Khóa luận Nghiên cứu công nghệ lọc sinh học có lớp vật liệu ngập trong nước trong công nghệ xử lý nước thải bằng màng vi sinh

Rotating Contactor): Đĩa quay sinh học sử dụng một lượng lớn các đĩa quay một phần hay hoàn toàn trong nước. Nước thải được làm sạch bằng hệ thống màng lọc chính là các vi sinh vật tạo thành xung quanh mặt đĩa mà RBC là một ví dụ cho trường hợp này. Hình 3.2: Đĩa quay sinh học Thiết bị lọc sinh học nhỏ giọt( trickling filter); Nước được chảy từ trên xuống qua toàn vật liệu lọc. Lọc sinh học nhỏ giọt gồm một bể tròn hay hình chữ nhật có chứa vật liệu lọc( đá, ống nựa, nhựa miếng). Nước thải được tưới liên tục hay gián đoạn từ một ống phân phối thích hợp đặt bên trên bể. Khi nước thải tiếp xúc với lớp màng vi sinh trên bề mặt giá thể cũng là lúc chất hữu cơ được tiêu thụ. Và như thế nước thải được làm sạch. Khĩa luận tốt nghiệp Thạc sĩ: Lâm Vĩnh Sơn Phạm Thị Huyền 60 Hình 3.3: Lọc sinh học nhỏ giọt 3.2 Lọc sinh học bởi lớp vật liệu lọc ngập trong nước. 3.2.1 Cấu tạo và quy trình vận hành Được sử dụng ở Pháp, Mỹ, Úc trong những năm 90 của thế kỷ XX, dùng để xử lý nước thải sinh hoạt và công nghệ thực phẩm. Hiện nay trên thế giới đã có nhiều loại bể lọc với vật liệu ngập trong nước được sử dụng. Vật liệu lọc thường là các vật liệu nhẹ, dễ nổi. Ơû Việt Nam áp dụng thành công loại bể lọc vật liệu lọc nổi để xử lý nước cấp đến quy mô 10000m 3 / ngày. Với nước thải loại bể này đã áp dụng để xử lý nước thải của một số bệnh viện. Khĩa luận tốt nghiệp Thạc sĩ: Lâm Vĩnh Sơn Phạm Thị Huyền 61 Cấu tạo: - Vật liệu lọc nổi d=2-5mm 1 2 3 4 5 6 7 8 10 11 12 Hình 3.4: Cấu tạo bể lọc sinh học có vật liệu ngập nước 1: Máng phân phối nước thải sau khi qua lắng 1 2: Giàn ống khoan lỗ phân phối vào và thu nước xả rửa 3: Ống xả nước rửa lọc 4: Máng thu nước lọc 5: Ống dẫn nước đã lọc sang bể lọc đợt 2 hoặc vào bể tiếp xúc khử trùng nước thải. 6: Ống dẫn và giàn ống phân phối khí 7: Hộp ngăn nước trở lại máng gió 8: Ống dẫn gió từ máy nén tới 9:Hạt vật liệu nổi polystyrol( hạt móp) đường kính 2- 5 mm, diện tíh bề mặt 700- 800 m2/ m3 vật liệu lọc. 10: Lưới chắn inox, mắt lưới 1,5x 1,5 mm 11: Khoang trống để lớp vật liệu lọc giãn nở,khi rửa thường lấy bằng 1/ 2 chiều dày lớp lọc. 12: Chiều cao lớp nước để rửa lọc thường lấy từ 1,2- 2,4 m Nước sau khi qua bể lắng 1 được bơm lên máng phân phối(1) theo ống dẫn (2) phân phối đều trên diện tích đáy bể, nước được trộn đều với không khí cấp từ ngoài vào qua giàn ống phân phối (6). Hỗn hợp khí- nước thải đi cùng chiều từ dưới lên qua lớp vật liệu lọc. Trong lớp vật liệu lọc xảy ra quá trình khử BOD và chuyển hoá NH 4+ thành NO 3- , lớp vật liệu lọc có khả năng giữ lại cặn lơ lửng. Nước trong được thu vào máng (4) theo ống (5) đi ra ngoài. Khĩa luận tốt nghiệp Thạc sĩ: Lâm Vĩnh Sơn Phạm Thị Huyền 62 Nếu muốn khử BOD, Nito và P thì nên sử dụng loại bể lọc sinh học có từ hai lớp trở lên. Ơû bậc lọc cuối, giàn phân phối khí đặt ở giữa lớp vật liệu lọc sao cho lớp vật liệu lọc nằm dưới dàn ống phân phối khí có đủ thể tích vùng kỵ khí để khử No3- và P. độ chênh mực nước giữa các bể lọc sinh học làm việc nối tiếp khoảng 0,5 m. Khi tổn thất trong lớp vật liệu lọc đến 0,5 m thì xả bể lọc bằng cách đóng van nước, van cấp khí và đóng mở van xả rửa 3 lần, mỗi lần từ 30- 40s. cuờng độ rửa lọc 12- 14 l/ sm 2 . độ giãn nở của vật liệu bằng 40%. Quy trình gió, nước cùng chiều và đi từ dưới lên cho hiệu quả xử lý cao, tổn thất ít. Khác với quy trình gió nước ngược chiều, nước thải di từ trên xuống, gió đi từ dưới lên, tổn thất thuỷ lực qua lớp lọc tăng cao, hiệu quả xử lý không tốt hơn quy trình cùng chiều. Điều này có thể giải thích là khi nước và khí chuyển động cùng chiều thì có điều kiện để chất bẩn chứa trong nước thải tiếp xúc nhiều hơn với khí. Hình 3.5 : sơ đồ chi tiết bể lọc sinh học 3.2.2 Tính chất của vật liệu lọc nổi Vật liệu lọc nổi thông thường gọi là Polystyrol, ở Việt nam gọi là “ xốp” Các tính chất lý hoá của hạt vật liệu phụ thuộc vào tính chất nguyên liệu và phương pháp sản xuất các hạt. Các hạt vật liệu nổi gồm các lớp cở sở polymer Khĩa luận tốt nghiệp Thạc sĩ: Lâm Vĩnh Sơn Phạm Thị Huyền 63 tạo nên các vách tường kín có hình dạng khác nhau chứa nay khí, thể tích các lỗ kín bean trong vào khoảng 96- 98%. Các hạt Polystyrol có độ bền hoá học cao, loại nhãn hiệu PSV và PSV- S còn bền vững dưới tác dụng của axit mạnh( trừ axit nitric) và môi trường khoáng xâm thực. Các hạt có độ bền cao trong nước biển và chỉ bị phá huỷ dưới tác dụng của estehydrocacbua thơm. Vì vậy, các hạt nổi cho phép ứng dụng để lọc sinh học nước thải của đa số các ngành công nghiệp khác nhau thậm chí cả nước thải chứa dầu. H3.6:hạt lọc nổi PS H3.7:vật liệu đệm cho vsv dính bám Các hạt vật liệu nổi có thể tăng độ bào mòn khi xử lý loại nước thải công nghiệp có chứa các vẩy lồi nhọn như oxit trong nước thải xí nghiệp luyện kim. Khi lọc nước lần đầu và không đủ thời gian rửa lọc bằng nước nóng thì các hạt vật liệu nổi bị vảy dầu làm giảm hiệu suất lọc. Độ trương nở của của các hạt vật liệu nổi không quá 2- 3%. Các hạt vật liệu nổi không bị mục nát, có độ bền cao dưới tác dụng của các loại nấm và các vi sinh vật. Có thể áp dụng tốt ở điều kiện nhiệt đới. Vật liệu nổi chỉ bị phủ một lớp phù du trong điều kiện ngừng lọc lâu ngày ở ngoài trời nắng. Tính chất độc hại của hạt vật liệu nổi được xác định bởi số lượng chất hoá dẻo styrol dư thừa. Sự chuyển hoá các styrol tăng tỷ lệ với việc tăng nhiệt độ và số lượng hạt trong thể tích nước. Nồng độ styrol trong nước đã lọc là có hạn, điều đó dược giả thích bởi độ hoà tan thấp của styrol trong nước và hàm lượng hạn chế của chất hoá dẻo khi polymer ở dạng polystyrol. Nhìn chung polystyrol không có độc hại khi dùng để xử lý nước thải. Khĩa luận tốt nghiệp Thạc sĩ: Lâm Vĩnh Sơn Phạm Thị Huyền 64 2.2.3 Vi sinh vật trong xử lý bằng lọc sinh học. Khi nước thải chảy qua, trên bề mặt các hạt vật liệu lọc sẽ hình thành, phát triển các vi sinh vật và sinh vật gọi là tạo màng sinh vật. Bể lọc sinh vật là công trình làm sạch hiếu khí và đa số các loài vi sinh vật đều cần thiết oxy. Mặc dầu là công trình làm sạch hiếu khí, nhưng bể lọc sinh vật phải được coi là hệ tuỳ tiện. Vì khi bắt đầu thì vi sinh vật gồm hệ hiếu khí nhưng khi màng sinh vật đã hình thành thì sẽ tạo ra lớp yếm khí nằm giữa bề mặt hạt vật liệu và lớp hiếu khí hoạt tính ở mặt ngoài màng sinh vật. Những quần thể sinh vật, vi sinh vật của màng này sẽ hấp thụ từ nước thải những chất dinh dưỡng cần thiết và sử dụng những chất đó trong quá trình trao đổi kiến tạo và năng lượng. Ơû phần trên của lớp vật liệu, nồng độ các chất dinh dưỡng cao hơn hàng chục lần so với nồng độ của nước khi qua lớp vật liệu dưới. Kết quả là ở các lớp vật liệu phía trên, màng sinh vật phát triển mạnh hơn và các chất hữu cơ cũng bị oxy hoá mạnh hơn, do đó tiêu thụ cũng mạnh hơn. Vai trò chủ đạo trong quần thể sinh vật ở lớp vật liệu phía trên là những vi sinh vật dinh dưỡng bởi các chất hữu cơ tan: vi khuẩn, nấm và một số xạ khuẩn không màu. Trong bể lọc, vai trò chính là những vi khuẩn hiếu khí, tuỳ tiện và yếm khí. Ơû mặt ngoài của màng là lớp hiếu khí, rất dễ thấy lợi trực khuẩn tạo nha bào Bacillus. Ơû lớp yếm khí trung gian của màng( tức là lớp giữa hạt vật liệu và lớp hiếu khí mặt ngoài) gồm chủ yếu vi khuẩn yếm khí Desulfvibrio. Ơû đó hoàn toàn không có oxy, phần lớn vi khuẩn trong bể là loại tuỳ tiện- sống trong điều kiện có oxy hoà tan hoặc thiếu oxy cũng được. Những vi khuẩn tuỳ tiện gồm: nhiều loại như Pseudomonas, Alcaligenes, Flavobacterium, Mcrococcus- là những giống thuộc họ Enterobacteriaceae. Nấm: cũng có trong bể lọc, chúng là loại hiếu khí nên chỉ sống ở vùng có oxy hoà tan. Nấm cạnh tranh với vi khuẩn để lấy thức ăn, nhưng không nổi so với vi khuẩn. Do đó ở điều kiện môi trường bình thường thì sự phát triển của nấm Khĩa luận tốt nghiệp Thạc sĩ: Lâm Vĩnh Sơn Phạm Thị Huyền 65 cũng bị hạn chế. Với nước thải công nghiệp, đặc biệt là với pH thấp thì nấm và một số loài vi khuẩn dạng chỉ phát triển mạnh. Nhưng đó là điều không mong muốn. Tảo: trên bề mặt bể lọc thường phát triển tảo. Tảo không đóng vai trò nhiều cho quá trình phân huỷ chất hữu cơ vì chúng sống chủ yếu nhờ các ion vô cơ trong nước thải. Aùnh sáng m,ặt trời cũng cần cho quá trình năng lượng của tảo thì bị hạn chế, nên ở bể lọc, tảo không phát triển được nhiều, mà chủ yếu tồn tại ở lớp bề mặt của bể mà thôi. Tuy nhiên chúng cũng phát triển và có khi phủ dầy trên bề mặt đó, nhưng rồi lại bị nước xối đi xuống lớp dưới. Động vật nguyên sinh và động vật không xương: cũng có trong bể lọc. Ơû các lớp vật liệu phía trên có các loại bền vững chịu được với trạng thái oxy. Đó là cá loài Paramecium, Putrium, P. Caudatum, Colpidium Colpoda, Nói chung Protozoa có đủ loài từ Phytomastigophora đến Suctoria. Phytomastigophora tồn tại ở các lớp phía trên khi chất dinh dưỡng đủ cao và cho phép chúng cạnh tranh được với vi khuẩn. Ciliata có thể thấy ở mọi nơi ở các vùng hiếu khí. Loài Ciliata có tiên mao, chân thì sống ở những lớp dưới bể. Ơû các bộ lọc, Protozoa rất đa dạng, thậm chí trong một bể chúng rất dễ biến đổi tuỳ thuộc sự biến đổi thức ăn và điều kiện môi trường. Ngoài ra còn có các loài động vật bậc cao: Dòi, bọ và các loại côn trùng, giun sán như: Podura, Psychoda Những loài này ăn vi sinh vật, động vật hạ đẳng và sống ở các vùng hiếu khí. Nhìn chung ở mặt trên cùng của bể lọc có sinh khối nhiều nhất và màng lọc cũng dày nhất, vùng giữa ít hơn và vùng dưới ít hơn nữa. Màng vi sinh vật sẽ tăng dần lên và dày thêm, các tế bào bên trong màng ít tiếp xúc với cơ chất và ít nhận được oxy phải chuyển sang phân huỷ kỵ khí. Sản phẩm của biến đổi kỵ khí là các axit hữu cơ và các alcolCác chất này tan ra chưa kịp khuyếch tán ra ngoài đã bị các vi sinh vật khác sử dụng và nước lọc qua bể không ảnh hưởng gì lớn. Khĩa luận tốt nghiệp Thạc sĩ: Lâm Vĩnh Sơn Phạm Thị Huyền 66 Với đặc điểm như vậy, màng sinh học có thể oxy hoá được tất cả các chất hữu cơ dễ phân huỷ trong nước thải. Màng này dần dần bịt các khe giữa các hạt vật liệu lọc, phin lọc giữ lại tạp chất, các thành phần sinh học có trong nước làm cho vận tốc nước qua lọc chậm dần và phin làm việc có hiệu quả hơn. Nó hấp phụ giữ lại các vi khuẩn cũng như hoá học. Nó oxy hoá các chất hữu cơ có trong nước và nước đã được dần làm sạch. Nếu lớp màng quá dày ta có thể dùng nước rửa, sục nước để loại bỏ màng và phin sẽ chảy nhanh hơn, hiệu quả xử lý giảm nhưng dần dần được hồi phục. Vận tốc lọc tốt nhất là 11000m 3 / 0,4 ha.ngày. Bảng 3.1 Một số giống chính trong quần thể vi khuẩn Vi khuẩn Chức năng P.Seudomonas Arthrobacter Bacillus Cytophaga Zooglea Acinetobacter Nitrosomonas Nitobacter Sphaerotilus Alcaligenes Flavobacterium Nitrococcus Denitrificans Thiobacillus Phân huỷ cacbohydrat, protein, các hợp chất hữu cơ khác, phản nitrat hoá. Phân huỷ cacbohydrat, protein, các hợp chất hữu cơ khác, phản nitrat hoá. Phân huỷ cacbohydrat, protein, các hợp chất hữu cơ khác, phản nitrat hoá. Phân huỷ polymer Tạo thành chất nhầy, hình thành chất keo tụ. Tích luỹ Polyphosphat, phản nitrat Nitrit hĩa Nitrat hoá Sinh nhiều tiên mao phân huỷ chất hữu cơ Phân huỷ protein, phản nitrat hoá Phân huỷ protein, phản nitrat hoá Phản nitrat hoá Phản nitrat hoá Phản nitrat hoá Khĩa luận tốt nghiệp Thạc sĩ: Lâm Vĩnh Sơn Phạm Thị Huyền 67 Denitrificans Acinetobacter Hyphomicrobium Desulfovibrio Phản nitrat hoá Khử sunphat, khử nitrat ( Nguồn: PGS: Nguyễn Văn Phước) 3.2.4 Cấu tạo và hoạt động của màng vi sinh vật 3.2.4.1 Cấu tạo màng vi sinh: Màng vi sinh vật bao gồm một tổ hợp vi sinh vật và một số dạng vật chất khác liên kết trong ma trận cấu tạo bởi các polymer ngoại bào( gelatin) do vi sinh vật( gồm cả vi khuẩn và protozoa) tiết ra trong quá trình trao đổi chất và phân huỷ tế bào. Thành phần chủ yếu của polymer ngoại bào là polysaccharide và protein. Màng vi sinh vật có cấu trúc phức tạp về vật lý và vi sinh. Cấu trúc cơ bản của một màng vi sinh vật gồm: Vật liệu đệm ( đá, sỏi, chất dẻo, thanvới kích thước và hình dạng khác nhau) có bề mặt rắn làm môi trường dính bám cho vi sinh vật. Lớp màng vi sinh vật phát triển dính bám trên bề mặt vật liệu đệm. Lớp màng vi sinh vật chia thành 2 lớp: lớp màng nền và lớp màng bề mặt. Hầu hết các mô hình tính toán về hệ thống màng vi sinh vật không quan tâm đúng tới vai trò của lớp màng bề mặt, và hầu như chỉ chú ý tới lớp màng nền. Nhờ sự phát triển của các công cụ mới nhằm nghiên cứu màng vi sinh, những hình ảnh mới về cấu trúc nội tại của lớp màng nền dần dần được đưa ra. Phát hiện mới cho thấy màng vi sinh vật là một cấu trúc không đồng nhất bao gồm những cụm tế bào rời rạc bám dính với nhau trên bề mặt đệm, bên trong ma trận polymer ngoại bào, tồn tại những khoảng trống giữa những cụm tế bào theo chiều ngang và chiều đứng. Những khoảng trống này đóng vai trò như những lỗ rỗng theo chiều đứng và như những kênh vận chuyển theo chiều ngang. Kết quả Khĩa luận tốt nghiệp Thạc sĩ: Lâm Vĩnh Sơn Phạm Thị Huyền 68 là sự phân bố sinh khối trong màng vi sinh vật không đồng nhất. Và quan trọng hơn là sự vận chuyển cơ chất từ chất lỏng ngoài vào màng và giữa các vùng bên trong màng không bị chi phối bởi sự khuếch tán đơn thuần như những hoạ thuyết về màng vi sinh trước đó. Chất lỏng có thể lưu chuyển qua những lỗ rỗng bởi quá trình thẩm thấu và khuếch tán. Nhờ 2 quá trình đó, vật chất được đem tới “ cụm sinh khối vi sinh vật” và quá trình khuyếch tán có thể xảy ra theo mọi hướng trong đó. Do đó, hệ số khuếch tán hiệu quả mô tả quá trình vận chuyển cơ chất, chất nhận điện tử ( chất oxy hoá) giữa pha lỏng và màng vi sinh vật thay đổi theo chiều sâu của màng, và quan điểm cho rằng chỉ tồn tại một hệ số khuếch tán hiệu quả là không hợp lý. Phân tích theo chủng loại vi sinh vật, lớp màng vi sinh vật còn có thể chia làm 2 lớp ( chỉ đúng trong trường hợp màng vi sinh hiếu khí): Lớp màng kỵ khí bên trong và lớp màng hiếu khí bên ngoài. Trong màng vi sinh luôn tồn tại đồng thời vi sinh vật hiếu khí và vi sinh vật kỵ khí. Vì chiều sâu của lớp màng lớn hơn nhiều so với kích thước vi sinh vật, oxy hoà tan trong nước chỉ khuyếch tán lại gần bề mặt màng làm cho màng phía ngoài trở thành lớp hiếu khí, bên trong hầu như không tiếp xúc được với oxy nên trở thành lớp màng kỵ khí. 3.2.4.2 Quá trình tiêu thụ cơ chất và làm sạch nước thải Lớp màng vi sinh vật phát triển trên bề mặt đệm tiêu thụ cơ chất như chất hữu cơ, oxy, nguyên tố vết ( các chất vi lượng)cần thiết cho hoạt động của vi sinh vật từ nước thải tiếp xúc với màng. 3.2.4.2.1 Quá trình tiêu thụ cơ chất diễn ra như sau: Đầu tiên, cơ chất từ chất lỏng tiếp xúc với bề mặt màng và tiếp đó vận chuyển vào màng vi sinh theo cơ chế khuếch tán phân tử. Trong màng vi sinh vật diễn ra quá trình tiêu thụ cơ chất và tiêu thụ cơ chất của vi sinh vật trong màng. Đối với những dạng cơ chất ở thể rắn, lơ lửng, hoặc có phân tử khối lớn chúng sẽ bị phân huỷ thành những phân tử có kích thước nhỏ Khĩa luận tốt nghiệp Thạc sĩ: Lâm Vĩnh Sơn Phạm Thị Huyền 69 hơn tại bề mặt màng và sau đó mới tiếp tục vân chuyển vào bên trong màng vi sinh vật. Sản phẩm cuối của quá trình trao đổi được vận chuyển ra khỏi màng vào trong chất lỏng. Quá trình tiêu thụ cơ chất được mô tả theo công thức sau: Màng hiếu khí: Chất hữu cơ + O2 + nguyên tố vết  sinh khối vi khuẩn + sản phẩm cuối Màng kỵ khí: Chất hữu cơ + nguyên tố vết  sinh khối của vi khuẩn + sản phẩm cuối Khi bất kỳ một thành phần nào cần thiết cho vi sinh vật bị thiếu, những phản ứng sinh hoá sẽ xảy ra không đồng đều. Nếu như một trong những cơ chất bị hết ở một chiều sâu nào đấy của màng vi sinh vật , thì tại đó những phản ứng sinh học sẽ không xảy ra, cơ chất đó được gọi là cơ chất giới hạn của quá trình ( limited- subtract), đồng thời chiều sâu hiệu quả của màng cũng được xác định ở vị trí đó. Các nguyên tố vết như nitrogen, phosphate và kim loại vi lượng nếu không có đủ trong nước thải theo tỷ lệ của phản ứng sinh học thì sẽ trở thành yếu tố giới hạn của phản ứng. Tương tự chất hữu cơ hoặc oxy cũng có thể trở thành yếu tố giới hạn trong màng kỵ khí. Thông thường, nếu nồng độ oxy hoà tan trong nước thải tiếp xúc với màng thấp hơn nồng độ chất hữu cơ, oxy hoà tan lúc này sẽ trở thành yếu tố giới hạn. Do đó, ngay trong trường hợp màng hiếu khí, khu vực nào thiếu oxy sẽ trở thành khu vực thiếu khí ( anoxic) hoặc khu vực kỵ khí ( anaerobic). Lớp màng kỵ khí không đóng vai trò trực tiếp trong quá trình xử ý nước thải. Tuy nhiên trong lớp màng kỵ khí có thể diễn ra các quá trình hoá lỏng, lên men axit chất hữu cơ dạng rắn, oxy hoá chất hữu cơ và hình thành sulfide bởi sự khử sulfate hoặc khử nitrate, nitrite tạo ra từ lớp màng hiếu khí. Vì vậy sự tồn tại đồng thời hoạt động của hai lớp màng trên là một yếu tố rất quan trọng trong quá trình màng vi sinh vật. 3.2.4.2.2 Quá trình nitrat hóa Khĩa luận tốt nghiệp Thạc sĩ: Lâm Vĩnh Sơn Phạm Thị Huyền 70 Quá trình nitra hóa là quá trình oxy hóa nitơ hóa các muối amon đầu tiên thành nitrit và sau đó thành nitrat trong điều kiện thích ứng ( có oxy và nhiệt độ trên 4 o C). Vi khuẩn tham gia quá trình nitrat hóa gồm có 2 nhóm:  Vi khuẩn nitrit: oxy hóa amoniac thành nitrit hoàn thành giai đoạn thứ nhất.  Vi khuẩn nitrat: oxy hóa nitrit thành nitrat, hoàn thành giai đoạn thứ hai. Các phản ứng được biểu diễn qua các phương trình sau: 2NH3 + 3O3 2NHO3 + 2H2O 2HNO3 + O2 2NHO3 (NH4)2CO3 + 3O2 = 2HNO2 + CO2 + 3H2O 2HNO2 + O2 = 2HNO3 Tốc độ của giai đoạn thứ nhất xảy ra nhanh gấp 3 lần so với giai đoan thứ hai. Bằng thực nghiệm người ta đã chứng minh rằng lượng oxy tiêu hao để oxy hóa 1mg nitơ của muối amon ở giai đoạn tạo nitrit là 343 mgO2, còn ở giai đoạn tạo nitrat là 4,5 mgO2. Sự có mặt của nitrat trong nước thải phản ánh mức độ khoáng hóa hoàn thành các chất bẩn hữu cơ. Quá trình nitrat hóa có một ý nghĩa quan trọng trong kỹ thuật xử lý nước thải. Trước tiên nó phản ánh mức độ khoáng hóa các chất hữu cơ như đã trình bày ở trên. Nhưng quan trọng hơn là quá trình nitrat hóa tích lũy được một lượng oxy dự trữ có thể dùng để oxy hóa các chất hữu cơ không chứa nito khi lượng oxy tự do ( lượng oxy hòa tan) đã tiêu hao hoàn toàn cho quá trình đó. Khĩa luận tốt nghiệp Thạc sĩ: Lâm Vĩnh Sơn Phạm Thị Huyền 71 Hình 3.6 : vi khuẩn nitrosomonas và nitrobacter 3.2.4.2.3 Quá trình khử nitrat Quá trình khử nitrat là quá trình tách oxy khỏi nitritt, nitrat dưới tác dụng của các vi khuẩn yếm khí ( vi khuẩn khử nitrat). Oxy được tách ra từ nitrit và nitrat được dùng lại để oxy hóa các chất hữu cơ. Lượng oxy được giải phóng trong quá trình khử nitrit N2O3 là 2,85 mg/1mg nitơ. Sự chuyển hoá nitơ ở dạng nitrat thành dạng dễ khử có thể qua nhiều con đường với nhiều loài vi khuẩn. . Trong số đó có: Achromobacter, Aerobacter, Alcaligenes, Bacillus, Brevibacterium, Flavobacterium, Lactobacillus, Micrococcus, Proteus, Pseudomonas, Spirillum. Những vi khuẩn này là loại dị dưỡng có khả năng khác nhau trong việc khử nitrat theo quá trình hai bước: 1) chuyển hoá nitrat thành nitrit; 2) tạo nitơ oxit, dinoto oxit và khí nitơ, các phản ứng khử nitrat diễn ra như sau: NO3  NO2  NO  N2O  N2. Nitơ được tách ra ở dạng khí sẽ bay vào khí quyển. 3.2.4.2.4 Quá trình khử phostpho Sự phân giải hợp chất chứa phostpho có liên quan nhiều đến khả năng tạo axit hữu cơ của các giống vi sinh vật, trong đó có sự hình thành axit; cacbonic, HNO3, H2SO4 Ca2(PO4)2 + 4H2SO4 = CaH2SO4.2H2O + 2Ca(HCO3)2 Ca2(PO4)2 + 4HNO3 = Ca(H2SO4)2 + 2Ca(HNO3)2 Khĩa luận tốt nghiệp Thạc sĩ: Lâm Vĩnh Sơn Phạm Thị Huyền 72 3.2.5 Quá trình sinh trưởng, phát triển và suy thoái của màng vi sinh vật: Quá trình vi sinh vật phát triển dính bám trên bề mặt đệm chia thành 3 giai đoạn:  Giai đoạn thứ nhất: có dạng logarithm, khi màng vi sinh vật còn mỏng và chưa bao phủ hết bề mặt rắn. Trong trường hợp này, tất cả các vi sinh vật phát triển như nhau, cùng điều kiện, sự phát triển giống như quá trình sinh vật lơ lửng.  Giai đoạn thứ hai: độ dày màng trở nên lớn hơn độ dày hiệu quả. Trong giai đoạn này, tốc độ phát triển là hằng số, bởi vì độ dày lớp màng hiệu quả không thay đổi bất chấp sự thay đổi của toàn bộ lớp màng. Tổng số vi sinh vật đag phát triển cũng không thay đổi trong suốt quá trình. Lượng tiêu thụ cơ chất chỉ dùng để duy trì sự trao đổi chất của vi sinh, không nhằm vào mục đích tăng sinh khối. Lưu ý: lượng cơ chất đưa vào quá trình phải đủ cho quá trình trao đổi chất, nếu không sẽ có sự giảm sinh khối và lớp màng sẽ mỏng dần nhằm đạt tới cân bằng mới giữa cơ chất và sinh khối.  Giai đoạn thứ ba: bề dày lớp màng trở nên khá ổn định. Khi đó tốc độ phát triển màng cân bằng với tốc độ suy giảm bởi sự phân huỷ nội bào, phân huỷ theo dây chuyền thực phẩm, hoặc bị rửa trôi theo lực cắt của dòng chảy. 3.2.6 Tắc màng và các biện pháp khắc phục 3.2.6.1 Hiện tượng tắc màng Nhiễm bẩn màng thường được gọi là tắc màng gây nên sự tiêu hao năng lượng lớn, tần số rửa màng cao hơn, giảm thời gian hữu dụng ( thời gian sống) của màng. Theo IUPAC, tắc màng được định nghĩa là quá trình làm giảm hiệu suất của màng gây nên bởi sự lắng đọng của các chất rắn hoà tan hoặc lơ lửng trên bề mặt, trên lỗ xốp hoặc trong lỗ xốp của màng. Khĩa luận tốt nghiệp Thạc sĩ: Lâm Vĩnh Sơn Phạm Thị Huyền 73 Màng luôn có độ cản nhất định. Khi lọc nước sạch, màng chỉ có độ cản màng Rm.Khi nước có mức hạt chất rắn lơ lửng nhất định các hạt này lắng đọng trên bề mặt màng tạo thành lớp bánh lọc và chúng tạo nên độ cản bánh lọc ( hạt) Rbl. Khi các hạt làm tắc nghẽn lỗ xốp của màng chúng tạo nên độ cản lấp lỗ Rll. Ơû đây tác động chủ yếu là sự kết tủa của các chất rắn hoà tan nên còn gọi là đóng cặn. Thêm vào đó vật chất bị hấp phụ trên hoặc trong màng cũng gây nên độ cản được gọi là độ cản hấp phụ Rhp- phần lớn gây nên bởi các vi khuẩn do vậy còn được gọi là tắc sinh học. Để quá trình duy trì được hiệu suất lọc cố định áp suất vận hành can phải tăng dần trong quá trình và đến áp suất nhất định thì quá trình không còn tính kinh tế, mặt khác sức chịu đựng của màng cũng có hạn. Sự tắc màng trong công nghệ màng là không thể tránh khỏi, mọi cố gắng chỉ là để tối thiểu hoá nó bằng cách lựa chọn công nghệ thích hợp với nguồn nước can xử lý, tối ưu hoá hệ thống và chế độ rửa màng. Những nhân tố chỉ thị sự giảm công suất màng là:  Tốc độ dòng sản phẩm thấp.  Châùt lượng sản phẩm kém.  Sụt giảm áp suất.  Cần phải rửa màng thường xuyên. 3.2.6.2 Cách khắc phục Tăng cường khả năng kháng tắc của màng: Màng được biến tính xử lý với chất hoạt động bề mặt hay được phủ moat lớp khoáng protein, có thể cải thiện được khả năng kháng tắc. Nhờ đó tính chất bề mặt của màng biến đổi làm giảm sự hấp phụ của vi khuẩn hoặc các chất mang điện tích. Các phương pháp rửa màng: Khĩa luận tốt nghiệp Thạc sĩ: Lâm Vĩnh Sơn Phạm Thị Huyền 74 Có nhiều phương pháp rửa màng như xối nước xuôi, xối nước ngược và thôi khí.  Ở phương pháp xối nuớc xuôi: màng được xối bằng nước nạp hoặc nước thấm xuôi theo bề mặt màng với tốc độ lớn hơn tốc độ trong quá trình lọc. Nhờ tốc độ và chuyển động hỗn loạn của dòng nước các phân tử hấp phụ trên màng bị cuốn đi. Tuy nhiên, phương pháp này không loại bỏ được những phân tử hấp phụ trong lỗ xốp. Khi xối xuôi được áp dụng cản trở liên quan đến cơ cấu lọc chặn được loại bỏ. Đồng thời hoạt động theo cơ chế lọc trượt không tạo ra dịch lọc. Mục đích của xối xuôi là lọai bỏ lớp nhiễm tạp trên bề mặt màng nhờ chuyển động hỗn loạn, trong đó cần đến gradien áp suất thuỷ lực lớn.  Phương pháp xối nước ngược là tạo dòng chảy nước với quá trình lọc. Dịch thấm được cho chảy ngược lại với áp suất gấp 2- 2,5 lần áp suất vận hành làm cho lỗ xốp được sạch. Phương pháp này làm giảm lượng sản phẩm lọc, do vậy thời gian rửa cần khống chế sao cho ngắn nhất có thể.  Phương pháp thổi hay còn gọi thổi khí trên nước là biến thể của phương pháp xối nước xuôi. Trong đó, không khí được đưa thêm bào đường xối nước trong khi duy trì tốc độ nước, tạo nên những bọt khí nhờ vậy sự hỗn loạn của dòng chảy tăng lên, tăng khả năng bị cuốn đi của các phần tử hấp phụ. Nhiễm bẩn trên bề mặt màng cần phải loại bỏ sao cho hiệu quả nhất trong quá trình xối nước ngược. Ưu thế của thổi khí hơn xối nước xuôi là chỉ cần dùng công suất bơm thấp hơn trong quá trình rửa màng.  Rửa màng bằng hoá chất: khi các phương pháp trên không đủ để làm sạch màng, tức không đủ để phục hồi tốc độ lọc ở mức có thể chấp nhận, cần phải tiến hành rửa màng bằng hoá chất. Màng trước heat được ngâm với dung dịch axit clohydro, axit nitric hoặc các chất khử trùng như peroxit hydro, tiếp đó áp dụng phương pháp xối nước xuôi hoặc ngược để loại bỏ chất bẩn. Khĩa luận tốt nghiệp Thạc sĩ: Lâm Vĩnh Sơn Phạm Thị Huyền 75 Sau nhiều lần rửa màng định kỳ khả năng thấm của màng không trở lại được giá trị ban đầu do các chất lắng đọng trên bề mặt màng không thể loại bỏ được làm giảm vĩnh viễn tốc độ thấm, đó là thời điểm phải thay màng. 3.2.7 Ưu điểm và nhược điểm 3.2.7.1 Ưu điểm Cùng một lúc có thể khử BOD và chuyển NH4  NO3 Lớp vật liệu có thể giữ được vật liệu cặn lơ lửng. Chiếm diện tích ít ( vì có thể không cần bể lắng trong) Đơn giản, dễ vận hành Dễ dàng với nước thải pha loãng Đưa vào hoạt động nhanh Ít mùi 3.2.7.2 Nhược điểm Làm tổn thất tải lượng, giảm lượng nước thu hồi Tổn thất khí cấp cho quá trình Phun khí mạnh tạo nên dòng chuyển động xoáy làm giảm khả năng giữ huyền phù. 3.2.8 Các yếu tố ảnh hưởng đến xử lý  Nồng độ oxy: ảnh hưởng mạnh mẽ tới quá trình. Cần phải cung cấp oxy một cách đầy đủ và liên tục sao cho lượng oxy hoà tan trong nước ra khỏi bể lắng > 2mg/l.  Tải trong chất hữu cơ thường tấp hơn so với xử lí kị khí, thường BOD toàn phần < 1000 mg/l( đối với bể aerotank), còn bể lọc sinh học thì < 500 mg/l  Các nguyên tố vi lượng và dinh dưỡng cũng rất cần thiết nên phải bổ sung thích hợp. Các nguyên tố như K,Ca, Mg, Fe, Cu, Zn, S, CITùy theo nước thải mà có yêu cầu về dinh dưỡng khác nhau. Thông thường cần duy trì các nguyên tố dinh dưỡng theo tỷ lệ: BOD toàn phần: N: P = 100: 5: 1 hay COD: N: P = Khĩa luận tốt nghiệp Thạc sĩ: Lâm Vĩnh Sơn Phạm Thị Huyền 76 150: 5: 1. Nếu thời gian xử lí là 20 ngày đêm thì giữ ở tỷ lệ BOD toàn phần: N: P = 200: 5: 1.  PH cũng là yếu tố quan trọng cho vi sinh vật phát triển và hoạt động, pH tối ưu cho vi sinh vật phát triển 6,5 – 8,5.PH < 5 sẽ thúc đẩy nấm phát triển. pH > 9 sẽ phá hủy cân bằng nguyên sinh chất tế bào, vi sinh vật sẽ chết.  Nhiệt độ mỗi loài men có nhiệt độ thích hợp khác nhau. Nước thải có nhiệt độ thích nghi với đa số vi sinh vật tối ưu từ 250C – 370C hoặc 20 – 400C thấp nhất vào mùa đông 120C.  Ngoài ra quá trình xử lí hiếu khí còn phụ thuộc vào nồng độ muối vơ cơ, lượng chất lơ lửng, các loại vi sinh vật và cấu trúc các chất bẩn hữu cơ. Vị trí đặt bể Sau bể lắng 1 và trước bể lắng 2 Nước sau khi lọc có thể chưa đạt yêu cầu có thể cho nước tuần hoàn để tăng hiệu quả xử lý. 3.3 Mô hình thí nghiệm Mô hình bằng tấm kính có kích thước tương ứng D*R*C= 0,15*0,15*0,8, có thể tích hữu ích là 14,5 lít đã trừ thể tích khối vật liệu ( giá thể dính bám cho vi sinh vật tạo màng). Khĩa luận tốt nghiệp Thạc sĩ: Lâm Vĩnh Sơn Phạm Thị Huyền 77 Trên mô hình có bố trí 4 điểm để lấy mẫu theo độ cao từ đáy lên là 0,12m – 0,325m – 0,53m – 0,735m, van có độ cao cuối cùng cũng là van chảy tràn. Ngoài ra còn có 1 van ở đáy bể là van xả cặn. 3.3.1 Chuẩn bị: Xây dựng mô hình với các thông số như trên. Dưới đáy bể đặt hệ thống sục khí bằng đá bọt. Giá thể nghiên cứu là những vòng nhựa có đường kính là d= 21 mm, coa chiều cao 25 mm được cắt ra từ ống nhựa PVC. Giá thể cho vào mô hình với chiều cao 2/3 chiều cao của bể, tương ứng thế tích chiếm chỗ khoảng 9 lít. Lấy mẫu nước thải thực phẩm. Lấy bùn được lấy từ bể SBR của trạm xử lý nước thải. 3.3.2 Các bước tiến hành 3.3.2.1 TN1: xác định các thông số bùn: Lấy cốc 100ml đem sấy khô ở 105 o C trong 2h, sau đó đem cân được khối lượng m0 Lấy thể tích V1=10ml (bùn), sấy ở 105 o C trong 2h, sau đó đem cân được khối lượng m1 3.3.2.2 TN2: chạy giai đoạn thích nghi: Khĩa luận tốt nghiệp Thạc sĩ: Lâm Vĩnh Sơn Phạm Thị Huyền 78 Nồng độ bùn xác định: Cb = 1V m ss = l mg Bùn hoạt tính được lấy tại bể vi sinh hiếu khí của trạm xử lý nước thải khu công nghiệp sóng thần II. Bùn nuôi cấy ban đầu cho vào mô hình với hàm lượng SS vào khoảng 2000- 3000. Thể tích bể chứa là V= 14 ( lít). Muốn hàm lượng bùn trong nước thải là 2500 mg/ l(C) thì thể tích bùn cần lấy là: Đo COD nước thải đầu vào= a mg/l Chon thời gian chạy 1 ngày  tải lượng COD: a.10-3 kg/m3.ngđ Kết quả và vẽ đồ thị biểu diễn hiệu quả khử COD theo thời gian đối với thí nghiệm thích nghi. 3.3.2.3 TN3 : giai đoạn chạy tĩnh: Cuối giai đoạn thích nghi, xác định các thhông số COD sau 24h, MLSS, pH. Đánh dấu mức bùn lắng sau 30 phút (mức bùn lắng này ứng với SS khoảng 2000mg/l) xác định khả năng lắng của bùn bằng chỉ tiêu SVI. Cách xác định SVI: Lấy 1l mẫu được lấy từ bể phản ứng (sau khi thích nghi bùn). Khả năng lắng của bùn được đo bằng cách đổ hỗn hợp đến vạch 1l, để lắng trong 30 phút sau đó được thể tích bị chiếm bởi bùn lắng SS được xác định bằng cách lọc, sấy khô và cân trọng lượng SVI là thể tích bằng ml bị chiếm giữ bởi 1g bùn hoạt tính sau khi để lắng 30 phút hỗn hợp trong bể phản ứng. Được tính: SVI = SS V 1000* ( mg/l) Chạy tải trọng tĩnh ứng với thời gian lưu nước 24h, 12h, 6h, 4h, 2h. Lập bảng số liệu, vẽ đồ thị quan hệ thời gian và hiệu quả xử lý COD, COD vào và ra. 3.3.2.4 TN4: giai đoạn chạy động Khĩa luận tốt nghiệp Thạc sĩ: Lâm Vĩnh Sơn Phạm Thị Huyền 79 Chạy tải trọng động ứng với thời gian lưu nước (24h) với lưu lượng 28 lít/ ngày. lập bảng số liệu, vẽ đồ thị quan hệ thời gian và hiệu quả xử lý COD, COD vào và ra. Chạy tải trọng động ứng với thời gian lưu nước ( 12h) với lưu lượng 56 lít/ngày, lập bảng số liệu, vẽ đồ thị quan hệ thời gian và hiệu quả xử lý COD, COD vào và ra. Chạy tải trọng động ứng với thời gian lưu nước (6h) với lưu lượng 112 lít/ngày,lập bảng số liệu, vẽ đồ thị quan hệ thời gian và hiệu quả xử lý COD, COD vào và ra 3.4 Công thức tính thông số động học Hiệu quả lọc: K = Fo S S 10 (3.1) F: chuẩn số : F = H.B0,6 KT/q 0,4 Trong đó KT = 0,2 x 1,047 T –20 H: chiều cao lớp vật liệu lọc B: lưu lượng đơn vị của KK: 8 –12 (m3KK / 1 m3 nước thải) q: tải trọng thuỷ lực (20-80 m 3 /m 2 .ng). , phụ thuộc vào đơn vị không khí, vào F Thể tích bể lọc sinh học: W = NO QSS ngàyTBo *)( (3.2) So: Nồng độ BOD5 đầu vào bể lọc sinh học S: Nồng độ BOD5 đầu ra bểlọc sinh hoc Tốc độ tăng trưởng : Khĩa luận tốt nghiệp Thạc sĩ: Lâm Vĩnh Sơn Phạm Thị Huyền 80 X dt Xd. (3.3) Trong đó: X – nồng độ vi khuẩn (hoạt động) - hệ số phát triển vi sinh, t-1- Cơ chất sinh trưởng giới hạn: Aûnh hưởng của các chất dinh dưỡng hoặc cơ chất giới hạn đến sinh trưởng của vi sinh vật trong nuôi cấy liên tục có thể được tính theo công thức của Monod đề xuất trong các năm 1942 và 1949 dựa trên phương trình cơ bản về động học enzym của Michaelis- Menten: sk S s m (3.4) Trong đó - tốc độ sinh trưởng riêng (t -1 m - tốc độ sinh trưởng riêng cực đại S- nồng độ cơ chất sinh trưởng giới hạn trong dung dịch (khối lượng/đơn vị thể tích) ks –hằng số tương ứng với ½ tốc độ cực đại( g/m 3 , mg/l) Aûnh hưởng của nhiệt độ: KT= )20( 20 TK (3.5) Trong đó: KT là giá trị của biến tại nhiệt độ K20 là giá trị củabiến tại 20oC là hằng số thực nghiệm ở mỗi nhiệt độ Tải trọng thể tích: A Q QL (3.6) Trong đó: Q là lưu lượng nước thải (m 3 /ngày) A là diện tích bể lọc( m 2 ) Khĩa luận tốt nghiệp Thạc sĩ: Lâm Vĩnh Sơn Phạm Thị Huyền 81 Phương trình thực nghiệm : )/._( 0 exp n LQHKe S S (3.7) Trong đó:S0 – nồng độ cơ chất ban đầu S – nồng độ cơ chất đầu ra K - hằng số xử lý tương ứng với chiều cao H của bể n - hằng số thực nghiệm ( n = -a) H – chiều cao lớp vật liệu lọc QL – tải trọng thể tích CHƯƠNG IV KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 4.1 Xác định thông số đầu vào của bùn: Khĩa luận tốt nghiệp Thạc sĩ: Lâm Vĩnh Sơn Phạm Thị Huyền 82 Lấy cốc 100ml đem sấy khô ở 105 o C trong 2h, sau đó cân được khối lượng: m0= 47,1059(g) Lấy thể tích V1= 10ml ( bùn), sấy ở 105 o C trong 2h, sau đó cân được khối lượng: m1= 46,8907 ( g) Nồng độ bùn xác định Cb = 1V m ss = 21520 10 10*)8907,461059,47( 6 mg/l Bùn hoạt tính được lấy tại bể vi sinh hiếu khí của trạm xử lý nước thải khu công nghiệp sóng thần II. Bùn nuôi cấy ban đầu cho vào mô hình với hàm lượng SS vào khoảng 2000- 3000. Thể tích bể chứa là V= 14 ( lít). Muốn hàm lượng bùn trong nước thải là 2500 mg/ l(C) thì thể tích bùn cần lấy là: C b-HT = bC CV * = )(63,1 21520 2500*14 l ~ 2 lít 4.2 Giai đoạn thích nghi Ngày Thời gian (h) Tải trọng (kgCOD/m 3 .ng đ) COD vào (mg/l) COD sau xử lý (mg/l) Hiệu suất % pH MLSS (mg/l) 1 24 0,3 300 300 0 5.0 2950 2 24 0,3 300 250 16.67 5.0 2870 3 24 0,3 300 95 68.33 5.0 2685 4 24 0,3 300 110 63.33 5.0 3035 0 50 100 150 200 250 300 350 1 2 3 4 CODvao (mg/l) CODra( mg/l) Hiệu suất % C h ỉ s o á C O D ( m g / l ) Khĩa luận tốt nghiệp Thạc sĩ: Lâm Vĩnh Sơn Phạm Thị Huyền 83 Đồ thị 4.1: biểu diễn hiệu quả khử COD theo thời gian trong giai đoạn thích nghi Nhận xét: qua bảng số liệu và đồ thị biểu diễn hiệu quả khử COD ta thấy COD sau xử lý đã giảm đi rất đáng kể cao nhất là gần 69 %. Tuy nhiên giai đoạn thíh nghi cũng không nên đe thời gian quá lâu mà phải tăng tải trọng tạo điều kiện cho vi sinh vật phát triển mạnh . 4.3 Giai đoạn chạy tĩnh 4.3.1 Tải trọng 24 giờ: Ngày Thời gian (h) Tải trọng (kgC OD/m 3 .ngđ) COD vào (mg/l) CODsau xử lý (mg/l) Hiệu suất % MLS S (mg/l ) pH M1 M2 M3 M1 M2 M3 1 24 0,3 300 250 270 240 16,67 10 20 2925 5.0 2 24 0,3 300 230 215 220 23,33 28,33 26,6 7 3024 5.5 3 24 0,3 300 96 110 105 68 63,33 65 3058 6.5 0 50 100 150 200 250 300 350 1 2 3 CODvao( mg/l) CODra M1(mg/l) CODra M2(mg/l) CODra M3(mg/l) C h ỉ s o á C O D ( m g / l ) Thời gian (ngày) Khĩa luận tốt nghiệp Thạc sĩ: Lâm Vĩnh Sơn Phạm Thị Huyền 84 Đồ thị 4.2: biểu diễn hiệu quả khử COD với thời gian lưu nước 24h Nhận xét: ta thấy hiệu suất xử lý của mô hình khá cao 68% đặc biệt là nước lấy từ vị trí M1 vì nay là vị trí thích hợp nhất cho vi sinh vật hiếu khí hoạt động để xử lý nước thải nên có hiệu quả cao nhất. 4.3.2 Tải trọng 12 giờ Thời gian (h) Tải trọng (kgCO D/m 3 .n gđ) COD vào (mg/l) COD sau xử lý (mg/l) Hiệu suất % MLS S (mg/l) pH M1 M2 M3 M1 M2 M3 N1.12 0,6 300 275 300 296 8,33 0 1,33 2768 5.0 N1.12 0,6 300 254 235 225 15,33 21,67 25 3012 5.0 N2.12 0,6 300 190 208 184 36,67 30,67 38,67 2957 5.5 N2.12 0,6 300 180 212 165 40 29,33 45 2564 6.0 N3.12 0,6 300 120 136 180 60 54,67 40 2987 6.5 N3.12 0,6 300 86 120 55 71,33 60 81,67 3125 6.5 0 50 100 150 200 250 300 350 1 2 3 4 5 6 CODvao( mg/l) CODra M!(mg/l) CODra M2(mg/l) CODraM3( mg/l) C h ỉ s o á C O D ( m g / l ) Thời gian (ngày) Khĩa luận tốt nghiệp Thạc sĩ: Lâm Vĩnh Sơn Phạm Thị Huyền 85 Đồ thị 4.3: biểu diễn hiệu quả xử lý COD với thời gian lưu nước 12h Nhận xét: Hiệu quả xử lý nước thải với thời gian lưu nước 12h có hiệu quả cao hơn đặc biệt trong ngày 12h đầu hiệu quả xử lý thấp hơn 12h sau. Nguyên nhân là do 12h sau thì vi sinh vật đã thích nghi được với điều kiện do đã sử lý ở 12h đầu rồi và số lượng của vi sinh vật cũng sẽ nhiều hơn. 4.3.3 Tải trọng 6 giờ Ngà y Thơ ì gian Tải trọng (kgCOD/ m 3 .ngđ) COD vào (mg/l ) CODsau xử lý (mg/l) Hiệu suất % MLSS (mg/l) pH M1 M2 M3 M1 M2 M3 1 6 1,2 300 296 320 295 1,33 -6,67 1,67 2689 5.0 6 1,2 300 258 270 285 14 10 5 2396 6.0 2 6 1,2 300 195 205 185 35 31,67 38,33 3284 6.5 6 1,2 300 150 156 145 50 48 51,67 2985 6.5 3 6 1,2 300 124 98 87 58,67 67,33 71 2857 7.0 6 1,2 300 88 92 83 70,67 69,33 72,33 3197 7.0 Thời gian (sau 12h) Khĩa luận tốt nghiệp Thạc sĩ: Lâm Vĩnh Sơn Phạm Thị Huyền 86 0 50 100 150 200 250 300 350 1 2 3 4 5 6 thời gian (sau 6h) C h ỉ s o á C O D ( m g /l ) CODvao (mg/l) CODra M1 (mg/l) CODra M2 (mg/l) CODra M3 (mg/l) Đồ thị 4.4: biểu diễn hiệu quả khử COD với thời gian lưu nước 6h Nhận xét: càng tăng tải trọng lên thì hiệu quả xử lý càng cao hơn. Hiệu quả xử lý COD với thời gian lưu nước 6h là 70 %. 4.3.4 Tải trọng 4 giờ: Ngà y Thời gian Tải trọng (kgCO D/m 3 .n gđ) COD vào (mg/l CODsau xử lý(mg/l) Hiệu suất% MLS S (mg/l) pH M1 M2 M3 M1 M2 M3 1 4 1,8 300 292 300 280 2,67 0 6,67 2498 5.0 4 1,8 300 300 300 256 0 0 14,67 2306 5.0 4 1,8 300 268 275 280 10,67 8,33 6,67 2580 5.0 2 4 1,8 300 245 258 230 18,33 14 23,33 28,59 5.5 4 1,8 300 190 210 205 36,67 30 31,67 2838 5.5 4 1,8 300 160 175 145 46,67 41,67 51,67 2978 6.0 3 4 1,8 300 130 145 125 56,67 51,67 58,33 3014 7.0 4 1,8 300 96 120 116 68 60 61,33 2986 7.5 4 1,8 300 75 94 86 75 68,67 71,33 3130 7.5 Khĩa luận tốt nghiệp Thạc sĩ: Lâm Vĩnh Sơn Phạm Thị Huyền 87 Đồ thị 4.5: biểu diễn hiệu quả khử COD với thời gian lưu nước 4h Nhận xét: cũng giống như các đồ thị ở trên hiệu quả xử lý càng cao hơn trong khi thời gian lưu nước càng giảm đi. Hiệu quả xử lý với thưòi gian lưu nươc 4h lên đến 75%. 0 50 100 150 200 250 300 350 1 2 3 4 5 6 7 8 9 CODvao( mg/l) CODra M1(mg/l) CODra M2(mg/l) CODraM3 (mg/l)C h ỉ s o á C O D ( m g / l ) Thời gian (sau 4h) Khĩa luận tốt nghiệp Thạc sĩ: Lâm Vĩnh Sơn Phạm Thị Huyền 88 4.3.5 Tải trọng 2 giờ: Ngày Thời gian Tải trọng (kgCOD/m 3 .ngđ) COD vào (mg/l) CODsau xử lý(mg/l) Hiệu suất% MLS S (mg/l pH M1 M2 M3 M1 M2 M3 1 2 3,6 300 300 300 295 0 0 1,67 2300 6.5 2 3,6 300 290 300 280 3,33 0 6,67 2305 5.5 2 3,6 300 270 320 260 10 -6,67 13,33 2400 5.5 2 3,6 300 260 275 245 13,33 8,33 18,33 2567 6.0 2 2 3,6 300 220 235 190 26,67 21,67 36,67 2600 6.0 2 3,6 300 180 148 175 40 50,67 41,67 2346 6.5 2 3,6 300 160 130 126 46,67 56,67 58 3020 6.5 2 3,6 300 120 115 126 60 61,67 58 3054 6.5 3 2 3,6 300 96 96 115 68 68 61,67 2986 6.5 2 3,6 300 85 85 95 71,67 71,67 68,33 3238 7.4 2 3,6 300 76 44 56 74,67 85,33 81,33 3146 7.4 Đồ thị 4.6: biểu diễn hiệu quả khử COD với thời gian lưu nước 2h 0 50 100 150 200 250 300 350 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 CODvao( mg/l) CODra M1(mg/l) CODra M2(mg/l) CODraM3 (mg/l)C h ỉ s o á C O D ( m g / l ) Thời gian (2h) Khĩa luận tốt nghiệp Thạc sĩ: Lâm Vĩnh Sơn Phạm Thị Huyền 89 Nhận xét: Thời gian lưu nước 2h hiệu quả xử lý đạt được mức hiệu suất xử lý cao nhất lại là ở đoạn M2. Ngày thứ nhất hiệu quả xử lý không được cao nhưng qua ngày thứ 2 và thứ 3 thì hiệu quả xử lý tăng lên rất cao do lúc này số lượng vi sinh vật đã tăng lên rất là nhiều, được cung cấp nay đủ các điều kiện để cho vi sinh vật hoạt động tốt. 4.4 Giai đoạn chạy động: 4.4.1 Tải trọng 12giờ với lưu lượng 28 lít/ngày Chiều cao CODvào(mg/l) CODra(mg/l) Ln(CODra/CODvào) M1: 0,12m 300 285 -0,051 M2: 0,325m 196 -0,426 M3: 0,53m 85 -1,261 y = -2.9512x + 0.3798 R2 = 0.954 -1.400 -1.200 -1.000 -0.800 -0.600 -0.400 -0.200 0.000 0.200 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 H (m) L n (C O D ra /C O D v a o ) Đồ thị 4.7: Đồ thị Ln(CODra/CODvào) theo H ở tải trọng thể tích 1,244 m 3 /m 2 .ngày Tính QL = 244,1 15,0 10*28 2 3 A Q m 3 / m 2 .ngày Khĩa luận tốt nghiệp Thạc sĩ: Lâm Vĩnh Sơn Phạm Thị Huyền 90 4.4.2 Tải trọng 6 giờ với lưu lượng 56 lít/ngày y = -1.7341x + 0.1506 R2 = 0.999 -0.9 -0.8 -0.7 -0.6 -0.5 -0.4 -0.3 -0.2 -0.1 0 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 H (m) L n (C O D ra /C O D v a o ) Đồ thị 4.8: Đồ thị Ln(CODra/CODvào) theo H ở tải trọng thể tích 2,488 m 3 /m 2 .ngày Tính QL = 3 2 Q 56*10 2,488 A 0,15 m 3 / m 2 .ngày Chiều cao CODvào(mg/l CODra(mg/l) Ln(CODra/CODvào) M1: 0,12m 300 285 -0,051 M2: 0,325m 196 -0,426 M3: 0,53m 140 -0,762 Khĩa luận tốt nghiệp Thạc sĩ: Lâm Vĩnh Sơn Phạm Thị Huyền 91 Tính toán các thông số n và K Tính toán các thông số n và K dựa vào QL và hệ số s đã xác định được ở phần trên. Bảng Kết quả mối liên hệ giữa tải trọng thể tích QL và hệ số góc s STT QL Ln(QL) s Ln(s) 1 1,244 0,218 2,951 1,082 2 2,488 0,911 1,734 0,550 y = -0.7677x + 1.2494 R2 = 1 0.000 0.200 0.400 0.600 0.800 1.000 1.200 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 Ln (QL) L n ( s ) Đồ thị 4.10: Đồ thị biểu diễn mối liên hệ Ln(s) và Ln(QL) Suy ra giá trị n và K n = 0,7677 K =2,68 Vậy phương trình thực nghiệm cần tìm là: 0,7677 L (2,68H/Q ) e 0 S S e Khĩa luận tốt nghiệp Thạc sĩ: Lâm Vĩnh Sơn Phạm Thị Huyền 92 Chương V KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 5.1 Kết luận Trong thời gian thực hiện đề tài tốt nghiệp “ Nghiên cứu công nghệ lọc sinh học có lớp vật liệu ngập trong nước trong công nghệ xử lý nước thải”. Thời gian tương đối ngắn nên tôi mới chỉ tìm hiểu nghiên cứu được các phần như sau: Chương I: Nêu lên tính cấp thiết phải nghiên cứu đề tài. Chương II: Tìm hiểu thu thập số liệu về các chất gây ô nhiễm có trong nước thải, lượng nước thải do các nhà máy thải ra và các phương pháp xử lý đang được sử dụng hiện nay. Chương III: Tôi nêu lên một công nghệ xử lý nước thải mang lại hiệu quả cao, giá thành thấp đang được rất nhiều nhà khoa học và các công ty chú ý. Chương IV: Tôi tiến hành thực nghiệm chạy mô hình công nghệ tại phòng thí nghiệm của trường được những kết quả khá khả quan. Tuy nhiên vì thời gian ngắn nên chưa thể tìm hiểu được hết được những ưu điểm của công nghệ. Chương V: Tôi nêu ra một số kết luận rút ra trong quá trình làm khoá luận tốt nghiệp và một số kiến nghị về những mặt mà tôi chưa tìm hiểu rõ được. 5.2 Kiến nghị Do thời gian thực hiện khoá luận thực nghiệm tương đối ngắn nên các thông số tính toán còn ít kết quả xử lý chưa phát huy được hết ưu điểm của mô hình. Do đó, tôi có một số đề nghị như sau: Lọc sinh học có vật liệu ngập trong nước là phương pháp xử lý mang lại hiệu quả xử lý nước thải cao, giá thành rẻ và ít độc hại. Do đó chúng ta cần ứng dụng mô hình này nhiều vào trong thực tế nhằm xử lý tốt nguồn nước ô nhiễm hiện nay mà nhiều phương pháp không thể xử lý tốt được. Khĩa luận tốt nghiệp Thạc sĩ: Lâm Vĩnh Sơn Phạm Thị Huyền 93 Qua mô hình thí nghiệm cho thấy khả năng khử COD của bể lọc sinh học chưa được đạt mức triệt để. Vì vậy, mong các nhà khoa học, các cơ quan chức năng đầu tư vốn để và công sức vào để nghiên cứu thêm nhằm mang lại hiệu quả xử lý cao hơn nữa. Khĩa luận tốt nghiệp Thạc sĩ: Lâm Vĩnh Sơn Phạm Thị Huyền 94 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Bạch Phương Lan - ThS , Vi sinh ứng dụng, Đại học Đà Lạt. 2. Lâm Vĩnh Sơn - ThS, Bài giảng kỹ thuật xử lý nước thải, Đại học Kỹ Thuật Công Nghệ TP.HCM 3. Nguyễn Đức Lượng, Nguyễn Thị Thuỳ Dương ( ), Công nghệ sinh học môi trường, Đại học Bách Khoa. 4. Nguyễn Văn Phước - PGS, Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học, 2002. 5. Trần Đức Hạ, Xử lý nước thải sinh hoạt quy mô vừa và nhỏ, Nxb khoa học và kỹ thuật, 2002. 6. Trần Hiếu Nhuệ, Thoát nước và xử lý nước thải công nghiệp, Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật, Hà Nội, 1978. 7. Trần Hiếu Nhuệ- GS, Trần Đức Hạ- PTS, Quá trình vi sinh vật trong công trình cấp thoát nước, Nhà xuất bản Khoa học kỹ thuật. 8. Trần Văn Nhân, Ngô Thị Nga, Giáo trình công nghệ xử lý nước thải, Nxb khoa học kỹ thuật, 1999. 9. Mackenzio L. Davis, Susan J. MActen, Principles of Environmental Engineering and Science. 10. M.J.Hammer(1977) Water and Water Technology, John Wiley and Sons Ins. 11. GTZ (1989) Wastewater Technology Springer Verlag Berlin Heidelberg.