chị tôi, họ đã cho tôi niềm tin, luôn hỗ trợ và tạo mọi điều kiện cho tôi trong cuộc sống. Những người thân yêu luôn bên cạnh tôi chia sẻ nỗi niềm cũng như giúp đỡ trong những khó khăn trong cuộc sống hằng ngày. Tôi xin chân thành cảm tạ: Ban Giám Hiệu trường Đại học Nông Lâm thành phố Hồ Chí Minh, Ban chủ nhiệm Bộ Môn Công Nghệ Sinh Học, cùng tất cả thầy cô đã tận tình truyền đạt những kiến thức quý báu cho tôi trong suốt thời gian học tại trường. TS. Bùi Xuân An đã định hướng, hướng dẫn và giúp đỡ tôi trong quá trình làm khóa luận tốt nghiệp. Thầy Lê Tấn Thanh Lâm, đã truyền đạt những kiến thức trong quá trình làm thực tập tốt nghiệp. Ban chủ nhiệm khoa Môi trường, Ban Giám đốc Trung tâm Công Nghệ và Quản lý Tài Nguyên và Môi Trường, Đại học Nông Lâm Thành phố Hồ Chí Minh đã tạo mọi điều kiện cho tôi làm thực tập tốt nghiệp. Các anh chị trong Trung tâm Công Nghệ và Quản Lý Tài Nguyên và Môi Trường đã tạo mọi điều kiện thuận lợi, tận tình giúp đỡ trong suốt thời gian làm thực tập. Các bạn bè thân thương lớp CNSH K27 đã chia sẻ những niềm vui, nỗi buồn trong thời gian học Đại học, cũng như tận tình giúp đỡ và hỗ trợ trong quá trình làm thực tập tốt nghiệp. iv TÓM TẮT HUỲNH THỊ MỸ PHI, Đại học Nông Lâm TP.Hồ Chí Minh, tháng 8/2005, “ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ XỬ LÝ CỦA CHẾ PHẨM SANJIBAN MICROACTIVE TRONG XỬ LÝ NƢỚC RỈ RÁC DỰA TRÊN MÔ HÌNH AEROTEN HOẠT ĐỘNG GIÁN ĐOẠN TỪNG MẺ- SBR”. Giáo viên hướng dẫn: TS. BÙI XUÂN AN Mục đích: đánh giá hiệu quả xử lý của chế phẩm Sanjiban MicroActive đối với nước rỉ rác dựa trên mô hình Aeroten hoạt động gián đoạn từng mẻ- Sequencing Batch Reactor (SBR). Đề tài được tiến hành trong 4 tháng, từ tháng 4 đến tháng 7 năm 2005. Phương pháp thí nghiệm: mô hình thí nghiệm là mô hình SBR chạy cùng lúc 4 nghiệm thức với các hàm lượng chế phẩm bổ sung khác nhau Đối chứng: 0 ml Nghiệm thức 1: 20 ml Nghiệm thức 2: 100 ml Nghiệm thức 3: 200 ml Mô hình thí nghiệm được tiến hành trong 4 thời gian khác nhau và bùn có tính chất khác nhau ở các đợt thí nghiệm. Kết quả đạt được trong quá trình chạy mô hình: Không có sự khác biệt giữa các nghiệm thức có và không có bổ sung chế phẩm, cũng như các nghiệm thức có nồng độ Sanjiban bổ sung khác nhau. Thời lượng sục khí sau khi bổ sung chế phẩm vào thiết bị xử lý tối ưu là 70 giờ đối với BOD và 22 giờ đối với COD. Mô hình tối ưu khi hàm lượng bùn hoạt tính hoàn toàn ổn định. Chất lượng nước thải sau xử lý chưa đạt tiêu chuẩn thải ra ngoài môi trường tiếp nhận. v MỤC LỤC ................................................................................................................................ Trang Lời cảm ơn .................................................................................................................... iii Tóm tắt ............................................................................................................................ v Mục lục .......................................................................................................................... vi Danh sách các bảng ....................................................................................................... ix Danh sách các hình ......................................................................................................... x Danh sách các chữ viết tắt ............................................................................................. xi Phần I. Giới thiệu ......................................................................................................... 1 1.1. Đặt vấn đề ................................................................................................................ 1 1.2. Mục đích, mục tiêu .................................................................................................. 1 1.3. hạn chế của đề tài .................................................................................................... 1 1.4. Yêu cầu .................................................................................................................... 2 Phần II. Tổng quan tài liệu ......................................................................................... 3 2.1. Tổng quan về thành phần và tính chất nước rỉ rác .................................................. 3 2.1.1. Đặc tính nước rác ................................................................................................. 3 2.1.2. Quá trình hình thành nước rác .............................................................................. 3 2.1.3. Thành phần và tính chất nước rác ........................................................................ 4 2.1.4. Tác động của nước rác .......................................................................................... 6 2.1.4.1. Tác động của chất hữu cơ .................................................................................. 6 2.1.4.2. Tác động của các chất lơ lửng ........................................................................... 7 2.1.4.3. Tác động lên môi trường đất ............................................................................. 7 2.2. Tổng quan về các quá trình xử lý nước ................................................................... 7 2.2.1. Các phương pháp xử lý nước .............................................................................. 7 2.2.1.1. Xử lý sơ bộ để không thải, tuần hoàn nước rác ................................................. 7 2.2.1.2. Xử lý sơ bộ để đưa vào hệ thống cống rãnh đô thị ............................................ 8 2.2.1.3. Xử lý để xả ra nguồn tiếp nhận ......................................................................... 8 2.2.2. Nguyên tắc chung về xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học ................... 10 2.2.3. Quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học trong điều kiện hiếu khí11 2.2.3.1. Nguyên tắc ....................................................................................................... 11 2.2.3.2. Phương pháp xử lý bằng bùn hoạt tính ............................................................ 14 vi 2.2.3.3. Phân loại các loại hệ thống xử lý nước thải bằng bùn hoạt tính theo thủy động học trong hệ thống ........................................................................................................ 15 2.2.4. Aeroten hoạt động gián đoạn tứng mẻ - Sequencing Batch Reactor (SBR) ...... 15 2.2.4.1. Nguyên tắc hoạt động ...................................................................................... 15 2.2.4.2. Các giai đoạn trong một bể .............................................................................. 15 2.3. Tổng quan về ứng dụng của chế phẩm Sanjiban, sản phẩm của công nghệ sinh học trong xử lý nước rác ..................................................................................................... 17 2.3.1. Sự phát triển cần thiết của các biện pháp sinh học trong xử lý nước rác. .......... 17 2.3.2. Các đặc tính và ứng dụng của Sanjiban MicroActive trong xử lý môi trường .. 17 2.3.3. Các loại sản phẩm dùng trong xử lý nước thải ................................................... 18 2.3.4. Sản phẩm Sanjiban MicroActive 8000 Chem Bio- Treat................................... 18 2.3.4.1. Giới thiệu ......................................................................................................... 18 2.3.4.2. MicroActive - 8000 hoạt động kiểu xử lý sinh hóa ......................................... 18 2.3.4.3. Đặc tính sản phẩm ........................................................................................... 19 Phần III. Phƣơng pháp và vật liệu thí nghiệm ........................................................ 20 3.1 .Thời gian và địa điểm ............................................................................................ 20 3.2 . Vật liệu thí nghiệm ................................................................................................ 20 3.3 .Mô hình nghiên cứu ............................................................................................... 21 3.3.1. Mô hình khuyến cáo của nhà sản xuất chế phẩm ............................................... 21 3.3.2. Mô hình thí nghiêm ............................................................................................ 22 3.3.3. Các yêu cầu trong quá trình chạy mô hình ......................................................... 22 3.4 .Phương pháp thí nghiệm ........................................................................................ 23 3.4.1. Thí nghiệm với bùn hoạt tính chưa ổn định ....................................................... 23 3.4.1.1. Vật liệu ............................................................................................................ 23 3.4.1.2. Phương pháp .................................................................................................... 23 3.4.1.3. Các mô hình ..................................................................................................... 23 3.4.2. Thí nghiệm với bùn hoạt tính ổn định ................................................................ 24 3.4.2.1. Vật liệu ............................................................................................................ 24 3.4.2.2. Phương pháp .................................................................................................... 24 3.4.2.3. Các mô hình ..................................................................................................... 25 3.5. Phương pháp phân tích mẫu .................................................................................. 25 3.6. Phương pháp xử lý số liệu ..................................................................................... 26 vii Phần IV. Kết quả và thảo luận .................................................................................. 27 4.1 . Kết quả các đợt thí nghiệm ................................................................................... 27 4.1.1. Mô hình với bùn hoạt tính chưa ổn định ............................................................ 27 4.1.1.1. Mô hình A ........................................................................................................ 27 4.1.1.2. Mô hình B ........................................................................................................ 28 4.1.1.3. Thảo luận chung với mô hình chạy bùn chưa ổn định .................................... 29 4.1.2. Mô hình với bùn hoạt tính ổn đinh ..................................................................... 30 4.1.2.1. Mô hình C ........................................................................................................ 30 4.1.2.2. Mô hình D ........................................................................................................ 31 4.1.2.3. Thảo luận về mô hình với bùn hoạt tính ổn định ............................................ 33 4.2 .Nhận xét chung về các kết quả thu được từ các đợt thí nghiệm ............................ 34 4.2.1. Hàm lượng COD, BOD đầu vào ........................................................................ 34 4.2.2. Hàm lượng chế phẩm bổ sung ............................................................................ 34 4.2.3. Thời lượng sục khí sau khi cho chế phẩm vào mô hình xử lý. .......................... 34 Phần V. Thảo luận và đề nghị ................................................................................... 35 Phần VI. Tài liệu tham khảo ..................................................................................... 36 Phụ lục ........................................................................................................................ 37 viii DANH SÁCH CÁC BẢNG Trang Bảng 2.1. Thành phần và tính chất nước rác điển hình ................................................ 6 Bảng 2.2. Phạm vi ứng dụng các phương pháp xử lý sinh học nước thải ..................... 9 Bảng 3.1. Hàm lượng chế phẩm bổ sung cho các nghiệm thức tương ứng ................. 24 Bảng 3.2. Hàm lượng chế phẩm bổ sung cho các nghiệm thức tương ứng ................. 25 Bảng 4.1. Kết quả mô hình thí nghiệm A ..................................................................... 27 Bảng 4.2. Kết quả mô hình thí nghiệm B ..................................................................... 28 Bảng 4.3. Kết quả mô hình thí nghiệm C ..................................................................... 30 Bảng 4.4. Kết quả mô hình thí nghiệm D .................................................................... 31 ix DANH SÁCH CÁC HÌNH Trang Hình 2.1. Mô hình cân bằng lưu lượng .......................................................................... 3 Hình 2.2. Sơ đồ chuyển hoá vất chất hữu cơ trong tự nhiên ........................................ 11 Hình 2.3. Sơ đồ tổng quát chuyển hóa chất bẩn trong công trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học trong điều kiện hiếu khí ........................................................... 12 Hình 2.4. Sơ đồ cân bằng BOD trong hệ thống xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học hiếu khí .................................................................................................................. 13 Hình 2.5. Sơ đồ nguyên lý quá trình xử lý nước thải bằng bùn hoạt tính ................... 14 Hình 2.6. Các giai đoạn hoạt động của Aeroten gián đoạn .......................................... 16 Hình 3.1. Mô hình khuyến cáo được dùng với chế phẩm Sanjiban ............................. 21 Hình 3.2. Mô hình dùng cho thí nghiệm ...................................................................... 22 Hình 4.1. Đồ thị biểu diễn hiệu quả xử lý nước thải ở mô hình B ............................... 28 Hình 4.2. Đồ thị biểu diễn hiệu quả xử lý nước thải ở mô hình C ............................... 30 Hình 4.3. Đồ thị biểu diễn hiệu quả xử lý nước thải ở mô hình D sau 22 giờ ............. 32 Hình 4.4. Đồ thị biểu diễn hiệu quả xử lý nước thải ở mô hình D sau 70 giờ ............. 32 x DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT BOD: Biochemical Oxygen Demand- nhu cầu oxy sinh hóa COD: Chemical Oxygen Demand- nhu cầu oxy hóa học SBR: Sequencing Batch Reactor- bể sục khí hoạt động từng mẻ EM: effective microorganism, vi sinh vật hữu hiệu PV: Sanjiban culture concentrate microbial probiotic- chế phẩm sinh học vi sinh được cô đặc, dạng lỏng, được thu nhận từ quá trình lên men. Sanjiban MicroActive là chế phẩm sinh học dạng lỏng, được chiết xuất từ quá trình lên men vi sinh phức tạp. 1 PHẦN I. GIỚI THIỆU 1.1. Đặt vấn đề Cùng với sự gia tăng dân số trên thế giới hiện nay, rác thải sinh hoạt ngày càng gia tăng, gây ra ô nhiễm trầm trọng đến các môi trường sống. Do đó, xử lý rác thải là việc cần làm nhất hiện nay. Tuy nhiên, song song với vấn đề xử lý rác là vấn đề xử lý nước rò rỉ từ bãi rác hay còn được gọi là nước rỉ rác. Hiện nay, lượng nước rác rỉ ra hằng ngày tại các bãi chôn lấp rất lớn khoảng 1.000 m 3, chưa kể đến lượng nước rác còn tồn đọng trong nhiều năm qua tại các bãi vẫn chưa được xử lý. Với lượng nước rỉ rác lớn như vậy đã gây khó khăn cho việc xử lý cũng như gây ô nhiễm môi trường xung quanh khu vực bãi chôn lấp, đặc biệt là gây ô nhiễm nguồn nước ngầm. Do vậy, vấn đề xử lý nước rỉ rác đang là vấn đề cần được quan tâm nhất. Từ nhiều năm nay, một số công nghệ xử lý nước thải đã được dùng trong xử lý nước rỉ rác nhưng kết quả sau xử lý vẫn chưa đạt theo mong muốn. Để đáp ứng phần nào trong xử lý nước rỉ rác, công nghệ sinh học phát triển đã góp phần đưa ra thị trường những sản phẩm mang tính chất sinh học (probiotic), những chế phẩm có khả năng xử lý môi trường. Các loại chế phẩm này cũng đang được ứng dụng khá nhiều như: EM, Zymplex… để có thể nâng cao hiệu quả xử lý và đạt được kết quả theo mong muốn. Sanjiban là một sản phẩm mới của Trans Asia International- Ấn Độ, có những khả năng xử lý nước rỉ rác [9]. Để đánh giá được hiệu quả xử lý của chế phẩm, chúng tôi tiến hành thực hiện đề tài nghiên cứu: “Đánh giá hiệu quả xử lý của chế phẩm Sanjiban MicroActive trong xử lý nước rỉ rác dựa trên mô hình Aerotank hoạt động gián đoạn từng mẻ- Sequencing Batch Reactor (SBR).” 1.2. Mục đích Đánh giá hiệu quả xử lý của chế phẩm Sanjiban MicroActive trong xử lý nước rỉ rác trên mô hình Aerotank hoạt động gián đoạn từng mẻ- SBR. 2 1.3. Hạn chế của đề tài Quy trình công nghệ xử lý nước rác phải là sự kết hợp các công nghệ xử lý khác nhau: xử lý hóa học, xử lý hóa lý, xử lý sinh học. Do thời gian thực hiện có hạn và mục đích chính của đề tài là đánh giá hiệu quả xử lý của chế phẩm nên đề tài chỉ nêu ra một khâu nhỏ trong công nghệ xử lý nước rác và không đi sâu nghiên cứu hết các quy trình xử lý nước rác hiện nay. 1.4. Yêu cầu Xác định hàm lượng chế phẩm tối ưu Kiểm tra sự ổn định của mô hình xử lý Xác định hiệu quả xử lý thông qua các chỉ tiêu của nước thải:  COD  BOD  pH 3 PHẦN II. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1. Tổng quan về thành phần và tính chất nƣớc rỉ rác 2.1.1 Đặc tính của nƣớc rác Nước rỉ rác là nước rò rỉ từ bãi rác, có mùi hôi nồng nặc, màu đen đậm. Các kết quả phân tích trước đây cho thấy nước rỉ rác bị ô nhiễm hữu cơ, ô nhiễm vi sinh, chất rắn lơ lửng, nitơ và phospho rất nặng, môi trường nước có dấu hiệu chứa kim loại nặng nhưng chưa ở mức ô nhiễm. Nước rác là nước bẩn thấm qua lớp rác của các ô chôn lấp, kéo theo các chất ô nhiễm ở dạng hòa tan hoặc lơ lửng từ rác chảy vào tầng đất ở dưới bãi chôn lấp. Nước rác được hình thành khi độ ẩm của nước rác vượt quá độ giữ nước (độ giữ nước của chất thải rắn là lượng nước lớn nhất được giữ lại trong các lỗ rỗng mà không sinh ra dòng thấm, hướng xuống dưới tác dụng của của trọng lực) [6]. 2.1.2 Quá trình hình thành nƣớc rác Nước rác được hình thành khi nước thấm vào ô chôn lấp. Nó có thể thấm vào rác theo một số con đường sau (hình 2.1): Nước sẵn có và tự hình thành khi phân hủy rác hữu cơ trong bãi chôn lấp. Nước rò rỉ thoát ra ngoài Ống thoát nước rò rỉ Nước chảy tràn bề mặt Rãnh thoát nước Lượng nước trong rác và lớp đất phủ bề mặt Nước mưa Nước chảy tràn bề mặt Bốc hơi Nước mạch ngầm thấm vào Hình 2.1. Mô hình cân bằng lưu lượng nước cho 1 bãi rác 4 Mực nước ngầm có thể dâng lên vào các ô chôn rác. Nguồn nước mặt thấm vào qua các cạnh của ô rác. Nước từ các khu vực khác chảy qua, có thể thấm xuống ô chôn rác. Nước mưa thấm trên bề mặt khu vực chôn lấp Lượng nước có sẵn trong bãi rác là nhỏ nhất so với các nguồn khác. Nước từ những khu vực khác chảy qua bãi chôn lấp cần phải thu gom bằng hệ thống thoát nước. Hệ thống thoát nước không chỉ bảo vệ những khu vực chôn lấp rác khỏi bị xói mòn trong thời gian hoạt động mà còn tiêu thoát lượng nước thừa ngấm vào ô rác và tạo ra nước rác. Đối với nước mưa, không có cách nào để ngăn chặn không cho chúng chảy vào ô rác, nhưng có thể hạn chế được lượng nước mưa ngấm vào ô rác bằng cách trồng lại thảm thực vật sau khi bãi rác đã đóng lại. Nước rỉ rác thường tích đọng lại ở đáy của bãi rác. 2.1.3 Thành phần và tính chất của nƣớc rỉ rác Thành phần của nước rỉ rác thay đổi rất lớn, phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau: thành phần rác, tuổi bãi rác, chế độ vận hành của bãi rác, chiều cao chôn lấp, thời tiết, điều kiện thủy văn khu vực, hoạt động hóa học, sinh học, độ ẩm, nhiệt độ, pH, mức độ ổn định… Do đó việc tổng hợp và đặc trưng hóa thành phần trong nước rác là rất khó. Để biết rõ hơn về sự biến thiên của các thành phần nước rác cần tìm hiểu quy trình phân hủy chất thải rắn ở ô chôn lấp. Quá trình này diễn ra 3 giai đoạn và quá trình phân hủy chất hữu cơ xảy ra trong giai đoạn 2 và 3.  Giai đoạn 1- giai đoạn ổn định: Quá trình phân hủy hiếu khí xảy ra nhanh chóng, khoảng một vài tuần hoặc lâu hơn. Khi khí oxy có sẵn trong bãi rác được sử dụng hết (trừ những vùng gần bề mặt) thì pha phân hủy hiếu khí sẽ ngưng, tạo ra một lượng CO2, H2 đáng kể (có thể lên đến 20% thể tích) đặc biệt ở các khu chôn lấp khô ráo.  Giai đoạn 2- giai đoạn acid: Các vi sinh vật kỵ khí tùy tiện thủy phân và lên men cellulose, các chất có thể phân hủy tạo ra các hợp chất hữu cơ đơn giản, hòa tan: acid béo bay hơi (acid béo làm tăng giá trị của BOD5) và ammonia. Giai đoạn này có thể kéo dài sau một vài năm, nước rác ở giai đoạn này có BOD cao (thường hơn 10.000 mg/l), tỷ số BOD/ COD lớn hơn 0,7 cho thấy thành 5 phần chất hữu cơ hòa tan chiếm tỷ lệ cao và dễ phân hủy sinh học. pH = 5 – 6, đậm đặc, hôi, nồng độ ammonia cao (khoảng 1.000 mg/l) với đặc tính hóa học này giúp hòa tan các thành phần khác trong rác, làm tăng nồng độ các kim loại: Fe, Mn, Zn, Ca, Mg có trong nước rác. Khí sinh ra chủ yếu là CO2, mùi và H2 ít hơn.  Giai đoạn 3- giai đoạn lên men methane: Sự phát triển chậm của vi khuẩn methane dần dần trở nên chiếm ưu thế và bắt đầu phân hủy những chất hữu cơ đơn giản tạo ra các hỗn hợp khí CO2 và CH4 tạo ra nguồn khí của bãi rác. Vi khuẩn lên men methane tăng trong điều kiện kỵ khí. Trong giai đoạn này nước rỉ rác được tạo ra khá ổn định, hoạt động sinh học được xem là hiệu quả nhất. Nước có giá trị BOD tương đối thấp, tỷ số BOD/COD thấp nhưng ammonia vẫn tiếp tục sinh ra bởi quá trình lên men acid theo bậc và có nồng độ rất cao. Ngoài ra còn có 2 giai đoạn phụ:  Giai đoạn chuyển tiếp: có thể xảy ra trong nhiều năm, và cũng có thể không ngừng trong một vài thập niên. Oxy cạn dần và điều kiện kỵ khí bắt đầu tăng. Nitrate và sulfate đóng vai trò là những chất nhận electron trong các phản ứng chuyển hóa sinh học, thường bị khử đến khí N2, H2S. pH giảm do sự hiện diện của các acid hữu cơ và ảnh hưởng của sự tăng nồng độ CO2 và bãi rác.  Giai đoạn chín mùi: Xuất hiện khi các chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học dễ chuyển thành CH4 và CO2. Lúc này tốc độ sinh khí giảm đáng kể do phần lớn các chất dinh dưỡng đã dùng hết qua các pha trước và chất nền còn lại có khả năng phân hủy sinh học khá chậm. Suốt pha này, nước rác chứa chất hữu cơ trơ như: acid humic, acid fulvic là các chất rất khó xử lý sinh học. Ở những bãi rác mới, nước rác thường có pH thấp, nồng độ BOD, COD và kim loại nặng cao. Còn ở những bãi rác lâu năm pH = 6,5 – 7,5, nồng độ các chất ô nhiễm thấp hơn đáng kể, nồng độ kim loại nặng giảm do phần lớn kim loại nặng tan trong pH trung tính. Do đó khả năng phân hủy sinh học của nước rác thay đổi theo thời gian, thể hiện thông qua tỷ số BOD/COD. Ban đầu tỷ số này ở khoảng trên 0,5, tỷ số 0,4 – 0,6 cho thấy chất hữu cơ trong nước rác đã sẵn sàng để phân hủy sinh học. Ở những bãi chôn lấp lâu năm có amoniac cao, nồng độ lớn hơn 1.000 mg/l. Tỷ số BOD/COD thấp 6 (trong khoảng 0,05 – 0,2) do trong nước rác chứa các acid humic và acid fulvic, rất khó phân hủy sinh học [2]. Thành phần của nước rỉ rác có thể được biểu diễn tổng quan ở bảng 2.1 Bảng 2.1. Thành phần và tính chất nước rác Thành phần Đơn vị Bãi mới dưới hai năm Bãi lâu năm trên 10 năm Khoảng Trung bình BOD5 COD Nitơ hữu cơ Ammonia Nitrate Phospho tổng Độ kiềm pH Canxi Clorua Tổng Fe mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l 2.000-30.000 3.000-60.000 10-800 10-800 5-40 5-100 1.000-10.000 4,5-7,5 50-1.500 200-3.000 50-1.200 10.000 18.000 200 200 25 30 3.000 6 250 500 60 100-200 100-500 80-120 20-40 5-10 5-10 200-1.000 6,6-7,5 50-200 100-400 20-200 Nguồn: Tchobanoglous và cộng sự, 1993 [6] Mức độ ô nhiễm của nước rò rỉ là rất cao, được thể hiện qua hàm lượng các chất hữu cơ trong nước rò rỉ, đặc biệt cao ở giai đoạn đầu của bãi rác. Sau một thời gian hàm lượng này giảm xuống và chỉ còn các chất không phân hủy sinh học được tồn tại lại. Tốc độ ổn định của chất lượng nước rò rỉ ở bãi chôn lấp ở dạng bán hiếu khí hoặc hiếu khí nhanh hơn ở các dạng khác và nồng độ các chất bẩn giảm xuống sớm hơn. 2.1.4. Tác động của nƣớc rỉ rác 2.1.4.1. Tác động của các chất hữu cơ Các chất hữu cơ dễ phân hủy bởi vi sinh vật thường được xác định gián tiếp qua thông số nhu cầu oxy sinh hóa (BOD), thể hiện lượng oxy cần thiết cho vi sinh vật phân hủy hoàn toàn chất hữu cơ có trong nước thải. Như vậy, nồng độ BOD tỷ lệ với hàm lượng chất ô nhiễm hữu cơ, đồng thời cũng được sử dụng để đánh giá tải lượng và hiệu quả sinh học của một hệ thống xử lý nước thải. 7 Ô nhiễm hữu cơ sẽ dẫn đến sự suy giảm nồng độ oxy hòa tan trong nước do vi sinh vật sử dụng oxy hòa tan để phân hủy các chất hữu cơ. Sự cạn kiệt oxy hòa tan sẽ gây tác hại nghiêm trọng đến tài nguyên thủy sinh. 2.1.4.2. Tác động của các chất lơ lửng Chất lơ lửng cũng là tác nhân gây ảnh hưởng tiêu cực đến tài nguyên thủy sinh đồng thời gây tác hại về mặt cảm quan do làm tăng độ đục nguồn nước và gây bồi lắng nguồn nước mặt tiếp nhận. Đối với các tầng nước ngầm, quá trình ngấm của nước rò rỉ từ các bãi rác có khả năng làm tăng hàm lượng các chất dinh dưỡng trong nước ngầm như: NH4, NO3, PO4... đặc biệt là NO2, có độc tính cao đối với con người và động vật sử dụng nguồn nước đó. 2.1.4.3. Tác động lên môi trường đất Quá trình lưu giữ trong đất và ngấm qua những lớp đất bề mặt của nước rò rỉ từ bãi rác làm cho sự tăng trưởng và quá trình hoạt động của vi khuẩn trong đất kém đi, làm thuyên giảm quá trình phân hủy các chất hữu cơ thành những chất dinh dưỡng cho cây trồng, trực tiếp làm giảm năng suất canh tác và gián tiếp làm cho đất bị thoái hóa, bạc màu. Ảnh hưởng của nước rò rỉ từ bãi rác đến đất đai sẽ rất nghiêm trọng, mang tính chất lâu dài và rất khó khắc phục nếu nó được thấm theo mạch ngang. Chính vì vậy, để hạn chế và ngăn ngừa khả năng ô nhiễm đất, người ta áp dụng các biện pháp an toàn trong công tác chôn lấp rác, chủ yếu là bằng cách xây các đê chắn bằng bê tông để ngăn chặn khả năng thấm theo chiều ngang của nước rò rỉ, đồng thời phải lắp đặt hệ thống thu gom và xử lý nước rò rỉ này. 2.2 Tổng quan về các quá trình xử lý nƣớc 2.2.1 Các phƣơng pháp xử lý nƣớc Hiện nay trên thế giới có 3 khuynh hướng xử lý nước rác: Xử lý sơ bộ nước rác để tuần hoàn, tái sử dụng trong nông nghiệp. Xử lý sơ bộ nước rác để đưa vào hệ thống cống rãnh đô thị. Xử lý nước rác đến đạt tiêu chuẩn thải ra nguồn tiếp nhận tự nhiên. 8 2.2.1.1. Xử lý sơ bộ để không thải, tuần hoàn nước rác Phương pháp tuần hoàn nước rác làm gia tăng tốc độ ổn định bãi rác, giảm thời gian lên men chất hữu cơ và sinh khí. Đây là phương pháp đơn giản, chi phí thấp nhưng chỉ dùng được khi khối lượng nước rác nhỏ. Mặc khác, nó chỉ làm giảm hàm lượng BOD, COD nhưng với những chất vô cơ thì tăng lên rõ rệt, và làm tăng sự tích lũy các chất hữu cơ khó phân hủy. Ngoài ra, nó còn tạo mùi và có khả năng gây ô nhiễm nguồn nước ngầm vì khả năng thấm của nó. 2.2.1.2 Xử lý sơ bộ để đưa vào hệ thống cống rãnh đô thị Hiện nay, việc kết hợp giữa xử lý nước rác và nước thải đô thị đang được quan tâm khá nhiều. Người ta dẫn nước rác sau khi xử lý sơ bộ vào hệ thống cống rãnh, nhập chung với nước thải đô thị để đưa về trạm xử lý, bùn sau xử lý được chuyển trở lại bãi rác. Đây là một phương pháp thích hợp, nhưng phải có hệ thống cống rãnh và trạm xử lý nước thải đô thị, cần phải có sự đầu tư vốn và kỹ thuật, nên rất tốn kém trong việc xây dựng hệ thống. 2.2.1.3. Xử lý để xả ra nguồn tiếp nhận Hiện nay, hầu hết các công nghệ xử lý nước thải đều được áp dụng cho xử lý nước rác. Đó là sự kết hợp của các quá trình sinh học, hóa lý, hóa học để xử lý nước thải đạt tiêu chuẩn thải vào nguồn tiếp nhận. a. Các quá trình sinh học: chủ yếu dùng để khử BOD trong nước rác, gồm các phương pháp:  Xử lý hiếu khí  Xử lý kỵ khí  Xử lý kỵ khí gồm các hệ thống: hệ thống lọc kỵ khí, hệ thống lọc giãn nở, công nghệ đệm bùn kỵ khí dòng chảy ngược (UASB)… Đây là quá trình xử lý dựa trên cơ sở phân hủy các chất hữu cơ giữ lại trong hệ thống nhờ quá trình lên men kỵ khí.  Xử lý hiếu khí bao gồm các quá trình bùn hoạt tính, hồ ổn định có sục khí, bể tiếp xúc sinh học, cánh đồng tưới tự nhiên… Quá trình này dựa trên sự oxy hóa các chất hữu cơ có trong nước thải nhờ oxy hòa tan. Nếu oxy được cung cấp bằng các thiết bị hoặc nhờ cấu tạo công trình thì đó là quá trình xử lý sinh học hiếu khí nhân tạo. Ngược lại, nếu oxy được vận chuyển và hòa tan trong nước nhờ các yếu 9 tố tự nhiên thì đó là quá trình xử lý sinh học hiếu khí trong điều kiện tự nhiên. Các công trình xử lý sinh học hiếu khí nhân tạo thường được dựa trên nguyên tắc hoạt động của bùn hoạt tính. Các hệ thống xử lý thường chiếm một diện tích khá lớn, tốn kém năng lượng trong vận hành hệ thống. Phương pháp này chỉ thích hợp khi nước rác đã qua giai đoạn xử lý chính, nồng độ các chất ô nhiễm đã được làm giảm xuống đáng kể. Để lựa chọn được phương pháp xử lý sinh học hợp lý cần phải biết hàm lượng chất hữu cơ (hàm lượng COD và BOD) có trong nước thải. Các phương pháp lên men kỵ khí thường phù hợp với nước thải có hàm lượng chất hữu cơ cao. Đối với nước thải có hàm lượng chất hữu cơ thấp và tồn tại chủ yếu dưới dạng chất keo và hòa tan, thì cho chúng tiếp xúc với màng sinh vật là hợp lý. Sơ đồ chọn lựa các phương pháp xử lý sinh học nước thải được nêu trong bảng 2.2. Bảng 2.2. Phạm vi ứng dụng các phương pháp xử lý sinh học nước thải Hàm lượng BOD của nước thải Chất hữu cơ không hòa tan Chất hữu cơ dạng keo Chất hữu cơ hòa tan Cao (BOD5>500 mg/l) Xử lý sinh học bằng kỵ khí Trung bình (BOD5= 300-500 mg/l) Xử lý sinh học bằng bùn hoạt tính Thấp (BOD5<300 mg/l) Xử lý sinh học bằng bùn hoạt tính Xử lý sinh học bằng màng sinh vật Nguồn: Trần Đức Hạ, 2002 [5]. Quá trình sinh học có thể áp dụng để xử lý nước rác từ những bãi chôn lấp đang hoạt động hoặc mới đóng cửa với hiệu quả cao, nhưng nó không khả thi đối với nước rác có hàm lượng chất ô nhiễm quá phức tạp hay có tỉ số BOD/COD thấp (thường nhỏ hơn 0,5). b. Quá trình hóa lý  Tạo bông- lắng tụ: là phương pháp khử các chất ô nhiễm dạng keo bằng cách sử dụng chất đông tụ để trung hòa diện tích các hạt keo, nhằm liên kết chúng lại với nhau, tạo nên các bông cặn lớn có thể lắng trọng lực. Chất đông tụ thường dùng là muối nhôm, sắt hoặc các hỗn hợp của chúng. 10  Tuyển nổi: được dùng để tách tạp chất phân tán lơ lửng không tan, các hạt nhỏ hoặc nhẹ, lắng chậm. Quá trình này được thực hiện bằng cách tạo ra các bọt khí nhỏ vào pha lỏng. Các bọt khí kết dính với các hạt, kéo chúng cùng nổi lên bề mặt và sau đó thu gom lớp váng nhờ thiết bị vớt bọt.  Lọc cơ học và hấp thụ than hoạt tính: các chất lơ lửng nhỏ, mịn, các chất vi hữu cơ (micro-organic matter) bị khử loại qua quá trình lọc cát hay hấp phụ. Phương pháp hấp thụ được sử dụng rộng rãi để làm sạch triệt để các chất hữu cơ hòa tan sau khi xử lý sinh học mà chúng thường có độc tính cao hoặc không phân hủy sinh học. Chất hấp phụ có thể là than hoạt tính, các chất tổng hợp, một số chất thải của sản xuất: xỉ tro, mạt sắt, silicagen...  Trao đổi ion: là quá trình các ion bề mặt của chất rắn trao đổi với ion có cùng điện tích trong dung dịch khi chúng tiếp xúc nhau, dùng làm sạch nước khỏi các kim loại: Zn, Cu, Cr,… cũng như các hợp chất của Asen, Photpho, Cyanua. c. Quá trình hóa học  Trung hòa: là phương pháp thông dùng và đơn giản nhất, dùng để điều chỉnh pH về mức cho phép.  Kết tủa: được dùng để khử kim loại và một số anion. Kim loại bị kết tủa dưới dạng hydroxyde, sulfit và carbonat bằng cách thêm các chất làm kết tủa và điều chỉnh pH thích hợp cho quá trình.  Oxy hóa khử: phân hủy hầu hết các chất hữu cơ và vô cơ trong nước rác. Chuyển các chất hữu cơ khó phân hủy sinh học thành dễ phân hủy sinh học (giảm hàm lượng COD, nâng tỉ số BOD/COD), nó còn được dùng để khử độc một số chất vô cơ. Phương pháp được thực hiện bằng cách thêm vào nước rác các tác nhân oxy hóa, tác nhân khử dưới pH thích hợp, như Clo ở dạng khí hay dạng lỏng, dioxyclo, cloratcanxi, hypocloritcanxi… 2.2.2. Nguyên tắc chung về xử lý nƣớc thải bằng phƣơng pháp sinh học Các chất hữu cơ có mặt trong nước thải bị phân hủy nhờ các quá trình lý, hóa và sinh học. Chúng là những nguồn gây ô nhiễm và lan truyền bệnh trong nước thải. Và nhiệm vụ của những thiết bị xử lý nước là phải tách các chất bẩn độc hại đó ra khỏi nước thải trước khi thải ra ngoài hay tiếp nhận sử dụng lại. 11 Vi khuẩn ưa khí C H N P S Vi khuẩn kỵ khí Các hợp chất hữu cơ H2S Hợp chất phospho hữu cơ NH3 CH4 CO2 H2O -PO4 -SO4 -NO2, -NO3 Oxy không khí Việc xử lý nước thải có thể sử dụng nhiều phương pháp khác nhau, tuỳ thuộc vào tính chất của nước thải và trang thiết bị xử lý. Thường người ta cố gắng tạo ra những điều kiện môi trường cho các quá trình phân hủy tự nhiên được diễn ra, phương pháp xử lý sinh học. Các sinh vật sống cần có năng lượng để duy trì sự sống và sinh sản. Vì vậy, chúng sử dụng những chất hữu cơ có trong nước thải như là thức ăn. Khi thức ăn được sử dụng như một nguồn năng lượng thì sẽ xảy ra phản ứng oxy hóa mà trong đó oxy được sử dụng để phân hủy các chất hữu cơ, thải ra khí CO2 hoặc các sản phẩm oxy hóa khác. Những sản phẩm của các chất hữu cơ đã bị phân hủy, có thể được sử dụng như là thức ăn cho các vi sinh vật đơn bào như vi khuẩn. Sự thay đổi do chúng gây nên trong các quá trình oxy hóa rất có ý nghĩa trong chu trình của chất hữu cơ trong tự nhiên. Carbon và nitơ là hai yếu tố quan trọng của chu trình tuần hoàn các chất hữu cơ. Quá trình phân hủy có thể diễn ra dưới dạng mô tả của hình 2.2. Hình 2.2. Sơ đồ chuyển hoá vất chất hữu cơ trong tự nhiên 2.2.3. Quá trình xử lý nƣớc thải bằng phƣơng pháp sinh học trong điều kiện hiếu khí nhân tạo 2.2.3.1. Nguyên tắc Khi đưa nước thải vào bể phản ứng bằng phương pháp sinh học trong điều kiện hiếu khí, các chất bẩn hữu cơ ở trạng thái hòa tan, keo, không hòa tan phân tán nhỏ sẽ hấp phụ lên bề mặt tế bào vi khuẩn. Sau đó chúng được chuyển hóa và phân hủy nhờ vi khuẩn. Quá trình này gồm ba giai đoạn cơ bản sau:  Khuếch tán, chuyển dịch và hấp thụ chất bẩn từ môi trường nước lên bề mặt tế bào vi khuẩn.  Oxy hóa ngoại bào và vận chuyển các chất bẩn hấp phụ được qua màng tế bào vi khuẩn. 12  Chuyển hóa các chất hữu cơ thành năng lượng, tổng hợp sinh khối từ chất hữu cơ và các nguyên tố dinh dưỡng khác bên trong tế bào vi khuẩn. Sự chuyển hóa các chất hữu cơ (đặc trưng bằng BOD) và các chất dinh dưỡng nhờ vi khuẩn hiếu khí được biểu diễn trên hình 2.3. Các chất đầu tiên bị oxy hóa để tạo thành năng lượng là carbonhydrat và một số chất hữu cơ khác. Quá trình này được thực hiện trên bề mặt tế bào vi khuẩn nhờ xúc tác của enzyme ngoại bào. Một phần chất bẩn được vận chuyển qua màng tế bào vi khuẩn (màng bán thấm) vào bên trong và tiếp tục oxy hóa để giải phóng ra năng lượng hoặc tổng hợp thành tế bào chất. Sinh khối vi sinh vật sẽ tăng lên. Trong điều kiện thiếu nguồn dinh dưỡng, tế bào chất lại bị oxy hóa nội bào để tạo ra năng lượng cần thiết cho hoạt động sống. Vi khuẩn chuyển hóa các chất thải hữu cơ theo các phương trình: COHN + O2 + chất dinh dưỡng CO2 + NH3 + C5H7NO2 + (vật chất hữu cơ ) (tế bào mới) + những sản phẩm cuối cùng [8] Hô hấp nội bào C5H7NO2 + 5O2 5CO2 + 2H2O + NH3 + Năng lượng [8] (tế bào) Các chất bẩn hữu cơ và các chất dinh dưỡng trong nước thải Các quá trình sinh hóa của vi sinh vật Các quá trình sinh hóa của vi sinh vật Oxy Nước sạch Hình 2.3. Sơ đồ tổng quát chuyển hóa chất bẩn trong công trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học trong điều kiện hiếu khí Tế bào và các chất trơ C5H7NO2, P, K Vi khuẩn Vi khuẩn 13 Trong những phương trình này, COHN đại diện cho vật chất hữu cơ có trong nước thải. Sơ đồ cân bằng vật chất trong quá trình chuyển hóa các chất hữu cơ (BOD) được biểu diễn như hình 2.4.  Go: lượng BOD trong nước thải  Gt: lượng BOD không được xử lý  G1: lượng BOD hấp phụ trên bề mặt tế bào vi khuẩn  G2: phần BOD được vận chuyển vào bên trong màng tế bào vi khuẩn  G3: phần BOD oxy hóa nội bào  G4: phần BOD được tổng hợp thành sinh khối tế bào  G5: phần BOD oxy hóa nội bào Môi trường hiếu khí trong bể phản ứng được tạo ra bằng cách đưa khí vào bằng cơ học, nó có thể chứa dinh dưỡng hỗn hợp trong một chế độ hòa tan hoàn toàn. Sau một thời gian nhất định, hỗn hợp tế bào mới và cũ được chuyển vào bể lắng, ở đây những tế bào được tách ra khỏi nước sau khi đã xử lý. Một phần của những tế bào lắng được tái sử dụng để tăng nồng độ thích hợp vi sinh vật trong bể, và phần còn lại bị bỏ đi. Phần bị bỏ tương quan với sự phát triển của tế bào và liên quan tới một phần của nước thải. Hàm lượng sinh khối giữ lại trong bể nó phụ thuộc vào hiệu quả xử lý và những yếu tố khác liên quan đến sự sinh trưởng những cơ quan động. Nồng độ vi sinh vật được duy trì trong những hệ thống xử lý bùn hoạt tính khác nhau. Tóm lại, về nguyên tắc xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học hiếu khí bao gồm các bước sau đây:  Chuyển hóa các hợp chất hữu cơ có nguồn gốc carbon ở dạng hòa tan, keo hoặc không hòa tan phân tán nhỏ thành khí CO2, nước và sinh khối vi sinh vật. Go G1 G2 G4 Gt G3 G5 Trôi theo nước thải CO2 + H2O CO2 + H2O Hình 2.4. Sơ đồ cân bằng BOD trong hệ thống xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học hiếu khí 14  Tạo ra bùn thứ cấp (các bông bùn hoặc màng sinh vật) chủ yếu là các vi khuẩn, động vật nguyên sinh và các keo vô cơ trong nước thải.  Tách bùn thứ cấp ra khỏi nước bằng quá trình lắng trọng lực. 2.2.3.2. Phương pháp xử lý bằng bùn hoạt tính Hình 2.5. Sơ đồ quá trình xử lý bằng bùn hoạt tính Khi nước thải đi vào bể thổi khí (bể Aerotank), các bông bùn hoạt tính được hình thành mà hạt nhân của nó là các phân tử cặn lơ lửng. Các loại vi khuẩn hiếu khí đến cư trú, phát triển dần, cùng với các động vật nguyên sinh, nấm, xạ khuẩn… tạo nên các bông bùn màu nâu sẫm, có khả năng hấp thụ các chất hữu cơ hòa tan, keo và không hòa tan phân tán nhỏ. Vi khuẩn dùng chất nền (BOD) và chất dinh dưỡng (N, P) làm thức ăn để chuyển hóa chúng thành các chất trơ không hòa tan và thành tế bào mới. Trong Aerotank, lượng bùn hoạt tính tăng dần lên, sau đó được tách ra tại bể lắng đợt hai. Một phần bùn được quay lại về đầu bể để tham gia xử lý nước thải theo chu trình mới. Quá trình chuyển hóa chất bẩn trong xử lý nước thải được thực hiện theo từng bước xen kẽ và nối tiếp. Một vài loại vi khuẩn tấn công vào các hợp chất hữu cơ đơn giản, là nguồn chất nền cho vi khuẩn tiếp theo. Quá trình này tiếp diễn cho đến khi chất thải cuối cùng không thể là thức ăn của vi sinh vật được nữa. Nếu trong nước thải đậm đặc chất hữu cơ hoặc có nhiều chất hữu cơ khó phân hủy, cần có thời gian để chuyển hóa thức ăn thì phần bùn hoạt tính tuần hoàn phải được tách riêng và sục khí Nước thải Bể Aerotank Bể tải sinh bùn hoạt tính tuần hoàn Bể lắng đợt hai Cấp Oxy Bùn hoạt tính dư Bùn hoạt tính tuần hoàn Nước sau xử lý 15 cho chúng tiêu hóa thức ăn đã hấp thụ. Quá trình này gọi là quá trình tái sinh bùn hoạt tính. Như vậy, quá trình xử lý nước thải bằng bùn hoạt tính bao gồm các giai đoạn:  Khuấy trộn, tạo điều kiện tiếp xúc nước thải cần xử lý với bùn hoạt tính trong thể tích V của bể phản ứng.  Làm thoáng bằng khí nén hay khuấy trộn bề mặt hỗn hợp nước thải và bùn hoạt tính có trong bể trong một thời gian đủ dài để lấy oxy cung cấp cho quá trình oxy hóa của vi khuẩn và các vi sinh vật khác xảy ra trong bể.  Làm trong nước và tách bùn hoạt tính ra khỏi hỗn hợp bằng bể lắng.  Tái sinh và tuần hoàn lại lượng bùn cần thiết từ bể lắng vào bể aerotank để hòa trộn với nước thải đi vào  Xả bùn và xử lý bùn. 2.2.3.3. Phân loại các loại hệ thống xử lý nước thải bằng bùn hoạt tính theo thủy động học trong hệ thống. Aerotank hoạt động gián đoạn từng mẻ (Sequencing Batch Reactor-SBR): trong hệ thống này bùn hoạt tính được hoạt động tại chỗ theo chu trình: trộn với nước thải, hấp thụ và oxy hóa chất hữu cơ và lắng tĩnh. Aerotank trộn hoàn toàn: nước thải được trộn và cung cấp oxy đều tại mọi vị trí vào mọi thời điểm. Một phần bùn hoạt tính được hồi phục luôn trong ngăn bể Aerotank đẩy- mương oxy hóa: bùn hoạt tính được tiếp xúc dần với nước thải theo chiều dài của hệ thống. Bùn hoạt tính không phải phục hồi hoặc phục hồi tại ngăn riêng. 2.2.4. Aerotank hoạt động gián đoạn từng mẻ - Sequencing Batch Reactor (SBR) 2.2.4.1. Nguyên tắc hoạt động Aerotank hoạt động gián đoạn theo mẻ (Sequencing Batch Reactor- SBR) là một dạng công trình xử lý sinh học nước thải bằng bùn hoạt tính, trong đó tuần tự diễn ra các quá trình thổi khí, lắng bùn và gạn nước thải. Do hoạt động gián đoạn nên số ngăn tối thiểu là hai ngăn. 16 2.2.4.2. Các giai đoạn trong một bể Các giai đoạn hoạt động diễn ra trong một ngăn bể bao gồm: làm đầy nước thải, thổi khí, để lắng tĩnh, xả nước thải và xả bùn dư. Được mô tả ở hình 2.6. Hình 2.6. Các giai đoạn hoạt động của bể Aerotank hoạt động gián đoạn (SBR) Trong bước một, khi cho nước thải vào bể, nước thải được trộn với bùn hoạt tính lưu lại từ chu kỳ trước. Sau đó, hỗn hợp nước thải và bùn được sục khí ở bước hai với thời gian thổi khí đúng theo thời gian yêu cầu. Quá trình diễn ra gần với điều kiện trộn hoàn toàn và các chất hữu cơ được oxy hóa trong giai đoạn này. Bước thứ ba là quá trình lắng bùn trong điều kiện tĩnh. Sau đó, nước trong nằm phía trên lớp bùn được xả ra khỏi bể. Bước cuối cùng là xả lượng bùn dư được hình thành trong quá trình thổi khí ra khỏi ngăn bể. Các ngăn bể khác hoạt động lệch pha nhau để đảm bảo cho việc cung cấp nước thải cho xử lý được liên tục. Bể Aerotank hoạt động gián đoạn theo mẻ làm việc không cần bể lắng đợt hai, trong một số trường hợp bể điều hòa và bể lắng đợt hai có thể được bỏ qua. Bể Aerotank hệ SBR có ưu điểm là cấu tạo đơn giản, lưu lượng nước thải không ổn định, hiệu quả xử lý cao, khử được các chất dinh dưỡng nitơ, dễ vận hành. Sự dao động lưu lượng nước thải ít ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý. Nhược điểm chính của bể 17 là công suất xử lý nước thải nhỏ. Để bể hoạt động có hiệu quả, người vận hành phải có trình độ và phải theo dõi thường xuyên các bước xử lý nước thải. 2.3 Ứng dụng chế phẩm Sanjiban, sản phẩm công nghệ sinh học trong xử lý nƣớc rỉ rác 2.3.1 Sự phát triển cần thiết của “chữa trị sinh học” trong xử lý nƣớc rỉ rác Nguyên nhân của vấn đề rác thải này thì rất đơn giản. Những hỗn hợp không ổn định làm chết ngạt những hệ thống sinh học tự nhiên ở những hồ chứa tự nhiên. Những vi khuẩn khỏe mạnh thường chuyển hóa chất thải thành những chất dinh dưỡng cần thiết cho bản thân thì bị chết do quá mức chịu đựng. Cách giải quyết của vấn đề này là thêm vào hệ thống sự hoạt động vi sinh vật tự nhiên để cân bằng lại hệ sinh thái. “Chữa trị sinh học”-“Bioremediation” là một ứng dụng của xử lý sinh học để làm sạch những chất ô nhiễm không mong muốn. Nó kết hợp công dụng của vi sinh vật như: nấm, vi khuẩn để phân hủy sinh học những chất gây ô nhiễm. “Chữa trị sinh học” cho hiệu quả xử lý, làm sạch môi trường cao, làm tăng sự lựu chọn thích hợp của kỹ thuật chữa trị trong việc dọn dẹp những ca phẫu thuật. 2.3.2. Các đặc tính và ứng dụng của Sanjiban MicroActive trong xử lý môi trƣờng Sanjiban MicroAcitve là một chất kích hoạt lỏng thu nhận từ quá trình lên men phức tạp. Dễ dàng ứng dụng, không có tính độc hại, đảm bảo an toàn và 100% tự nhiên, MicroActive không phải là một chất khử mùi mà là những chất chiết xuất hữu cơ được làm giàu với những enzyme tự nhiên kích hoạt nhanh chóng và tăng sinh khối những vi sinh vật khỏe mạnh có trong hệ thống thải. Vì những vi sinh vật này làm nhiệm vụ phân hủy chất thải, quá trình phân hủy thay đổi từ kỵ khí sang hiếu khí, thì nó nhanh chóng làm giảm mùi hôi [9]. Phương pháp “chữa trị sinh học” bằng Sanjiban là “tăng cường quá mức” những tổ chức vi sinh hoạt động trong nước thải để phá hủy những chất thải. Sanjiban tạo ra số lượng lớn oxy hòa tan tự tái sinh và oxy tự do mà nó ức chế quá trình tạo mùi gây ra do những hoạt động kỵ khí. Nếu dùng đúng, đó là quá trình kiềm hóa mùi tự nhiên, tái tạo và giữ sự cân bằng sinh thái hệ vi sinh vật. MicroActive cũng sẽ kích hoạt và làm tăng số lượng khuẩn lạc vi khuẩn được nuôi cấy trong phòng thí nghiệm, mà có thể được tạo ra trong hồ thải để tăng cường sự “chữa trị sinh học”. 18 Sự cần thiết của Sanjiban MicroActive là hoạt động hợp lực của sự gia tăng sinh học tại chỗ và sự xúc tác dựa vào enzyme tự nhiên phá hủy những chất thải hữu cơ có trong nước thải. Sự hợp lực này sẽ tái tạo ra những chất dinh dưỡng tự nhiên trong nước thải. Sanjiban MicroActive có mục đích chính là đưa ra dung dịch tự nhiên cho xử lý nước thải để có thể thải ra những hệ thống nước bão hòa oxy, cung cấp sự sống, thích hợp cho trồng trọt và nông nghiệp. Những thuận lợi của việc xử lý bằng Sanjiban MicroActive Giảm hàm lượng BOD và COD Giảm TSS (tổng chất rắn lơ lửng) Giảm hàm lượng FOG (chất dầu mỡ) Tăng hàm lượng MLSS (nồng độ bùn hoạt tính) Hạn chế mùi Làm tăng độ trong của nước Có thể tái sử dụng nước cho trồng trọt và nông trại Giảm thời gian lưu và giá cả cho xử lý nước thải 2.3.3 Các loại sản phẩm dùng trong xử lý nƣớc thải Sanjiban MicroActive – 1000 Bio-clean (làm sạch tự nhiên) Sanjiban MicroActive – 6000 Sewage Bio-digestic Treatment (phân hủy sinh học chất thải) Sanjiban MicroActive - 8000 Chem Bio-Treat (xử lý sinh hóa) 2.3.4 Sản phẩm Sanjiban MicroActive 8000 Chem Bio-Treat 2.3.4.1. Giới thiệu Sanjiban MicroActive-8000 Chem Bio-Treat là một chất kích thích lỏng, thu nhận từ quá trình lên men phức tạp. Nó là hỗn hợp của những chất trích tự nhiên và những enzyme kích hoạt có khả năng nhân số lượng vi sinh vật khỏe mạnh có mặt trong bùn hoạt tính hay trong môi trường nuôi cấy đặc hiệu của vi khuẩn và nấm trong phòng thí nghiệm cần cho chữa trị sinh học. Vì những vi sinh vật này phân hủy sinh học những chất ô nhiễm trong nước thải nên sự giảm hàm lượng BOD, COD và TSS sẽ tăng lên nhanh chóng. Sanjiban tạo ra lượng lớn oxy hòa tan tự sinh và oxy tự do cần cho việc kích hoạt lại bùn hoàn lưu trong những hệ thống xử lý nước thải hóa học. 19 2.3.4.2 MicroActive- 8000 hoạt động kiểu xử lý sinh hóa Những enzyme tự nhiên MicroActive-8000 kích hoạt oxy và chuyển đổi nó thành một dạng mà ở đó nguyên tử oxy có thể kết hợp trực tiếp vào các hợp chất hóa học phức tạp, và phá vỡ những hợp chất chuỗi dài. Sau đó, hợp chất hóa học phức tạp bị phá vỡ thành những hợp chất đơn giản và cuối cùng tạo thành acid béo đơn. Vì quá trình này được lặp lại do vậy nhanh chóng trở thành thức ăn cần thiết cho quần thể vi sinh vật. Khi một phản ứng được hoàn thành, enzyme tự nhiên phá vỡ tự do để gắn kết nó với nguồn hợp chất hóa học phức tạp khác để lặp lại phản ứng tương tự. Sanjiban MicroActive - 8000 xử lý sinh hóa hoạt động cùng lúc theo hai hướng trong ma trận hợp chất hóa học, là đồng thời và hợp lực: một hướng là tạo ra một môi trường hiếu khí bằng việc tạo ra lượng lớn oxy hòa tan ở mật độ tăng dân số vi sinh vật, và một hướng khác là phá bỏ những chuỗi phân tử hóa học phức tạp dài để tạo thành acid béo, CO2 và nước. 2.3.4.3. Đặc tính sản phẩm Ổn định: 9-12 tháng Đặc tính bề ngoài: chất lỏng màu nâu sáng Mùi: mùi đất Trọng lượng riêng: 1 Hoạt tính : ngay tức khắc Chuỗi pH: 5-9 Nhiệt độ: 5-50oC 20 PHẦN III. PHƢƠNG PHÁP VÀ VẬT LIỆU THÍ NGHIỆM 3.1 Thời gian và địa điểm 3.1.1 Thời gian thực hiện Thời gian bắt đầu ngày 1 tháng 4 năm 2005 Thời gian kết thúc ngày 30 tháng 7 năm 2005 3.1.2 Địa điểm Phòng thí nghiệm Công Nghệ Xử Lý, khoa Môi Trường, Đại học Nông Lâm TP. Hồ Chí Minh Trung tâm Công Nghệ và Quản lý Môi trường và Tài Nguyên, Đại học Nông Lâm TP. Hồ Chí Minh 3.2 Vật liệu thí nghiệm 3.2.1 Nƣớc rỉ rác mới (đƣợc hình thành dƣới 2 năm) Nước rác mới được lấy ở bể bơm đầu vào ở trạm xử lý nước rác Gò Cát, (quận Bình Tân, Tp. HCM). Nước rỉ rác lấy về được pha loãng ra với nồng độ tùy theo vào điều kiện ngoại cảnh lúc làm thí nghiệm và mô hình lúc làm thí nghiệm, nhằm làm giảm nồng độ chất hữu cơ có trong nước rỉ rác ban đầu, đưa về điều kiện gần với điều kiện xử lý hiếu khí, để làm tăng hiệu quả xử lý của mô hình thử nghiệm. 3.2.2 Bùn hoạt tính Bùn hoạt tính chưa ổn định được lấy từ bể lắng của Trạm xử lý nước rỉ rác Gò Cát. Bùn chuyển hóa tốt lấy từ