Nghiên Cứu Tính Toán Thiết Kế, Lắp Đặt Mô Hình Mbbr Và Khảo Sát Một Số Thông Số Vận Hành Đối Với Nước Thải Chăn Nuôi Heo 8284923.Pdf

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU MỘT
KHOA KHOA HỌC TỰ NHIÊN

BÁO CÁO TỔNG KẾT NGHIÊN CỨU KHOA HỌC
ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN
THAM GIA
CUỘC THI SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC NĂM HỌC 2017-2018

TÍNH TỐN THIẾT KẾ, LẮP ĐẶT MƠ HÌNH MBBR
VÀ KHẢO SÁT MỘT SỐ THƠNG SỐ VẬN HÀNH
ĐỐI VỚI NƯỚC THẢI CHĂN NI HEO
Thuộc nhóm ngành khoa học: Khoa học kỹ thuật và cơng nghệ

Bình Dương, tháng 03 năm 2018

i


TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU MỘT
KHOA TÀI NGUYÊN MÔI TRƯỜNG

BÁO CÁO TỔNG KẾT NGHIÊN CỨU KHOA HỌC
ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN
THAM GIA
CUỘC THI SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC NĂM HỌC 2017-2018

TÍNH TỐN THIẾT KẾ, LẮP ĐẶT MƠ HÌNH MBBR
VÀ KHẢO SÁT MỘT SỐ THƠNG SỐ VẬN HÀNH
ĐỐI VỚI NƯỚC THẢI CHĂN NI HEO
Thuộc nhóm ngành khoa học: Khoa học kỹ thuật và công nghệ
Sinh viên thực hiện: Tống Văn Tiến

Nữ/Nam: Nam

Dân tộc: Kinh
Lớp: D14MTKT

Khoa: Khoa học tự nhiên

Năm thứ:

Số năm đào tạo: 4 năm

4

Ngành học: Khoa học Môi trường
Người hướng dẫn: Thạc sĩ. Lê Thị Đào

ii


UBND TỈNH BÌNH DƯƠNG

CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU MỘT

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI
1. Thơng tin chung:

 Tên đề tài: TÍNH TỐN THIẾT KẾ, LẮP ĐẶT MƠ HÌNH MBBR VÀ
KHẢO SÁT MỘT SỐ THÔNG SỐ VẬN HÀNH ĐỐI VỚI NƯỚC THẢI
CHĂN NUÔI HEO
 Nhóm sinh viên thực hiện:
Họ và tên

Năm thứ

Lớp

1

Lê Tiến Cường

3

2

Trần Minh Hiếu

4

Khoa
Khoa học
D15MT01
nhiên
Khoa học
D14MTKT nhiên
học

tự

4

Khoa
D14MTKT nhiên

học

tự

4

Khoa
D14MTKT nhiên

STT

3

4

Tống Văn Tiến
Nguyễn Thái Trung

tự
tự

Số năm đào tạo: 4 năm

Người hướng dẫn: Thạc sĩ. Lê Thị Đào
2. Mục tiêu đề tài:
Thiết kế, lắp đặt và Đánh giá hiệu quả xử lý nước thải chăn ni sau biogas
bằng mơ hình MBBR hiếu khí
3. Tính mới và sáng tạo:
Đề tài thực hiện khảo sát các yếu tố ảnh hưởng (thời gian lưu, pH, nồng độ
chất ô nhiễm đầu vào) đến quá trình xử lý của hệ thống MBBR áp dụng cho đối
tượng xử lý là nước thải chăn nuôi sau biogas
4. Kết quả nghiên cứu:

iii


Nước thải chăn ni sau biogas vẫn cịn chứa phân và nước tiểu gia súc, có
pH thấp từ 4 -5 và nồng độ chất ô nhiễm rất cao, vượt quá mức cho phép khoảng
hơn 10 lần. Giá trị COD vào khoảng hơn 3000 mg/l.
Nghiên cứu đã đưa ra các yếu tố và điều kiện phù hợp cho mơ hình MBBR
xử lý nước thải chăn ni sau biogas góp phần nâng cao hiệu quả xử lý và tiết kiệm
chi phí vận hành.
Các thông số cụ thể như sau:
- Thời gian lưu : Tối thiểu 4 giờ.
- pH đầu vào: 6 – 8.
- Nồng độ COD đầu vào: 600~1000 (mg/l).
Hiệu suất xử lý khi điều chỉnh các thông số ảnh hưởng phù hợp đạt trong
khoảng 80% trong xử lý COD.
5. Đóng góp về mặt kinh tế - xã hội, giáo dục và đào tạo, an ninh, quốc phòng
và khả năng áp dụng của đề tài:
Hiện nay, nước thải chăn nuôi heo chủ yếu xử lý được dừng ở hầm biogas.
Tuy nhiên, sau biogas nước thải vẫn tiềm ẩn rất nhiều mối nguy ảnh hưởng đến môi
trường và nghiên cứu về các hệ thống để xử lý nước thải của các ngành đặc trưng

như chăn nuôi chỉ ở bước đầu và đang hạn chế về số lượng. Chính vì vậy, việc lựa
chọn hướng nghiên cứu của đề tài là hoàn toàn mới và hợp lý. Kết quả nghiên cứu
là cơ sở ban đầu để ứng dụng cho một hệ thống MBBR mới hoặc cải tạo, nâng cấp
hệ thống cũ.
Kết hợp giữa hai quá trình bùn hoạt tính lơ lửng truyền thống và giá thể di
động bám dính trong việc loại bỏ các chất ô nhiễm.

Ngày 23 tháng 03 năm 2018
Sinh viên chịu trách nhiệm chính
thực hiện đề tài

Nhận xét của người hướng dẫn về những đóng góp khoa học của sinh viên thực
hiện đề tài:
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
iv


………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………

Ngày

tháng

năm 2018

Xác nhận của lãnh đạo khoa

Người hướng dẫn

(ký, họ và tên)

(ký, họ và tên)

v


UBND TỈNH BÌNH DƯƠNG

CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU MỘT

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

THƠNG TIN VỀ SINH VIÊN
CHỊU TRÁCH NHIỆM CHÍNH THỰC HIỆN ĐỀ TÀI
I. SƠ LƯỢC VỀ SINH VIÊN:

Ảnh 4x6

Họ và tên: Tống Văn Tiến
Sinh ngày: 27/08/1996
Nơi sinh: xã Đắk Sin, huyện Đắk R Lấp, tỉnh Đắk Lắk
Lớp: D14MTKT

Khóa: 2014 - 2018

Khoa: Khoa học tự nhiên
Địa chỉ liên hệ: 160/19, KP6, phường Phú Hịa, TP. Thủ Dầu Một, tỉnh Bình Dương
Điện thoại: 0963260218
Email:
II. QUÁ TRÌNH HỌC TẬP
* Năm thứ 1:
Ngành học: Khoa Học Môi Trường

Khoa: Tài Nguyên Môi Trường

Kết quả xếp loại học tập: Trung bình - Khá
* Năm thứ 2:
Ngành học: Khoa Học Môi Trường

Khoa: Tài Nguyên Môi Trường

Kết quả xếp loại học tập: Trung bình - Khá
* Năm thứ 3:
Ngành học: Khoa Học Môi Trường

Khoa: Tài Nguyên Môi Trường

Kết quả xếp loại học tập: Khá
Ngày 23 tháng 03 năm 2018
Xác nhận của lãnh đạo khoa

Sinh viên chịu trách nhiệm chính
thực hiện đề tài

vi


MỤC LỤC
DANH MỤC HÌNH .................................................................................................... x
DANH MỤC BẢNG ..................................................................................................xi
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ......................................................................... xii
PHẦN MỞ ĐẦU ......................................................................................................... 1
1. Lí do chọn đề tài ................................................................................................1
2. Mục tiêu nghiên cứu. ........................................................................................2
3. Đối tượng nghiên cứu. ......................................................................................2
4. Phạm vi nghiên cứu. ..........................................................................................2
5. Tính mới đề tài. .................................................................................................2
6. Nội dung nghiên cứu. ........................................................................................3
7. Phương pháp nghiên cứu ..................................................................................3
PHẦN 1. TỔNG QUAN ............................................................................................. 4
1.1 Tổng quan về nước thải chăn nuôi.................................................................4

1.1.1 Nguồn phát sinh nước thải chăn nuôi. ........................................................4
2.2.3. Thành phần nước thải chăn nuôi sau biogas ...........................................4
2.2.4. Tác hại của nước thải chăn nuôi .............................................................6
1.2 Tổng quan về công nghệ xử lý nước thải chăn nuôi ......................................6
1.2.1 Giới thiệu chung .........................................................................................6
1.2.2 Phương pháp cơ học ...................................................................................6
1.2.3 Phương pháp hóa học .................................................................................7
1.2.4 Phương pháp hóa lý ....................................................................................7
1.2.5 Phương pháp sinh học ................................................................................7
1.3 Tổng quan về bể sinh học hiếu khí bám dính MBBR. ..................................8
1.3.1 Khái niệm về phương pháp sinh học hiếu khí bám dính MBBR trong xử
lý nước thải. ..........................................................................................................8
1.3.2 Cấu tạo và hoạt động giá thể ....................................................................10
1.3.3 Cấu tạo và hoạt động lớp màng. ............................................................... 12
1.3.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình xử lý. ..............................................13
1.3.4.1 Giá thể ............................................................................................... 13
1.3.4.2 Độ xáo trộn ........................................................................................ 13
1.3.4.3 Tải trọng thể tích ...............................................................................14
1.3.5 Ưu nhược điểm của phương pháp. ........................................................... 14
vii


1.4 Ứng dụng của bể MBBR cho xử lý nước thải .............................................15
1.4.1 Trong nước ............................................................................................... 15
1.4.2 Ngoài nước ............................................................................................... 16
PHẦN 2. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .................................. 17
2.1 Thiết kế mơ hình và lắp đặt mơ hình ........................................................... 17
2.1.1 Thiết kế mơ hình. ..................................................................................... 17
2.1.2 Thiết kế kĩ thuật hệ thống.........................................................................17
2.1.3 Kích thước các bể ..................................................................................... 18

2.1.4 Thơng số thiết bị ....................................................................................... 21
2.2

Thơng số kiểm sốt ...................................................................................... 22

2.3

Thiết bị và dụng cụ ...................................................................................... 23

2.4 Phương pháp nghiên cứu. ............................................................................23
2.4.1 Thống kê tài liệu nghiên cứu trong và ngoài nước...................................23
2.4.2 Phương pháp phân tích .............................................................................23
2.4.2.1 Phân tích pH. .................................................................................... 24
2.4.2.2 Phân tích COD................................................................................... 24
2.4.3 Phương pháp xử lý số liệu ........................................................................27
2.5

Bố trí thí nghiệm .......................................................................................... 28

PHẦN 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .................................................................. 30
3.1

. Lắp đặt và vận hành bể MBBR quy mơ phịng thí nghiệm ....................... 30

3.2

Lấy mẫu và đánh giá nồng độ ô nhiễm tại cơ sở .........................................32

3.3

Đánh giá ảnh hưởng của thời gian lưu đến hiệu suất xử lý ......................... 32

3.4

3.4 Kết quả xác định giá trị pH tối ưu ........................................................ 33

3.5

3.5 Kết quả xác định ảnh hưởng của nồng độ chất thải đầu vào. ................34

PHẦN 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ................................................................... 37
4.1

. Kết luận ......................................................................................................37

4.2

. Kiến nghị ...................................................................................................37

PHẦN 5. TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................... 38
PHỤ LỤC HÌNH ẢNH THỰC TẾ ........................................................................... 39

viii


DANH MỤC HÌNH
Hình 1. 1. Aerobic .......................................................................................................8
Hình 1. 2. Anoxic reactor ............................................................................................8
Hình 1. 3 Sự phát triển của lớp màng biofilm ở bên ngồi ít hơn bên trong ............12
Hình 2. 1 Sơ đồ cơng nghệ ........................................................................................ 17

Hình 2. 2 Kích thước bể điều hịa .............................................................................19
Hình 2. 3 Kích thước bể vi sinh hiếu khí dính bám .................................................. 20
Hình 2. 4 Kích thước bể lắng .................................................................................... 21
Hình 2. 5 Bơm điều hịa LifeTech AP3100............................................................... 21
Hình 2. 6 Máy thổi khí RESUN ACO-006 ............................................................... 22
Hình 2. 7. Phương trình đường chuẩn COD cao ....................................................... 27
Hình 2. 8. Xây dựng đường chuẩn COD cao ............................................................ 27
Hình 3. 1. Mơ hình bể MBBR ................................................................................... 30
Hình 3. 2. Mặt bằng hệ thống thực tế ........................................................................31
Hình 3. 3. Lắp đường ống máy bơm điều hịa........................................................... 31
Hình 3. 4. Cạnh hệ thống thực tế...............................................................................31
Hình 3. 5. Đi đường ống đĩa khí................................................................................31
Hình 3. 6. Biểu đồ thể hiện ảnh hưởng của thời gian lưu đến hiệu quả xử lý...........33
Hình 3. 7. Biểu đồ ảnh hưởng pH đến hiệu quả xử lý...............................................34
Hình 3. 8. Biểu đồ ảnh hưởng nồng độ đầu vào đến hiệu quả xử lý ......................... 35
Hình 3. 9. Biểu đồ thể hiện xử lý ở các điều kiện tối ưu ...........................................36
Hình 5. 1. Gía thể sau 15 ngày ni trong bể ........................................................... 39
Hình 5. 2. Lấy nước thải ngay miệng cống sông Bạch Đằng để pha lỗng .............39
Hình 5. 3. Gía thể sau 5 ngày ni vi sinh ............................................................... 40
Hình 5. 4. Gía thể xáo trộn sau 13 ngày ni ........................................................... 40
Hình 5. 5. Chế phẩm sinh học bổ sung cho vi sinh phát triển ..................................40

ix


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1. 1. Kết quả phân tích chất lượng nước thải sau q trình biogas tại trại chăn
ni heo Xuân Thọ III, Xuân Lộc, Đồng Nai. ............................................................5
Bảng 1. 2. Kết quả tham khảo nước thải sau biogas tại một số trang trại chăn nuôi
heo. ..............................................................................................................................5

Bảng 1. 3 Một số vi khuẩn và chức năng của chúng ...................................................7
Bảng 1. 4. So sánh hệ thống MBBR và hệ thống bể sinh học hiếu khí .................... 10
Bảng 1. 5. Thơng số các loại giá thể .........................................................................11
Bảng 2. 1. Tiêu chuẩn chất lượng đầu ra nước thải chăn nuôi ..................................18
Bảng 2. 2 Kích thước bể điều hịa .............................................................................18
Bảng 2. 3 Kích thước bể vi sinh hiếu khí ..................................................................19
Bảng 2. 4 Kích thước lắng vi sinh .............................................................................20
Bảng 2. 5 Kiểm sốt các thơng số .............................................................................22
Bảng 2. 6 vị trí lấy mẫu và các chỉ tiêu cần phân tích ...............................................23
Bảng 2. 7 Phân tích các chỉ tiêu ................................................................................24
Bảng 2. 8. các dung dịch làm việc.............................................................................25
Bảng 3. 1. Kết quả phân tích chất lượng nước thải chăn nuôi sau biogas.................32
Bảng 3. 2. Ảnh hưởng của thời gian lưu lên giá trị COD sau xử lý .......................... 32
Bảng 3. 3. Ảnh hưởng của pH lên giá trị COD sau xử lý .........................................33
Bảng 3. 4. Ảnh hưởng của nồng độ chất thải đầu vào ..............................................34
Bảng 3. 5. Hiệu quả xử lý ở các điều kiện tối ưu ...................................................... 35

x


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
BOD5

Nhu cầu oxy sinh hoá 5 ngày (Biochemical Oxygen Demand 5
days)

BTNMT

Bộ tài nguyên môi trường

COD

Nhu cầu oxy hố học (Chemical Oxygen Demand)

DxL

DxL Đường kính x Chiều dài (Diameter x Length)

HRT

Thời gian lưu nước thuỷ lực (Hydraulic Retention Time)

MLSS

Hàm lượng chất rắn lơ lửng ( Mixed Liquor Suspended Solids)

QCVN

Quy chuẩn Việt Nam

TSS

Tổng chất rắn lơ lửng (Total Suspended Solid)

TN

Tổng nitơ (Total nitrogen)

xi

PHẦN MỞ ĐẦU
Lí do chọn đề tài
Từ ngàn năm nay cuộc sống của người nông dân Việt Nam gắn liền với trồng
cây và chăn ni gia súc. Trong đó, chủ yếu là chăn nuôi heo. Chăn nuôi heo không
chỉ cung cấp phần lớn thịt tiêu thụ hằng ngày, là nguồn cung cấp phân hữu cơ cho
cây trồng, mà chăn nuôi heo còn tận dụng thức ăn và tiêu thụ phế phẩm dư thừa
trong nơng nghiệp. Với những đặc tính riêng của nó như tăng trọng nhanh, vịng đời
ngắn chăn ni heo ln được quan tâm và nó trở thành con vật không thể thiếu
được của cuộc sống hằng ngày trong hầu hết các gia đình nơng dân. Trong những
năm gần đây đời sống của nhân dân ta không ngừng được cải thiện và nâng cao, nhu
cầu tiêu thụ thịt trong đó chủ yếu là thịt heo ngày một tăng cả về số lượng và chất
lượng đã thúc đẩy ngành chăn nuôi heo bước sang bước phát triển mới. Hiện nay,
trên cả nước ta đã xây dựng nhiều mơ hình chăn trại chăn nuôi heo với quy mô lớn,
chủ yếu phân bố tại 5 vùng trọng điểm là Mộc Châu (Sơn La), Hà Nội, Tây Nguyên,
các vùng phụ cận khu vực TPHCM và các tỉnh xung quanh. Bên cạnh những mặt
tích cực, vấn đề môi trường do ngành chăn nuôi gây ra đang được dư luận và các
nhà làm công tác mơi trường quan tâm. Ở các nước có nền chăn nuôi công nghiệp
phát triển mạnh như Hà Lan, Anh, Mỹ, Hàn Quốc,… thì đây là một trong những
nguồn gây ơ nhiễm lớn nhất. Ở Việt Nam, khía cạnh mơi trường của ngành chăn
nuôi chỉ được quan tâm trong vài năm trở lại đây khi tốc độ phát triển chăn nuôi
ngày càng tăng, lượng chất thải do chăn nuôi đưa vào môi trường ngày càng nhiều,
đe dọa đến môi trường đất, nước, khơng khí xung quanh một cách nghiêm trọng. [1]
Nguồn nước thải chăn ni là một nguồn nước thải có chứa nhiều hợp chất
hữu cơ, virus, vi trùng, trứng giun sán… Nguồn nước này có nguy cơ gây ơ nhiễm
các tầng nước mặt, nước ngầm và trở thành nguyên nhân trực tiếp phát sinh dịch
bệnh cho đàn gia súc. Đồng thời nó có thể lây lan một số bệnh cho con người và
ảnh hưởng đến mơi trường xung quanh vì nước thải chăn ni cịn chứa nhiều mầm
bệnh như: Samonella, Leptospira, Clostridium tetani,…nếu khơng xử lý kịp thời.
Bên cạnh đó cịn có nhiều loại khí được tạo ra bởi hoạt động của vi sinh vật như

NH3, CO2, CH4, H2S, ... Các loại khí này có thể gây nhiễm độc khơng khí và nguồn
nước ngầm ảnh hưởng đến đời sống con người và hệ sinh thái. Đa số biện pháp xử
lý quy mô nhỏ được áp dụng rộng rãi hiện nay chủ yếu là hầm Biogas. Tuy nhiên,
sau khi nước thải vào hầm Biogas chỉ giảm được một phần ô nhiễm, nước thải sau
Biogas vẫn tiềm ẩn nguy cơ gây ô nhiễm mơi trường rất cao. Có rất nhiều phương
pháp xử lý nước thải ví dụ: phương pháp cơ – lý học, phương pháp hoá học và hoá
lý, phương pháp sinh học (sinh hóa)....Trong đó phương pháp sinh học được ưu tiên
hơn cả bởi sự thân thiện với môi trường và hệ thống vận hành đơn giản. Phương
pháp này dựa trên khả năng hoạt động của những vi sinh vật để phân hủy, oxy hóa
các hợp chất hữu cơ trong nước thải. [2]
Hiện
nay,
nhiều
mơ
hình
và
phương
pháp
xử
1.

Báo cáo nghiên cứu khoa học

Trang 1


lý nước thải đã được xây dựng, cải tạo và đưa vào vận hành. Một trong những cơng
trình tiên tiến nhất là phương pháp xử lý nước thải quá trình chăn ni heo bằng bể
sinh học hiếu khí dính bám.
Hệ thống bể sinh học hiếu khí dính bám là hệ thống dùng để xử lý nước thải

sinh học chứa hợp chất hữu cơ và ni-tơ cao. Hệ thống hoạt động liên tục bao gồm
quá trình bơm nước thải – sục khí – lắng – hút nước ra, trong đó q trình phản ứng
hay cịn gọi là q trình tạo hạt (bùn hạt hiếu khí) q trình này phụ thuộc vào khả
năng cấp khí, đặc điểm của chất nền trong nước thải đầu vào, với ưu điểm nổi bật
trong việc xử lý nước thải chăn nuôi heo như hiệu suất cao trong xử lý COD, BOD,
N có trong nước thải, diện tích để xây dựng của hệ thống, phù hợp với những cơ sở
có mặt bằng nhỏ, vận hành bằng hệ thống tự động nên hoạt động dễ dàng và giảm
nhân lực phục vụ cho công việc vận hành hệ thống xử lý. [6]
Trong nước thải các hợp chất hữu cơ chiếm 70 – 80% gồm protit, axit amin,
chất béo, hydrat cacbon… dễ phân hủy sinh học và có hàm lượng dinh dưỡng cao
do đó xử lý theo phương pháp sinh học là phương pháp xử lý phù hợp nhất.[4]
Từ những cơ sở trên, đề tài “ Tính tốn thiết kế, lắp đặt mơ hình mbbr và khảo sát
một số thơng số vận hành đối với nước thải chăn nuôi heo” được đề xuất thực
hiện là có tính khả thi và rất thiết thực.
2.
Mục tiêu nghiên cứu.
 Nghiên cứu đánh giá hiệu quả xử lý chất hữu cơ và dinh dưỡng trong nước
thải chăn nuôi heo bằng công nghệ sinh học hiếu khí có sử dụng giá thể di
động K3, dựa trên hiệu suất đạt được từ đó là cơ sở để đánh giá khả năng áp
dụng công nghệ MBBR đối với nước thải chăn nuôi heo sau biogas.
3.
Đối tượng nghiên cứu.
 Mơ hình hiếu khí dính bám (MBBR)
 Gía thể dính bám K3.
 Nước thải chăn ni heo được lấy tại hố chứa, sau khi được xử lý ở hầm
biogas tại hộ gia đình ở Huyện Củ Chi.
4.
Phạm vi nghiên cứu.
 Mơ hình hiếu khí MBBR đặt tại phịng thí nghiệm Khoa học môi trường.
 Nước thải chăn nuôi lấy sau hệ thống Biogas của hộ dân tại Củ Chi.

 Nghiên cứu được tiến hành trong khoảng thời gian từ 30/11/2017 –
31/02/2018
Tính mới đề tài.
Hiện nay, nước thải chăn ni heo chủ yếu xử lý được dừng ở hầm biogas.
Tuy nhiên, sau biogas nước thải vẫn tiềm ẩn rất nhiều mối nguy ảnh hưởng đến môi
trường và nghiên cứu về các hệ thống để xử lý nước thải của các ngành đặc trưng
như chăn nuôi chỉ ở bước đầu và đang hạn chế về số lượng. [2] Chính vì vậy, việc
lựa
5.

Báo cáo nghiên cứu khoa học

Trang 2


chọn hướng nghiên cứu của đề tài là hoàn toàn mới và hợp lý. Kết quả nghiên cứu
là cơ sở ban đầu để ứng dụng cho một hệ thống MBBR mới hoặc cải tạo, nâng cấp
hệ thống cũ.
Kết hợp giữa hai q trình bùn hoạt tính lơ lửng truyền thống và giá thể di
động bám dính trong việc loại bỏ các chất ô nhiễm.
6.







7.






8.

Nội dung nghiên cứu.
Tổng hợp tài liệu về bể MBBR hiếu khí, nước thải chăn ni heo.
Khảo sát sự thích nghi của hệ thống với sự thay đổi của các chỉ tiêu
o Khảo sát ảnh hưởng nồng độ đầu vào của nước thải.
Nội dung 1: Thiết kế mơ hình hiếu khí MBBR
Nội dung 2: Kiểm sốt các thông số vân hành hệ thống: nồng độ COD đầu vào, pH,
DO
Nội dung 4: Phân tích chỉ tiêu COD của nước thải sau xử lý
Nội dung 5: Đánh giá hiệu quả xử lý COD sau có trong nước thải, từ đó đưa
ra kiến nghị và kết luận.
Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp thực nghiệm.
Căn cứ trên các tài liệu đã thu thập bắt đầu tiến hành thiết kế và lắp đặt mơ
hình thí nghiệm (lab scale). Tại phịng thí nghiệm khoa Môi trường – trường
ĐH Thủ Dầu Một.
Lấy mẫu theo: TCVN 6663-1:2011 (ISO 5667-1:2006) - Chất lượng nước Phần 1: Hướng dẫn lập chương trình lấy mẫu và kỹ thuật lấy mẫu
Phương pháp phân tích theo: SMEWW 5220 - Phương pháp chuẩn phân tích
nước thải - Xác định COD
Giới hạn đề tài

 Khảo sát khả năng xử lý các thông số ô nhiễm: COD trong nước thải chăn
nuôi sau biogas của mơ hình MBBR hiếu khí.
 Tiến hành chạy mơ hình liên tục với các điều kiện vận hành: pH, nồng độ
COD đầu vào, thời gian lưu đã tìm ra để đánh giá hiệu quả của mơ hình.

Báo cáo nghiên cứu khoa học

Trang 3


1.1

PHẦN 1
TỔNG QUAN
Tổng quan về nước thải chăn nuôi.
1.1.1 Nguồn phát sinh nước thải chăn nuôi.
Nước thải phát sinh từ trại chăn nuôi heo chủ yếu là từ khâu vệ sinh cho heo và

chuồng trại chứa phân, nước tiểu, thức ăn dư thừa… Đặc trưng quan trọng nhất của nước
thải là hàm lượng các chất hữu cơ, chất dinh dưỡng được biểu thị qua các thông số như:
COD, BOD5, TN, TP, SS…những thông số này là nguyên nhân gây ô nhiễm mơi trường
chính. Đây là những thành phần dễ phân hủy, gây mùi hơi thối, phát sinh khí độc, làm sụt
giảm lượng ơxy hịa tan trong nước và đặc biệt nếu không được xử lý khi thải ra nguồn
tiếp nhận sẽ gây ơ nhiễm mơi trường, gây phì dưỡng hệ sinh thái, làm ảnh hưởng đến cây
trồng và là nguồn dinh dưỡng quan trọng để các vi khuẩn gây hại phát triển.
Khi xử lý nitơ trong nước thải không tốt, để hợp chất nitơ đi vào trong chuỗi
thức ăn hay trong nước cấp có thể gây nên một số bệnh nguy hiểm. Kháng sinh,
hc mơn tăng trọng mặc dù được trộn vào thức ăn gia súc ở liều lượng thấp
nhưng có thể gây ơ nhiễm. Các kim loại như đồng, kẽm, coban, sắt, mangan có trong
thức ăn gia súc. Các động vật chỉ hấp thụ chúng rất ít, từ 5 - 15%, cịn lại thải ra ngồi.
Các kim loại ấy đều có hại cho sức khỏe con người khi uống phải nước ơ nhiễm hay ăn
thịt động vật. [1]
Ngồi ra, nước thải chăn nuôi chứa nhiều loại vi trùng, virus và trứng ấu
trùng giun sán gây bệnh. Theo A.Kigirop (1982) các loại vi trùng gây bệnh như:

Samonella, E.coli và Bacilus anthrasis có thể xâm nhập vào mạch nước ngầm.
Samonella có thể thấm sâu xuống lớp đất bề mặt 30-40 cm, ở những nơi thường
xuyên tiếp nhận nước thải. Trứng giun sán, vi trùng có thể được lan truyền đi rất xa
và nhanh khi bị nhiễm vào nước bề mặt tạo thành dịch cho người và gia súc, gây ra
những tác hại rất lớn nên cần thiết phải xử lý trước khi thải bỏ ra ngồi mơi trường.
[2]
1.1.3. Thành phần nước thải chăn nuôi sau biogas
Đặc trưng quan trọng nhất của nước thải là hàm lượng các chất hữu cơ, chất dinh
dưỡng được biểu thị qua các thông số như: BOD, TN, SS…những thông số này là nguyên
nhân gây ô nhiễm mơi trường chính. Nước thải chăn ni bao gồm nước tiểu, nước rửa
chuồng, nước tắm vật nuôi với khối lượng nước thải rất lớn. Nước thải chăn nuôi là
một loại nước thải rất đặc trưng và có khả năng gây ô nhiễm môi trường cao do có
chứa hàm lượng cao các chất hữu cơ, cặn lơ lửng, nitơ, phốtpho và vi sinh vật gây
bệnh. Cụ thể:
- Chất hữu cơ: Trong thành phần chất rắn của nước thải thì thành phần hữu cơ
chiếm 70 - 80% gồm các hợp chất hydrocacbon, proxit, axit amin, chất béo và các
Báo cáo nghiên cứu khoa học

Trang 4


dẫn xuất của chúng có trong phân và thức ăn thừa. Chất vô cơ chiếm 20 - 30% gồm
cát, đất, muối clorua, SO42-… [6]
- Nitơ và phốtpho: Hàm lượng nitơ, phốtpho trong nước thải tương đối cao do
khả năng hấp thụ kém của vật ni. Khi ăn thức ăn có chứa N và P thì chúng sẽ bài
tiết ra ngồi theo phân và nước tiểu. Theo thời gian và sự có mặt của oxy mà lượng
nitơ trong nước tồn tại ở các dạng khác nhau NH4+, NO2-, NO3-. [6]
- Vi sinh vật: Vi khuẩn điển hình như: E.coli, Streptococcus sp, Salmonella
sp, Shigenla sp, Proteus, Clostridium sp…đây là các vi khuẩn gây bệnh tả, lỵ,
thương hàn, kiết lỵ. Các loại virus có thể tìm thấy trong nước thải như: corona

virus, poio virus, aphtovirus…và ký sinh trùng trong nước gồm các loại trứng và ấu
trùng, ký sinh trùng đều được thải qua phân, nước tiểu và dễ dàng hòa nhập vào
nguồn nước. [6]
Các hợp chất hóa học trong phân và nước thải dễ dàng bị phân hủy, đặc trưng ô
nhiễm được thể hiện cụ thể trong bảng sau:
Bảng 1. 1. Kết quả phân tích chất lượng nước thải sau q trình biogas tại trại
chăn nuôi heo Xuân Thọ III, Xuân Lộc, Đồng Nai.
STT
1.
2.
3.
4.
5.

Chỉ
tích

tiêu

phân

pH
BOD5(200C)
Tổng chất rắn lơ
lửng
Tổng N
Coliform *

Đơn vị

Kết quả

QCVN
62:2016/BTNMT
(Cột B)

mg/l
mg/l

7.23 – 8.07
1664 - 3268
1700 - 3218

5,5 – 9
100
150

mg/l
MPN/100ml

512 - 594
110.000

150
5000

Nguồn : Khoa Môi trường – Trường Đại học Bách Khoa TPHCM

Bảng 1. 2. Kết quả tham khảo nước thải sau biogas tại một số trang trại chăn
nuôi heo.

Chỉ tiêu
Trang trại Đồng Hiệp
Trang trại Hà Tây
0
Nhiệt độ
25-27 C
26-300C
pH
6,5-7,7
5,5-7,8
Cặn lơ lửng (SS)
300 mg/l
180-450 mg/l
BOD
700-3000 mg/l
500-860 mg/l
BOD
700-2100 mg/l
300-530 mg/l
DO
0,2-0,4 mg/l
0-0,3 mg/l
+
NH4
865 mg/l
15-28,4 mg/l
Báo cáo nghiên cứu khoa học

Trang 5

NO2E.Coli
S.Feacalis
Cl.perfringens
Trứng giun sán

232 mg/l
15.105-24.107

0,3-0,7 mg/l
12,6.106-68,3.107
3.102-3,5.103
5-16 khuẩn lạc/10 ml
28-280 trứng/l

Nguồn : Khoa Môi trường – Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội.

1.1.4.
Tác hại của nước thải chăn nuôi
Chất thải chăn nuôi tác động đến môi trường và sức khỏe con người trên nhiều
khía cạnh: Gây ơ nhiễm nguồn nước mặt, nước ngầm, mơi trường khí, mơi trường
đất và các sản phẩm nơng nghiệp. Đây chính là ngun nhân gây ra nhiều căn bệnh
về hơ hấp, tiêu hóa, do trong chất thải chứa nhiều vi sinh vật gây bệnh.
Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) đã cảnh báo, nếu khơng có biện pháp thu gom và
xử lý chất thải chăn nuôi một cách thỏa đáng sẽ ảnh hưởng rất lớn đến sức khỏe con
người, vật nuôi và gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. Đặc biệt là các virus biến
thể từ các dịch bệnh như: lở mồm long móng, dịch bệnh tai xanh ở lợn có thể lây lan
nhanh chóng và có thể cướp đi sinh mạng của rất nhiều người. [2]
1.2
Tổng quan về công nghệ xử lý nước thải chăn nuôi

1.2.1 Giới thiệu chung
Với thành phần ô nhiễm là các tạp chất nhiễm bẩn có tính chất khác nhau, từ
các loại chất khơng tan đến các loại chất ít tan và cả những hợp chất tan trong nước,
việc xử lý nước thải chăn ni là loại bỏ các tạp chất đó, làm sạch nước và đưa vào
nguồn tiếp nhận hoặc đưa vào tái sử dụng. Việc lựa chọn phương pháp xử lý thích
hợp thường được căn cứ trên đặt điểm của các loại tạp chất có trong nước thải. Các
phương pháp chính thường được sử dụng trong các cơng trình xử lý nước thải chăn
nuôi là : phương pháp cơ học, phương pháp hóa học, phương pháp hóa lý và
phương pháp sinh học. [6]
1.2.2 Phương pháp cơ học
Các phương pháp cơ học thường được sử dụng gồm : lắng, trộn, tuyển nổi,
… Phương pháp xử lý cơ học được sử dụng dựa vào các lực vật lý như lực trọng
trường, lực ly tâm…để tách các chất khơng hồ tan, các hạt lơ lửng có kích thước
đáng kể ra khỏi nước thải. [6]
Ưu điểm : phương pháp tương đối đơn giản, mức chi phí thấp, hiệu quả xử lý chất
lơ lửng.

Báo cáo nghiên cứu khoa học

Trang 6


1.2.3 Phương pháp hóa học
Các phương pháp hóa học gồm có : oxy hóa khử, tạo kết tủa hoặc phản ứng phân
hủy các chất độc hại. Cơ sở của phương pháp này là dựa vào các phản ứng hóa học
giữa các chất ơ nhiễm và hóa chất thêm vào. [6]
Ưu điểm : hiệu quả xử lý cao, thường được dùng trong các hệ thống xử lý nước
khép kín.
Nhược điểm : Chi phí vận hành cao, khơng thích hợp cho các hệ thống xử lý nước
thải có quy mơ lớn.

1.2.4 Phương pháp hóa lý
Các phương pháp hóa lý bao gồm : keo tụ, tuyển nổi, trao đổi ion, hấp phụ… Bản
chất của phương pháp này là áp dụng các quá trình vật lý và hóa học để đưa vào
nước thải chất phản ứng nào đó để gây tác động đến các chất ơ nhiễm, biến đổi hóa
học tạo thành các chất dễ xử lý và không gây ô nhiễm môi trường. Phương pháp xử
lý hóa lý có thể kết hợp với các phương pháp cơ học, hóa học, sinh học. [6]
1.2.5 Phương pháp sinh học
Các quá trình xử lý sinh học chủ yếu có 5 nhóm chính:





Q trình hiếu khí.
Q trình thiếu khí.
Q trình kị khí.
Thiếu khí và kị khí kết hợp.
Bảng 1. 3 Một số vi khuẩn và chức năng của chúng

TT

Vi khuẩn

Vai trò

1

Pseudomonas

Phân huỷ cacbonhydrat, protein, các hợp chất hữu

cơ và phản nitrat hóa

2

Arthrobacter

Phân huỷ cacbonhydrat

3

Bacillus

Phân huỷ cacbonhydrat, protein

4

Cytophaga

Phân huỷ các polyme

5

Zooglea

Tạo thành chất nhầy, hình thành các chất keo tụ

6

Acinetobacter

Tích luỹ polyphotphat, phản nitrat

Báo cáo nghiên cứu khoa học

Trang 7


7

Nitrobacter

Nitrat hoá

8

Sphaerotilus

Sinh nhiều tiên mao, phân hủy các chất hữu cơ

9

Acaligenes

Phân hủy protein, phản nitrat hóa

10 Flavobacterium

Phân hủy protein

11 Acinetobacter

Phản nitrat hóa

12 Hyphomicrobium Phản nitrat hóa
13 Desulfovibrio

Khử sunfat, khử nitrat

(Nguồn: Lương Đức Phẩm, Công nghệ xử lý nước thải bằng biện pháp sinh học)
Ưu điểm : rẻ tiền, sản phẩm phụ của q trình có thể tận dụng lảm phân bón (bùn
hoạt tính) hoặc tái sinh năng lượng (khí metan).
1.3

Tổng quan về bể sinh học hiếu khí bám dính MBBR.
1.3.1 Khái niệm về phương pháp sinh học hiếu khí bám dính MBBR
trong xử lý nước thải.

Hình 1. 1. Aerobic

Hình 1. 2. Anoxic reactor

MBBR có thể được thiết kế cho các cơ sở mới để loại bỏ BOD / COD hoặc
loại bỏ nitơ từ các dòng nước thải. Hiện tại các nhà máy áp dụng cơng nghệ bùn hoạt
tính có thể được nâng cấp để có thể khử nitơ và phospho hoặc BOD /COD ở lưu
lượng lớn. Các vi khuẩn nuôi cấy tiêu hóa các chất hữu cơ hịa tan, từng bước trưởng
thành trong mơi trường đó. MBBR là một dạng của quá trình xử lý nước thải bằng

Báo cáo nghiên cứu khoa học

Trang 8

bùn hoạt tính bởi lớp màng sinh học (biofilm). Trong quá trình MBBR, lớp màng
biofilm phát triển trên giá thể lơ lửng trong lớp chất lỏng của bể phản ứng. Những
giá thể này chuyển động được trong chất lỏng là nhờ hệ thống sục khí cung cấp oxy
cho nước thải. Công nghệ MBBR là công nghệ kết hợp giữa các điều kiện thuận lợi
của quá trình xử lý bùn hoạt tính hiếu khí và bể lọc sinh học. Bể MBBR hoạt động
giống như q trình xử lý bùn hoạt tính hiếu khí trong tồn bộ thể tích bể. Đây là quá
trình xử lý bằng lớp màng biofilm với sinh khối phát triển trên giá mang mà những
giá mang này lại di chuyển tự do trong bể phản ứng và được giữ bên trong bể phản
ứng được đặt ở cửa ra của bể. Bể MBBR khơng cần q trình tuần hồn bùn giống
như các phương pháp xử lý bằng màng biofilm khác, vì vậy nó tạo điều kiện thuận
lợi cho q trình xử lý bằng phương pháp bùn hoạt tính trong bể, bởi vì sinh khối
ngày càng được tạo ra trong quá trình xử lý. Bể MBBR gồm 2 loại: bể hiếu khí và bể
thiếu khí
Mơ tả q trình xử lý của bể
Trong bể hiếu khí sự chuyển động của các giá thể được tạo thành do sự
khuyếch tán của những bọt khí có kích thước trung bình được từ máy thổi. Trong
khí đó ở bể thiếu khí thì q trình này được tạo ra bởi sự xáo trộn của các giá thể
trong bể bằng cánh khuấy. Hầu hết các bể MBBR được thiết kế ở dạng hiếu khí có
lớp lưới chắn ở cửa ra, ngày nay người ta thường thiết kế lớp lưới chắn có dạng
hình trụ đặt thẳng đứng hay nằm ngang.
Vi sinh trong màng sinh học sẽ oxy hóa các chất hữu cơ, sử dụng chúng làm
nguồn dinh dưỡng và năng lượng. Như vậy chất hữu cơ được tách ra khỏi nước thải
, còn khối lượng màng vi sinh tăng lên. Quá trình xảy ra trong bể hiếu khí là phân
hủy cơ chất đầu vào và nitrat hóa. Các quá trình sinh học xảy ra trong bể:
 Oxy hóa các chất hữu cơ
CxHy Oz + (x+y/4 – z/2) O2 → x CO2 + y/2 H2O
 Tổng hợp sinh khối tế bào
N(CxHy Oz) + nNH3+ n(x+y/4 –z/2-5) O2→(C5H7NO2)n + n(x-5)CO2 + n(y-4)/2

H2 O
 Tự oxy hóa vật liệu tế bào (phân hủy nội bào)
(C5H7NO2)n + 5nO2 → 5n CO2 + 2n H2O + nNH3
 Q trình nitrit hóa
2NH3+ 3O2 → 2NO2- + 2H+ + 2 H2O (vi khuẩn nitrosomonas)
( 2NH3+ 3O2 → 2NO2- + 2H+ + 2H2O)
2NO2- + O2 →2NO2- (vi khuẩn nitrobacter)
Báo cáo nghiên cứu khoa học

Trang 9


 Tổng phản ứng oxy hóa amoni:
NH4+ + 2O2 → NO3- + 2H+ + 2H2O
Xử lý sinh học hiếu khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng lơ lửng chủ yếu
được sử dụng khử chất hữu cơ chứa carbon như q trình bùn hoạt tính, hồ làm
thống, bể phản ứng hoạt động gián đoạn, quá trình lên men phân huỷ hiếu khí.
Trong số những q trình này, q trình bùn hoạt tính hiếu khí (Aerotank) là q
trình phổ biến nhất.
Để thiết kế và vận hành hệ thống bùn hoạt tính hiếu khí dính bám một cách hiệu
quả cần phải hiểu rõ vai trò quan trọng của quần thể vi sinh vật. Các vi sinh vật này
sẽ phân huỷ các chất hữu cơ có trong nước thải và thu năng lượng để chuyển hoá
thành tế bào mới, chỉ một phần chất hữu cơ bị oxy hố hồn tồn thành CO2, H2O,
NO3-, SO42Bản chất của phương pháp là phân huỷ sinh học hiếu khí với cung cấp ơxy
cưỡng bức và mật độ vi sinh vật được duy trì cao (8.000mg/L –20.000mg/L) do vậy
tải trọng phân huỷ hữu cơ cao và cần ít mặt bằng cho hệ thống xử lý. [8]
Bảng 1. 4. So sánh hệ thống MBBR và hệ thống bể sinh học hiếu khí
Hệ thống

Tải tọng BOD

(KgBOD
m3/ngày)
MBBR
10
Bể sinh học 1.5
hiếu khí

Thời
gian MLSS (mg/L)
lưu ( giờ)

Diện tích bề
mặt ( m2/m3)

1–2
4–8

510 - 1200

8000-20000
3000-5000

Sau khi ra khỏi bể hiếu khí, nước thải tiếp tục được đưa đến bể lắng vi sinh để
lắng các bông cặn vi sinh và chất lơ lửng. Nước thải sau bể hiếu khí sẽ tự chảy vào
bể lắng vi sinh.
1.3.2 Cấu tạo và hoạt động giá thể
Nhân tố quan trọng của quá trình xử lý này là các giá thể động có lớp màng
biofilm dính bám trên bề mặt. Những giá thể này được thiết kế sao cho diện tích bề
mặt hiệu dụng lớn để lớp màng biofin dính bám trên bề mặt của giá thể và tạo điều
kiện tối ưu cho hoạt động của vi sinh vật khi những giá thể này lơ lững trong nước.

Kaldnes Miljϕteknologi AS đã phát triển những giá thể động có hình dạng và kích
thước khác nhau. Tùy thuộc vào đặc tính q trình tiền xử lý, tiêu chuẩn xả thải và
thể tích thiết kế bể thì mỗi loại giá thể có hiệu quả xử lý khác nhau. Hiện tại trên thị
trường thì có 5 loại giá thể khác nhau: K1, K2,K3, Natrix và Biofin Chip M.[8]

Báo cáo nghiên cứu khoa học

Trang 10


Bảng 1. 5. Thông số các loại giá thể
Loại giá thể

Chất liệu

Kích thước
Diện tích hữ
(mm)
dụng (m2/m3)
(DxL)
1
K1
Polyetylen
10 x 7
500
2
K2
Polyetylen
15 x 15
350

3
K3
Polyetylen
25 x 10
350
4
Natrix
Polyetylen
60 x 50
310
5
Biofin Chip M
Polyetylen
45 x 3
900
(Nguồn: Kaldnes Milj ϕ teknologi, 2001)
Tất cả các giá thể có tỷ trọng nhẹ hơn so với tỷ trọng của nước, tuy nhiên
mỗi loại giá thể có tỷ trọng khác nhau. Điều kiện quan trọng nhất của quá trình xử
lý này là mật độ giá thể trong bể, để giá thể có thể chuyển động lơ lửng ở trong bể
thì mật độ giá thể tối đa trong bể MBBR nhỏ hơn 67%. Trong mỗi quá trình xử lý
bằng màng sinh học thì sự khuyếch tán của chất dinh dưỡng (chất ô nhiễm) ở trong
và ngồi lớp màng là nhân tố đóng vai trị quan trọng trong quá trình xử lý, vì vậy
chiều dày hiệu quả của lớp màng cũng là một trong những nhân tố quan trọng ảnh
hưởng đến hiệu quả xử lý. Chiều dày của lớp màng trên giá thể động thông thường
phải nhỏ hơn 10 µm, điều này có nghĩa là chiều dày của lớp màng rất mỏng để các
chất dinh dưởng khuếch tán vào bề mặt của lớp màng. Để đạt được điều này độ xáo
trộn của giá thể trong bể là nhân tố rất quan trọng để có thể di chuyển các chất dinh
dưỡng lên bề mặt của màng và đảm bảo chiều dày của lớp màng trên giá thể mỏng.
Những nghiên cứu khác nhau đã chứng minh rằng nồng độ sinh khối trên một đơn
vị thể tích của bể là 3 – 4 kg SS/m3, giống như quá trình xử lý bằng bùn hoạt tính lơ

lửng. Vì vậy, tải trọng thể tích của bể lớn do sinh khối hình thành trên lớp màng
biofilm cao. Hiện tượng bào mịn các giá thể động xảy ra khi các giá thể chuyển
động trong bể lớn, các giá thể va chạm vào nhau, làm cho lớp màng hình thành
trong giá thể dễ bong tróc và giảm hiệu quả của q trình xử lý. [8]
STT

Báo cáo nghiên cứu khoa học

Trang 11


Biofilm

Khe khoảng trống dịng nước
di chuyển

Protozo

Hình 1. 3 Sự phát triển của lớp màng biofilm ở bên ngồi ít hơn bên trong

1.3.3 Cấu tạo và hoạt động lớp màng.
Lớp màng biofim là quần thể các vi sinh vật phát triển trên bề mặt giá thể.
Chủng loại vi sinh vật trong màng biofilm tương tự như đối với hệ thống xử lý bùn
hoạt tính lơ lửng. Hầu hết các vi sinh vật trên màng biofilm thuộc loại dị dưởng
(chúng sử dụng cacbon hữu cơ để tạo ra sinh khối mới) với vi sinh vật tùy tiện
chiếm ưu thế. Các vi sinh vật tùy tiện có thể sử dụng oxy hịa tan trong hỗn hợp
nước thải, nếu oxy hịa tan khơng có sẵn thì những vi sinh vật này sử dụng
Nitric/Nitrat như là chất nhận điện tử. Tại bề mặt của màng biofilm và lớp chất lỏng
ứ động để phân lập lớp màng biofilm với chất lỏng được xáo trộn trong bể phản
ứng. Chất dinh dưỡng và oxy khuếch tán qua lớp chất lỏng ứ động từ hỗn hợp chất

lỏng xáo trộn trong bể MBBR tới lớp màng biofilm. Trong khi chất dinh dưởng và
oxy khuếch tán thông qua lớp ứ đọng tới lớp màng biofilm, sự phân hủy sinh học
sản xuất ra những sản phẩm khuếch tán từ lớp màng biofilm tới hỗn hợp chất lỏng
được xáo trộn trong bể MBBR. Quá trình khuếch tán vào và ra lớp màng biofilm
vẫn tiếp tục xảy ra. Khi các vi sinh vật phát triển, sinh khối phát triển và ngày càng
dày đặc. Bề dày của sinh khối ảnh hưởng đến hiệu quả hòa tàn oxy và chất bề mặt
trong bể phản ứng đến các quần thể vi sinh vật. Các vi sinh vật ở lớp ngoài cùng của
lớp màng biofilm là lối vào đầu tiên để oxy hòa tan và chất bề mặt khuếch tán qua
màng biofilm. Khi oxy hòa tan và chất bề mặt khuếch tán qua mỗi lớp nằm phía sau
so với lớp ngồi cùng của màng biofilm thì sẽ được các vi sinh vật tiêu thụ nhiều
hơn so với ở lớp biofilm phía trước. Sự giảm nồng độ oxy hịa tan qua lớp màng
biofilm đã tạo ra các lớp hiếu khí, tùy tiện, thiếu khí trên màng biofilm. Những hoạt
động vi sinh vật khác nhau xảy ra trong mỗi lớp màng này vì những vi sinh vật đặc
Báo cáo nghiên cứu khoa học

Trang 12


trưng phát triển trong những môi trường khác nhau trên biofilm. Ví dụ như các vi
sinh vật trong mỗi lớp màng biofilm sẽ có một mật độ thích hợp nhất đối với môi
trường oxy hoặc cơ chất trong lớp màng này. Ở lớp màng phía trên của màng
biofilm khi nồng độ oxy hóa tan và nồng độ cơ chất cao thì số lượng vi sinh vật hiếu
khí sẽ chiếm ưu thế. Ở lớp biofilm ở sâu hơn khi nồng độ oxy và cơ chất giảm thì
những vi sinh vật tùy tiện chiếm ưu thế hơn những vi sinh vật khác. Trong những
lớp này, q trình Nitrat hốt xảy ra khi Nitrat trở thành chất nhận điện tử đối với vi
sinh vật tùy tiện. Vì vậy, những vi sinh vật ở lớp màng biofilm hay dính bám trên bề
mặt giá thể sẽ bị ảnh hưởng bởi sự khuyếch tán oxy và cơ chất giảm dần qua lớp
màng. Khi những vi sinh vật dính bám trên lớp màng biofilm ban đầu yếu thì hoạt
động xáo trộn những giá thể đó sẽ bị rửa trôi lớp màng biofilm ra khỏi giá thể. [8]
1.3.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình xử lý.

1.3.4.1 Giá thể
Diện tích thực tế của giá thể lớn, do đó nồng độ biofilm cao trong bể xử lý đến dẫn
thể tích bể nhỏ. Theo các báo cáo cho thấy, nồng độ biofilm dao động từ 3000 –
4000 gTSS/m3, tương tự với những giá trị có được trong q trình bùn hoạt tính với
tuổi bùn cao. Điều này được suy ra rằng, vì tải trọng thể tích trong MBBR cao hơn
gấp vài lần trong quá trình xử lý bằng bùn hoạt tính nên sinh khối sinh ra trong bể
MBBR cao hơn nhiều. Mật độ của các giá thể trong bể MBBR nhỏ hơn 70% so với
thể tích nước trong bể, với 67% là giá trị đặc trưng. Tuy nhiên mật độ của giá thể
được yêu cầu dựa trên đặc tính của nước thải và mục tiêu xử lý cụ thể. Giá trị thấp
hơn 67% thường được sử dụng. [8]
1.3.4.2 Độ xáo trộn
Yếu tố khác có ảnh hưởng đến hiệu suất là dòng chảy và điều kiện xáo trộn
trong bể xử lý. Độ xáo trộn thích hợp là điều kiện lý tưởng đối với hiệu suất của hệ
thống. Lớp màng biofilm hình thành trên giá thể rất mỏng, phân tán và vận chuyển
cơ chất và oxy đến bề mặt biofilm. Vì vậy, lớp màng biofilm dày và mịn không
được mong đợi đối với hệ thống. Độ xáo trộn thích hợp có tác dụng loại bỏ những
sinh khối dư và duy trì độ dày thích hợp cho biofilm. Độ dày của biofilm nhỏ hơn
100 micromet đối với việc xử lý cơ chất ln được ưu tiên. Độ xáo trộn thích hợp
cũng duy trì vận tốc dịng chảy cần thiết cho hiệu suất quá trình. Độ xáo trộn cao sẽ
tách sinh khối ra khỏi giá mang và chính vì vậy sẽ làm giảm hiệu suất của q trình
xử lý. Thêm vào đó, sự va chạm và sự ma sát của giá thể trong bể phản ứng làm cho
biofilm tách rời khỏi bề mặt phía ngồi của giá thể Kaldnes (giá mang được sử dụng
thực nghiệm). Vì điều này, giá mang MBBR được cung cấp với các rìa bên ngồi để
bảo vệ sự hao hụt của biofilm và đẩy mạnh sự phát triển của biofilm.Diện tích bề
mặt của các rìa bên ngồi khơng được tính vào diện tích thực tế của biofilm. Diện
tích trung bình hiệu quả của giá mang MBBR được báo cáo là khoảng 70% tổng
Báo cáo nghiên cứu khoa học

Trang 13

diện tích bề mặt để màng biofilm dính bám vào giá thể ở phía bên ngồi ít hơn của
giá mang. Có thể nhận thấy điều này qua hình 2.18. Theo nghiên cứu của S.
Winogradsly (1980), sau khi quan sát dưới kính hiển vi lớp màng lọc trong bể lọc
sinh học nhỏ giọt, đã tìm thấy rất nhiều vi khuẩn Zoogleal, các vi khuẩn hình que, vi
khuẩn hình sợi, nấm sợi, protozoa và một số động vật bậc cao. Một trong những
nghiên cứu nhằm ước lượng các loại khuẩn trong hệ thống lọc sinh học nhỏ giọt
được tiến hành bởi M. Hotchkiss năm 1923. Kết quả là đã tìm thấy nhiều loại vi
khuẩn khác nhau ở độ sâu khác nhau trong bể lọc. Các nhóm vi khuẩn bao gồm: vi
khuẩn khử nitrate, sulfate tạo thành từ protein, phân hủy anbumin, khử sulfate, oxy
hóa sulfite được tạo thành từ các protein nhiều nhất ở độ sâu 0,3m và giảm dần qua
lớp lọc; vi khuẩn khử sulfate hiện diện nhiều ở bề mặt và vi khuẩn oxy hóa sulfua
có nhiều nhất ở độ sâu 1,6m; các dạng vi khuẩn nitrit gia tăng theo độ sâu và có số
lượng lớn hơn các dạng vi khuẩn nitrate. [8]
Tải bản FULL (51 trang): />Dự phòng: fb.com/KhoTaiLieuAZ

1.3.4.3 Tải trọng thể tích
Vì sự khơng thể xác định chính xác diện tích thực được bao bọc bởi biofilm
trên bề mặt của giá mang, người ta đưa ra hiệu suất q trình theo thể tích bể phản
ứng thay vì diện tích bề mặt giá thể. Tuy nhiên, việc đánh giá thể tích bể phản ứng
có thể là hệ thống được so sánh với những hệ thống khác mà sử dụng tồn bộ thể
tích bể phản ứng để xử lý. Nếu chỉ xử lý thứ cấp, hiệu quả tải tương đương 4-5
kgBOD/m3.ngày đến 1215 kgBOD/m3.ngày ở mức 67% giá thể mang được lấp đầy
(cung cấp 335 m2 diện tích bề mặt giá thể trên m3 thể tích bể phản ứng). Những giá
trị BOD khơng có trong tiêu chuẩn của Hoa Kỳ. Tuy nhiên, chúng phù hợp với
Phương pháp tiêu chuẩn của Nauy và những ứng dụng của chúng đối với việc thiết
kế bể phản ứng ở Mỹ phải được thực hiện một cách thận trọng. Rusten đã báo cáo
rẳng 60g BOD5/ngày tương đương với 70 g BOD5/ngày, mặc dù nó khơng được cụ
thể hóa xem thử giá trị BOD nào là giá trị tổng hoặc là giá trị hòa tan được. Mặc dù
vậy, sự quy đổi này sẽ được sử dụng để đổi các giá trị tải thành giá trị BOD 5 cơ bản.

[8]
1.3.5 Ưu nhược điểm của phương pháp.
Ưu điểm
 Giảm chi phí hoạt động, tự động,
dễ bảo trì.
 Phù hợp với hệ thống quy mơ
nhỏ có thể được sản xuất hàng
loạt với một phạm vi khác nhau
của lưu lượng dòng chảy.
 Tiết kiệm một lượng đáng kể lao
động và tiền bạc để điều tra,
Báo cáo nghiên cứu khoa học

Nhược điểm
 Còn khá mới mẻ tại Việt Nam,
đòi hỏi người vận hành phải có
kinh nghiệm.
 Đời hỏi giá thể phải di chuyển
khắp bể.
 Có thể xảy ra q trình nổi bùn
phía sau hệ MBBR theo chu kỳ
thay màng sinh học dẫn đến hiệu
Trang 14