Nghiên cứu sử dụng cây lùn nước làm giá thể trong bể sinh học hiếu khí

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐHDL KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP. HỊ CHÍ MINH
KHOA MƠI TRƯỜNG

ĐỊ ÁN TĨT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG CAY LUN
NƯỚC LÀM GIÁ THẺ TRONG BÉ

SINH HỌC HIẾU KHÍ
Chun ngành : Kỹ thuật mơi trường

Mã số ngành : 108
nes
TRUONG

ae
y
K
BHOL -

GVHD: TSKH. Nguyễn Ngọc Bích

SVTH: Phạm Tấn Tài

ị
|

~

LỚP:

01DMT

MSSV: 10107093


LỜI CÁM ƠN
Xin chia sẽ niềm vui to lớn này với Ba - Mẹ, Anh - Chị trong

gia đình,

cảm ơn gia đình mình đã dành cho con/em tình yêu thương! Con/em xin ghi nhớ
trong lòng!
Em xin gởi lời cảm ơn đầu tiên đến q thây cơ, ban cán bộ khoa môi

trường, những người đã và đang dành cho em sự giáo dục tận tâm!
Em xin chân thành cảm ơn TS. Nguyễn Ngọc Bích, thầy hướng dẫn của em
vì sự hướng dẫn hết lịng tận tâm và vì tình cảm u thương của thầy mà em may
mắn nhận được. Em xin chân thành ghi tâm!

Trong suốt thời gian thực hiện đồ án ở phịng thí nghiệm Khoa Mơi trường

~ Đại Học Kỹ thuật Cơng nghệ Tp. Hồ Chí Minh, em ln được tạo mọi điều kiện
thuận lợi bên cạnh những hỗ trợ nhiệt tình từ phía các thầy cơ phụ trách phịng thí
nghiệm, xin chân thành cảm ơn cơ Nguyễn Thị Vu Lan, Thầy Thái Văn Nam và
những thầy cô đang phụ trách phịng thí nghiệm khoa mơi trường!

Trong thời thực hiện để án, có một điều mà tơi nhận ra rằng tơi khơng chỉ

làm việc một mình. Sự giúp đở của bàn bè luôn luôn hiện hữu. Bằng cách này hay

cách khác, các bạn đã làm cho tôi thấy rằng các bạn luôn quan tâm tôi và yêu
thương tôi. Xin cảm ơn các bạn, những người mà tôi sẽ gắn két mai!

Pham Tan Tai


Đồ án tốt nghiệp

Nghiên Cứu Sử Dụng Cây Lùn Nước Làm Giá Thể Trong Bề Sinh Học Hiếu Khí

=----------———-----—

NỘI DUNG
11.
0900090900577. ..............
s5 s£se2sSe9E*Y 24 9102308340330130330039012003010009074001101300 i
NỘI DỮNG. . . . . . . . . . . . . DANH MUC CHU VIET TAT. .....csscscsssssscssessoessssssossessnseconesssecnesnsencaneneenseneeses iii
DANH MUC CAC BANG... essssssssssssssssssscnsencsssessenssssssnsosensenssnernecnscncensenseneensenes iv

DANH MUC CAC HINH ......sssssssssssssssssesscnenccseescessssssnsssssoseansneesceacenscncenseneensess Vv

0800 1
2. << s23 S31 S3 3 19 3 30 9 9 30013 3 n40800030303000010000900000424
88.5. 01 ............. 1
I00100. 1... .............. 1

MỞ ĐẦU. . . . . . . . . .
1.1
1.2

.............. 2

1.3

(Jin...

1.4

.......ee 2
--- --- ---- + S‡*shheehherrrrrirrr
Phương pháp luận khoa học...............
Cac đặc tính phù hợp để làm giá thể xử lý nước của thân cây lùn

1.4.1

0/2

ah...

2

1.4.2

....---- 3
5-5-5525 +xtteererertrsrsrrer
Bể sinh học hiếu khí kết bám.................

1.4.3.

Cơ sở lý thuyết vé vi sinh vật sinh trưởng có định trong xử lý nước

1.44

¡n71Ẽ0ẼẮ .............

3

.. 3
se ceeeersrsrkrrsree
...........
— Việc chọn lựa loại nước thải đầu vào........-.---c

1.5

rir 4
....nnhhnhhhrrrrirrrr
+
Phương pháp nghiên cứu ..........--..........

1.1

Quá trình sinh học co ban trong xử lý nước thải........................------ 5

se s2 =s5sessesesessetesses+
..--.5-5--2 5
CHƯƠNG 1: TONG QUAN - TÀI LIỆU........................
1.1.1

Sinh trưởng của VSV..................................-ccccscerieteerrrrtrrrrrrrrrirrrre 5

112 —

...... 6
---- cc 2E E#rsereeesrrerrrsres
Hoạt tính của sinh khối vi khun..............

1.13 — Sự loại bỏ chất nền..............................---c-csScnsrrtetirierrrrrrrrrerrrriir
errriie
......
---- -cscscccreterrrrrrrr
1.1.4 — Các chất độc hại và sự ức Chế...............
.....
tre
S2
.......
. --Sinh trưởng kết bám .......
1.2
Kết bám hiếu khí...............................------56+cccseseeexeterrerrretsrrrtrrre
1.2.1
1.2.2

Mang sinh hoc ue

7
7
8
8

ee eeeeescseeesececssateesnneeensneeeseeeescsaeeesssesanseeeesneeenns 9

. 10
setztererrerrrrrerrier
- --- +5 ...........
1.2.3 — Vi sinh vật điển hình..................
1.3
Ce

Mơ tả đặc điểm nhận đạng và đặc tính sinh học của cây lùn nước.. 12

GVHD: TS NGUYEN NGOC BICH __ -i-

ee

SVTH: PHAM TAN TAI


Đồ án tốt nghiệp _

Nghiên Cứu Sử Dụng Cây Lùn Nước Làm Giá Thê Trong Bể Sinh Học Hiếu Khí
—S_

Một số công nghệ xử lý và giá thể.........................---ccccseceierrrree 13

1.4

1.4.1

.... 13
+seeseeerrereeerre

.-- - +
Lọc nhỏ giọt (Trickling Ellter)...................

1.42 — Bể tiếp xúc quay Rototix

cee

11 15
1E E.krkrkrke
Lccxc HT 10141113111

©2018. ...............
=6
...................
Fưn“cG 0ï `.
Degremont BIOFORỂ.............................................-ceseeerererrrrree
1.4.5
Một số giá thể có nguồn gốc thực vật................. .--.----cc-cccceeierrrrrree
1.4.6
5-5-2 s° ss+seeeseesetsrarasesee
..........CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP....................
Giá thể làm từ thân cây lùn nước ....................-...--- -55-55c+czcereererrrre
2.1
Tính chất và cấu trúc của giá thê từ thân cây lùn nước...................
2.1.1
2.1.2

17
19
20

22
26
26
26

Quy trình tiến hành chế tạo giá thể từ cây lùn nước ....................... 27

Quy cách giá thê......................................---ccecrrerrerrtrrerrrrrirrrree 27
.. 28
- --5- 55 5c‡£eerrererrertrte
Mơ hình bể sinh học hiếu khí......--..........
2.2
Hệ thống mơ hình xử lý..........................----- --secrererrerretrtrrrtirerrrieee 28
2.2.1
2.2.2 — Cấu tạo bể sinh học.............................---c+5cccSceeettrterrerrerrtrirrirrrre 29
Tiến hành thí nghiệm trên mơ hình ......................------:----++-++txs>t 31
2.3
Các bước chuẩn bị............................----ccsseseereerrrrrrrrrrrerrrrrrrrre 31
2.3.1
Vận hành mơ hình thí nghiệm................... -.-----¿-555Sx+esreererrerrrree 32
2.3.2
CHƯƠNG 3: KÉT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .........................---5-5-s°sesssseseseeeetseee 35
2.13

3.1

3.2
3.3
3.4
3.5

Giai doan thich nghi.......

Chế
Chế
Chế
Chế

độ
độ
độ
độ

thủy
thủy
thủy
thủy

lực
lực
lực
lực

secs sseeecseeteeteceeeeeceereeceeanseeneenensennens 35

thứ nhất (96lí/2ngày).................. ....----c-ccsstneeee
thứ 2 (96lít/1.5ngày).....................----c-cccrserrerrerree
3 (96lít/1ngày) ...................--c--cccccesrrerterrerrrrrereee
thứ 4 (96lít/0.5ngày)...................-----ccccieenerrrrie

38
42
46
49

rsrerrrsisssrsim 53
.......=sseeerssessssesaesersere
...........
KÉT LUẬN VÀ ĐÈ NGHỊ ...........<<
srrsrtetseraisee
..-- 55
2 =-ss°SstxsetSrxeeraserser
..........
TÀI LIỆU THAM KHẢO................

eee
eee
eee

GVHD: TS NGUYEN NGOQC BiCH __ -ii-

ee

SVTH: PHAM TAN TAI


Đồ án tốt nghiệp Sinh Học Hiếu Khí
Bê
Trong
Thê

Nghiên Cứu Sử Dụng Cây Lùn Nước Làm Giá
==————————=—=———ễ

DANH MUC CHU VIET TAT
AND

(Acide Désoxyribonucléique):

Axit Nucléit

BOD

( Biologycal Oxygen Demand ):

Nhu cầu ôxy sinh học

COD

( Chemical Oxygen Demand ):

Nhu cầu ơxy hóa học

DO

(Dissolvent Oxygen ):

Ơxy hòa tan

HRT

(Hydraulic Remaind Time ):

Thời gian lưu nước

SS

(Suspended Solid ):

Chat ran lo lửng
Vi sinh vat

VSV:

_—---ễ--—-—-——cằ

GVHD: TSNGUYÊNNGỌCBÍCH

-iii -

SVTH: PHAM TAN TAI


Đồ án tốt nghiệp

Nghiên Cứu Sử Dụng Cây Lùn Nước Làm Giá Thể Trong Bề Sinh Học Hiếu Khí

=.ừ...ẦẦỔƯŠồŠồƯƯƑ_——.=

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bang 2.1. Kế hoạch vận hành mơ hình và lấy mẫu thí nghiệm...........................-- 33

Bang 3.1. Két quả thí nghiệm các chỉ thị ơ nhiễm cho giai đoạn chạy thích nghi hệ
35
00101177 .....................ố.

Bảng 3.2. Hiệu suất xử lý của bề sinh học trong giai đoạn chạy thích nghĩ.......... 36
Bảng 3.3. Kết quả xử lý nước ở chế độ thuỷ lực 96lít/2ngày...........................-..-- 38

Bảng 3.4. Hiệu suất xử lý của bể sinh học ở chế độ thủy lực 1...........................- 40
Bang 3.5. Kết quá xử lý nước thải ở chế độ thuỷ lực 96lít/1.5ngày.....................- 42
Bảng 3.6. Hiệu suất xử lý của bể sinh học ở chế độ thủy lực 2............................ 45
Bảng 3.7. Kết quả xử lý nước thải ở chế độ thuỷ lực 3.........................-..------------: 46
Bang 3.8. Hiệu suất xử lý của bể sinh học ở chế độ thủy lực 3............................- 48
Bảng 3.9. Kết quả xử lý nước thải ở chế độ thuỷ lực 96 lít/0.5ngày...................-- 49
Bảng 3.10. Hiệu suất xử lý ở chế độ thủy lực 4...........................ceeeerierrerrrrrrre 50
Bang 3.11. Hiệu suất xử lý trung bình trong bốn chế độ thủy lực ...................... 52

a

GVHD: TS NGUYEN NGOQC BiCH _ - iv-

SVTH: PHAM TAN TAI


Đồ án tốt nghiệp

Nghiên Cứu Sử Dụng Cây Lùn Nước Làm Giá Thể Trong Bễ Sinh Học Hiếu Khí

------—--—

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1. Sự thải loại chất bền.......................--- S1

re

7

... 10
118 2£. tt ng ng
-- 5 2 S2 + +91 ............
Hình 1.2. Crawling CIliaf€S................
18;

50:0

1 ca...
4...

sen

li

0 8

I0

m6):

e.......

ƠƠƠƠÐƠƠƠ

1

11
11

12

.....--- 13
---+++s+ xen
Hình 1.6. Thân và lá cây lùn nước..................
Hưện 13
.....-rehhhnhhhhHiHHuhHi
- -- +
Hình 1.7. Hoa và quả cây lùn nước................
hi ii 14
hề HH ..-13
- 5 Ác S19 .........
Hình 1.8. Lọc nhỏ gIỌẲ..............

li R8: 0:07 si...

...............

15

Hình 1.10. RotofxTM đang vận hành ........................------- cnn+nhhnehhhhhHhhhhHrreg 16

l0 RSSNCrT.

1920:1222 ...............

17

...............

18

0T...

20 0V P6

Hình 1.13. Hệ thống xử lý nước có sử dụng giá thể OXYPURET"...................... 18
.........rir 19
5c + 2‡tsrterterrrrerrerrrrrrrr
Hình 1.14. Khối giá thể PACMEDIA............
.....-- 21
5c c+ccecrerrerrrrrerrrre
Hình 1.15. Hệ thống Degremont BIOFOR®.................
Hinh 1.16. Bé BIOFOR® 117.

................. 22

23
,
............
252C
Hình 1.17. Giá thể cây đâm bụt ........

rrrrrrrree 23

.----¿2s c>terertrktetierirkirrrrrr
Hình 1.18. Mơ hình xử lý nước thải..............
n0

8N co

01 1011Ẽ8.................. 24

....22211222...
St
Hình 1.20. Giá thể vụn gỗ ........2t........

24

---- -- «+ <+*e++e+esss 26
Hình 2.1. Than cây lùn nước sau khi phơi khơ ..............---..........--

... 27
Hình 2.2. Giá thể từ phần thân cây lùn nước..................
---- + ssvecsetererererrrirrrree
2iI0i0 618 40).8)0.,21 0:

NN .................. 28

GVHD: TS NGUYÊN NGỌC BÍCH

-v-

SVTH: PHAM TAN TAI

Đồ án tốt nghiệp Sinh Học Hiếu Khí
Bề
Trong
Nghiên Cứu Sử Dụng Cây Lùn Nước Làm Giá Thể
fo

Hinh 2.4. So dd hé théng xr ly ..c.cecccccsccsessesseseeseeseeeeesssesseenssneseseesneneaneeeneeneeneenes 29
Hình 2.5. M6 hinh thi nghiém ....... ccc eeeecseeeseeeeeeeeneeneeeerserseesesenessesseessesseeneees 30
Hình 2.6. Phân phối khí cấp vào bể sinh học.......................---:cc-ccsetcctetreeeerrererre 31
- ---- 37
Hình 3.1. Biểu đồ hiệu q xử lý trong giai đoạn thích nghi........................-Hình 3.2. Màng sinh học trên giá thể cây lùn nước...................--------cscseeeereererree 42
Hình 3.3. Biểu đồ hiệu quả xử lý trong giai đoạn 1 (96lít/2ngày)...................----- 42

Hình 3.4. Biểu đồ hiệu quả xử lý trong giai đoạn 2....................-..-cccsceeeiererrerree 46
Hình 3.5. Biểu đồ hiệu quả xử lý trong giai đoạn 3........................---.-c-cccceieeeere 49
ere 52
..
- --------c-c+cseerrer
Hình 3.6. Biểu đồ hiệu quả xử lý trong giai đoạn 4.................

Hình 3.7. Biểu đồ hiệu quả xử lý trong giai đoạn 4...................-..-----c-cnsccesseereree 52

sHggnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnntonunnnnnnnnnnnnnnnnnpnintnnnnnnnnnnnnnnnnnninn—_ẶằẰằằỀằỀ—

GVHD: TSNGUYỄNNGỌCBÍCH

-vi-

SVTH: PHẠM TÁN TÀI

Đồ án tốt nghiệp

Nghiên Cứu Sử Dụng Cây Lùn Nước Làm Giá Thể Trong Bễ Sinh Học Hiếu Khí

MỞ ĐẦU
1.1

Lời mở đầu

Trong hàng thế kỷ nay, các công nghệ xử lý nước thải đã và đang được phát triển

từng ngày. Nhiều kỹ thuật xử lý tỏ ra khá hiệu quả và góp phần lớn trong cơng tác

xử lý ơ nhiễm nước cũng như bảo vệ và cải thiện chất lượng nguồn nước của nhân
loại trước các mối nguy hiểm từ sự ơ nhiễm. Có rất nhiều cơng nghệ xử lý nước

thải như cơng nghệ vật lý, hóa học, cơng nghệ sinh học và các cơng nghệ tích hợp

lý - hóa - sinh giúp tăng cường hiệu quả xử lý và tiết kiệm đồng thời cung cấp

nhiều sự chọn lựa trong các giải pháp cho các nhà môi trường trước các hình thức
ơ nhiễm nước khác nhau.

Hiện nay, riêng xử lý nước thải theo kỹ thuật sinh học hiếu khí kết bám đã rất phổ

biến và tỏ ra rất có hiệu quả với một số loại nước thải nhất là nước thải đô thị hay
nước thải sinh hoạt. Các loại giá thể được dùng rất đa dạng tùy theo tính chất và

mức độ ô nhiễm của nước thải. Mỗi loại giá thể sẽ khác nhau về cấu trúc khơng

gian, diện tích bề mặt tiếp súc, khối lượng, vật liệu... và vì thế, tính năng cũng

như giá thành cũng rất khác. Việc tìm ra một loại giá thể mới, rẻ tiền, dễ sản xuất,
hiệu suât xử lý cao là vân đề khoa học nghiêm túc.

Đề tài Nghiên Cứu Sử Dụng Cây Lùn Nước Làm Giá Thể Trong Bễ Sinh Học

Hiếu Khí được hình thành dựa trên các cơ sở khoa học chuyên mơn về xử lý nước
thải, các đặc tính phù hợp của thân cây lùn nước khi được sử dụng làm giá thể xử

lý nước thải theo phương pháp sinh học hiếu khí kết bám. Việc làm này nhằm tìm
hiểu và khẳng định khả năng xử lý nước thải của giá thể cây lùn nước và nhằm
cung cấp cho mọi người thêm một chọn lựa khác trong các loại giá thể xử lý nước

thải.

1.2 Mục đích của đồ án
Đồ án được thực hiện nhằm tìm hiểu mức độ xử lý ơ nhiễm hữu cơ trong nước
thải mà cụ thể là lấy chỉ số COD và Nitơ (Kendal) làm chỉ số khảo sát hiệu quả xử

lý của giá thể làm từ thân cây lùn nước. Bên cạnh chỉ số khảo sát hiệu quả xử lý
chính là COD, đồ án cịn đưa vào các chỉ số phụ như pH, SS, và DO. Các chỉ sỐ

nnne——————
nnnnnnnnnn
co
nnnnnnnnnn
c

nngnnnnnnn
ỹỹỹnnnnnnn
—c
——:

GVHD: TSNGUYÊN NGỌCBÍCH

-1-

SVTH: PHAM TAN TAI


Đồ án tốt nghiệp

ee

Nghiên Cứu Sử Dụng Cây Lùn Nước Làm Giá Thê Trong Bể Sinh Học Hiếu Khí
ee

phụ được ghi nhận làm cơ sở để điều chỉnh và vận hành mơ hình xử lý theo cách

tốt nhất.

Là một đồ án khoa học thí nghiệm trên mơ hình nên trong đồ án có bao gồm các

chỉ tiết về việc xây dựng mơ hình hệ thống xử lý nước sử dụng giá thể nêu trên
cùng với chỉ tiết về giá thể và các ghỉ nhận kết quả thí nghiệm.
Mức độ thành công của đồ án phụ thuộc nhiều vào hiệu quả xử lý nước thải mà

giá thể trên đáp ứng được.

1.3. Nội dung đỗ án
Đồ án bao gồm các nội dung chính như sau:

&

- Tìm hiểu các thơng tin khoa học về VSV trong xử lý nước thải theo công
nghệ hiếu khí bao gồm: chủng loại VSV, q trình sinh trưởng và phát triển,
các điều kiện cần thiết cho quá trình phát triển của chúng:

- Tìm hiểu về cơng nghệ xử lý nước thải theo phương pháp sinh trưởng kết
bám hiếu khí;

-_ Thu thập các thơng tin liên quan đến cây lùn nước, các đặc tính phù hợp với

kỹ thuật xử lý nước thải theo phương pháp kết bám hiếu khí;

-_ Xây dựng mơ hình thí nghiệm: Vật liệu, kích thước, chỉ tiết cấu tạo và sơ đồ

hệ thống thí nghiệm;

-_ Các bước tiến hành thí nghiệm, các thơng số khảo sát được ghi nhân;
- Théng ké kết quả, tính tốn hiệu suất xử lý và nhận xét khả năng xử lý nước
của giá thê;

-_ Kết luận và đưa ra quan điểm về đồ án;
1.4

Phương pháp luận khoa học

Đề án hình thành dựa trên các nhận định ban đầu về:

1.4.1 Các đặc tính phù hợp để làm giá thể xử lý nước của thân cây lùn
nước

Thân cây lùn nước là loại vật liệu thiên nhiên, rất nhẹ, có nhiều lỗ nhỏ chạy đọc
thân, có thể bền trong mơi trường nước trong thời gian vài tháng khi chưa được
_—ỄẰỄẰỄẰỄẰỀỄ-—--Ầ

GVHD: TSNGUYÊNNGỌCBÍCH

-2-

SVTH: PHAM TAN TAI


Đồ án tốt nghiệp

-

Nghiên Cứu Sử Dụng Cây Lùn Nước Làm Giá Thể Trong Bề Sinh Học Hiếu Khí
r.:..........__¬__x
gia cố gì hết, là loại cây hoang dai, dé trồng, phát triển nhanh, có rất nhiều ở vùng
sơng nước... Tất cả cho thấy đây có thể là loại giá thể phù hợp với việc xử lý
nước thải.

1.4.2 Bé sinh học hiếu khí kết bám

Sử dụng bể sinh học hiếu khí là một kỹ thuật xử lý nước thải tập trung vào việc

xử lý lượng ô nhiễm hữu cơ trong nước thải (có thể xử lý một phần nitơ). Cấu tạo
bề tương đối đơn giản, thời gian lưu nước rất đa dạng tùy theo loại giá thể và loại
nước thải đầu vào. Hiệu suất xử lý khá cao đối với nước thải sinh hoạt hay nước

thải đơ thị (có thể đạt 80% BOD). Nguồn tài liệu khoa học chuyên môn về công
nghệ này cùng với các loại giá thể tương ứng cũng không quá hạn chế.
1.4.3 Cơ sở lý thuyết về vi sinh vật sinh trưởng cố định

thải

trong xử lý nước

Trong thực tế khi môi trường đảm bảo được đủ chất dinh dưỡng (chất nền) cộng

với sự có mặt của lớp giá thể thích hợp thì q trình sinh trưởng cố định sẽ chiếm
ưu thế so với sinh trưởng lơ lửng. Cho dù trong điều kiện hiếu khí hay ky khí thì
lượng bùn sinh ra cũng hạn chế hơn so với sinh trưởng lơ lửng. Một hệ thống có
sự tham gia của quá trình sinh trưởng cố định sẽ dễ dàng khởi động hơn. Dù cho

có sự gián đoạn một thời gian thì việc vận hành trở lại cũng khơng gặp nhiều khó

khăn đối với hệ thống này .
1.4.4 Việc chọn lựa loại nước thải đầu vào
Vì giá thể làm từ thân cây lùn nước là một loại giá thể hoàn toàn mới chưa có
trong kỹ thuật xử lý nước thải trước đây. Đề án được thực hiện với mục đích là

khảo sát khả năng xử lý nước thải của giá thể này thơng qua thí nghiệm mơ hình
cho nên tác giả có chủ ý lựa chọn loại nước thải đầu vào có tính chất ơ nhiễm
khơng q phức tạp, nộng độ ô nhiễm không quá cao và trong khả năng xử lý của

hệ thống. Loại nước thải được chọn xử lý thí nghiệm là nước thải đơ thị với chỉ số
ơ nhiễm được khống chế tương dương COD = 600 mg/l.

Với các cở sở ban đầu mà tác giả nhận thây, tác giả lây đó làm cơ sở lý luận cho

việc hình thành và thực hiện đỗ án này.

GVHD: TSNGUNNGỌCBÍCH

-3-

SVTH: PHẠM TẤN TÀI


Đồ án tốt nghiệp

Nghiên Cứu Sử Dụng Cây Lùn Nước Làm Giá Thê Trong Bể Sinh Học Hiếu Khí

a

1.5

Phương pháp nghiên cứu

- Tham khảo - tổng hợp - trích dẫn tài liệu khoa học chuyên môn từ các nguồn
như sách kỹ thuật xử lý nước thải, các tài liệu về vi sinh vật trong xử lý ô

nhiễm môi trường, các trang web trong và ngoài nước đăng tải các vấn đề
môi trường liên quan, và các đồ án tương tự trước đây.

- Thu hoạch và chế tạo giá thể. Chụp ảnh tư liệu của cây lùn nước tại vùng
sinh thái tự nhiên, đo đạt quy cách giá thé.

- Thiết kế và xây dựng mơ hình xử lý nước thải theo cơng nghệ của bể sinh

học hiếu khí kết bám. Chuẩn bị nguồn vật tư và thiết bị như kính, inox, keo
silicon, ơng nhựa, máy nén khí, dao cắt...

- _ Tạo nguồn vi sinh vật giống để cây vào bể sinh học hiệu khí kết bám;
-

Vận hành và điêu chỉnh hệ thông xử lý;

-

Ký hiệu mẫu, chọn điểm và thời điểm lây mẫu. Lây mâu và phân tích mẫu

theo phuong phap tiéu chuan cia MY (American Standard Methods);

- Lap bang biéu thống kê kết quả phân tích mẫu;
-_ Lập biểu đồ thể hiện sự biến đổi hiệu suất xử lý đôi với từng chỉ sô ô nhiễm
theo từng chế độ thủy lực của hệ thống:

-_

Trong từng bước tiến hành đồ án, tham khảo ý kiến của giao viên hướng dẫn;

a ga

GVHD: TSNGUYÊNNGỌCBÍCH

-4-

SVTH: PHAM TAN TAI


CHUONG

1:

TONG QUAN - TAI LIEU

sẻ Quá trình sinh học cơ bản trong xử ly nước thải

* Sinh trưởng kết bám
wk Mơ tá đặc điển nhận dạng và đặc tính sinh học của cây lùn nước
ab Một số công nghệ xử lý và giá thể


Đồ án tốt nghiệp

Nghiên Cứu Sử Dụng Cây Lùn Nước Làm Giá Thể Trong Bế Sinh Học Hiếu Khí
———

CHUONG 1:

TONG QUAN - TAI LIEU
1.1

Quá trình sinh học cơ bản trong xử lý nước thải

Xử lý nước thải bằng tác nhân sinh học dựa vào các dạng lên men khác nhau. Lên
men là sự phân huỷ một số chất hữu cơ, chúng thường kèm theo sự thốt khí dưới
tác dụng của các enzym đo vi sinh vật tiết ra.

1.1.1 Sinh trưởng của VSV

Nếu mơi trường thích hợp thì sau khi cấy, VSV sẽ phát triển cho đến khi các chất
dinh đưỡng cạn kiệt. Tiến trình sinh trưởng và phát triển này bao gồm nhiều giai
đoạn:

%

Giai đoạn tiềm tàng

Trong giai đoạn này, tế bảo tổng hợp các enzym cần thiết cho sự chuyên hoá chất
nền (chất dinh đưỡng trong nước thải). Giai đoạn này thật sự quan trọng khi mà

nước thải không được cấy VSV thích hợp trước (trường hợp của một số loại nước

thải công nghiệp). Trong suốt giai đoạn này khơng có sự tái tạo tế bào. Như vậy

tốc độ sinh trưởng bằng 0:

X=

Cie = Xo

Xẹ : là mật độ tế bào ở thời điểm t = 0.

_—=0
dị

&

Giai đoạn sinh trưởng theo số mũ

Giai đoạn này đạt được khi tỉ lệ tái tạo tế bào đạt mức cao nhất và ôn định trong
điều kiện không hạn chế nồng độ chất nền. Giai đoạn này được đánh giá bằng thời

gian sinh trưởng t; hoặc là gấp đôi số lượng vi khuẩn tối thiểu. Trong giai đoạn
này, tốc độ sinh trưởng

N

=0 tăng tỷ lệ thuận với X (từ đó có được đường cong

ỊỒẳằỒỒƠƠ =œ==
ằằằằ
.....==œ
KH
....

GVHD: TSNGUNNGỌCBÍCH

-5-

SVTH: PHẠM TẤN TÀI

Đồ án tốt nghiệp

Nghiên Cứu Sử Dụng Cây Lùn Nước Làm Giá Thể Trong Bề Sinh Học Hiếu Khí
eee

hàm mũ). Trên trục tung bán logarit, đường cong này có dạng của một đường
thắng. Phương trình:

La.
dt X

.

Với H„

Sta

.

HL,

¬-

là tỉ lệ sinh trưởng cực đại hoặc: bos

Log2 _ 0.693

t, duoc xat dinh vi Xz = 2X, : t, =

#.

1, _=H, Œ,~f)

KH,

Giai đoạn chậm dần

Giai đoạn này tương ứng với sự cạn kiệt của môi trường nuôi cấy cùng với sự biến

mắt của một hay nhiều phần tử cần thiết cho sự sinh trưởng của VSV. Trong một
vài trường hợp, giai đoạn này được gây ra bởi sự tích tụ các sản phẩm ức chế sinh
^

cA

x

A
A
7
A
`
,
ra trong q trình chuyển hố vật chât của VSV. X tiếp tục tăng nhưng

dX

¬

lại

.

giảm.

%

Giai đoạn ơn định

X đạt trị số X„a„ . Sự sinh trưởng dừng lại ngay cả khi các tế bào vẫn còn một hoạt
động chun hố nào đó.

#.

Giai đoạn suy giảm

Mật độ tế bào giảm xuống vì số lượng tế bào bị chết tăng do các enzym tự tiêu
huy.

1.1.2 Hoạt tính của sinh khối vi khuẩn
Trong tất cả các phương pháp lên men, khối lượng của các vi sinh hiện có là một

thơng số quan trọng, đó là mức độ hoạt động của VSV mà người ta đang tìm cách
tối ưu hố.

Nhiều phương pháp đã được đề suất để đo sinh khối vi sinh như phương pháp đo
(dcide
AND _
do
pháp

phương
Triphosphate),
(Adénosine
ATP
Désoxyribonucléique), phuong pháp đo hoạt tính khử hydro. Tuy nhiên người ta
thường dùng phương pháp đo nhịp thở.

GVHD: TSNGUYỄN NGỌCBÍCH

-6-

SVTH: PHẠM TẤN TÀI


Đồ án tốt nghiệp

-

/

Nghiên Cứu Sử Dụng Cây Lùn Nước Làm Giá Thể Trong Bề Sinh Học Hiệu Khí
=e

1.1.3 Sw loai bé chat nén

Với một khối lượng vi sinh đã cho, tốc độ biến mắt của chất nền S theo thời gian
có thê có nhiều dạng. Người ta thường dùng khái niệm cấp phản ứng. Một phản

ứng bằng không nếu như

©

t

=hing số. Điều đó có nghĩa là tốc độ phản ứng

không phụ thuộc vào nồng độ chất nền. Trong trường hợp ngược lại chúng ta có

dang quan hệ: “ = K 6”. Người ta gọi đó là phản ứng cấp n.
Khi xử lý nước, tiến trình của S theo thời gian với một khối lượng vi sinh đã cho

và không đổi, thường có dạng:

Vv

S

Hình 1.1. Sự thải loại chất bền

Ở thời gian đầu chúng ta có phản ứng cấp 0. Sau đó khi nồng độ chất nền trở nên

thấp hơn một giá trị nào đó thì có sự thay đổi cấp phản ứng và như vậy có sự chậm

dần của của tốc độ biến mất chất nền. Điều đó cũng có nghĩa là những phần cuối

cùng của chất nền thường khó bị thải loại. Giai đoạn đầu tiên tương ứng với
những hiện tượng phức tạp của sự hấp thụ sinh học và của sự kết bông các chất

keo; tiếp theo đó là sự biến mắt của chất nền mà chúng liên quan đến việc các vi

khuẩn sử dụng chất nên.
1.1.4 Các chất độc hại và sự ức chế

Sự phát triển của vi sinh vật địi hỏi các điều kiện mơi trường khá nghiêm ngặt.

Trong các điều kiện đó thì nhiệt độ và pH đóng vai trị hết sức quan trọng. Môi

trường cũng không được chứa các chất độc hại hay các chất ức chế làm cho hoạt
động của VSV bị chậm lại hoặc bị đừng lại một cách không thuận nghịch.
Phần lớn các kim loại nặng đều là chất độc hại với vi khuẩn trong xử lý nước.

Điều đó thường xảy ra với Đồng, Crom, Niken, Thuỷ Ngân và Chì. Các kim loại
này phản ứng với hay giữ nguyên một số enzym mà chúng giữ lại khi thắm qua

ẽ
C
====Ơẽ

GVHD: TSNGUNNGỌCBÍCH

-7-

SS

SVTH: PHAM TAN TAI


Đồ án tốt nghiệp

Nghiên Cứu Sử Dụng Cây Lùn Nước Làm Giá Thể Trong Bễ Sinh Học Hiếu Khí

màng tế bào, hoặc là phá huỷ hay làm thay đổi hoạt tính của enzym hay làm thay
đổi tính thấm của màng tế bào. Các anion như là Xyanua, Clorua, Asenat, Cronat,

Bicronat, đều có phản ứng tương tự. Các Halogen và một số hợp chất hữu cơ cũng
có thê tham gia vào quá trình phân huỷ protein hay phá huỷ một số thành phần của
tê bào.

Với các chất độc hại khác nhau, VSV

cũng sẽ có sự nhạy cảm (Sensitive) khac

nhau. Sự nhạy cảm này phụ thuộc vào trạng thái lý học của chúng. Một số chủng
vi khuẩn lại có khả năng giải déc (Detoxication) nhu Xyanua hay Phenol.

Thực tế cho thấy, một số kim loại có thể tham gia vào thể kết bông vi khuẩn dưới

dạng hữu cơ - kim loại mà không làm rối loạn sự sinh trưởng của vi khuẩn. Tuy
nhiên cần lưu ý rằng nếu lượng kim loại trong bùn vượt mức cho phép thì sẽ làm

cho bùn trở nên độc hại và có thể khơng sử dụng lại cho nơng nghiệp. Khi đó bản

thân một số chất chuyển

hố trở thành chất ức chế cho các hoạt động vi sinh.

(Nguôn: Số Tay Xử Lý Nước Tập ])

1.2 Sinh trưởng kết bám
1.2.1 Kết bám hiếu khí
Phương pháp sinh trưởng kết bám (4/ached Growih) thường dùng để loại bô chất

hữu cơ trong nước thải (BOD). Nó cũng được dùng để hồ trợ cho q trình nitrat
hóa. Q trình sinh trưởng kết bám có thể ứng dụng trong bể lọc nhỏ giọt
(Trickling Filters), bé tiép xuc sinh hoc quay (Rotating Biological Contactors),

hay bê nitrat hóa dùng giá thể có định (Fixed-film Nitrification Reactors)...Theo
Metcalf and Eddy, 1991.
Trong bê phản ứng sinh học kết bám, chất bân trong nước thải bị phân hủy bởi số

lượng lớn VSV ( có thể là VSV hiếu khí, ky khí hay VSV tùy nghỉ) sống bám trên

bề mat vat ligu loc (Media). Cac loai VSV (Aerobic, Anaerobic, and Facultative)

tạo một cái màng sinh học hay một lép nhon (Biological Slime Layer ) trén bề mặt

giá thể. Các chất hữu cơ từ trong nước thải bị hấp thu lên lớp màng sinh học hay

lớp nhờn này. Ở phần (lớp) ngồi của lớp nhờn sinh học này, VSV hiểu khí

(Aerobic Microorganisms) sẽ phân hủy các vật chất hữu cơ. Khi VSV phát triển,
độ dày của lớp màng này cũng tăng lên và ôxy cũng bị sử dụng hết trước khi nó có
thể thâm nhập vào tận trong cùng của lớp màng sinh học. Theo cách đó, một mơi

trường ky khí sẽ hình thành ở gần sát bề mặt giá thể. Các vi sinh vật ở gần bề mặt

=7...

GVHD: TS NGUYEN NGQC BICH_

666

-8-

Ô

c=..:ssssằsaaaeẹwm

SVTH: PHAM TAN TAI


Đồ án tốt nghiệp

Nghiên Cứu Sứ Dụng Cây Lùn Nước Làm Giá Thể Trong Bề Sinh Học Hiếu Khí

giá thể khơng lấy được nguồn hữu cơ bên ngồi vì thế chúng có xu hướng hơ hấp
nội sinh. Đây là ngun nhân làm cho VSV mất đi khả năng bám vào bề mặt giá
thể và chúng dễ bị nước cuốn trôi đi lớp màng nhờn khỏi giá thể. Hiện tượng này
duoc goi 1a su tréc ra (Sloughing), đồng thời một lớp màng sinh học mới sẽ được
hình thành. Hiệu quả xử lý Nitơ và chất bân hữu cơ trong nước là khá cao (theo
nghiên cứu của Chiu và các công sự - 1996) khi áp dụng tiến trình sinh học hiểu

khí kết bám trên bể phản sinh học có lớp giá thể cố định cùng dịng khí và nước
thải đi từ bên dưới lên.

Một nghiên cứu của Westerman và các cộng sự vào năm 1298 nhằm đánh giá mức

độ xử lý nước thải từ công nghiệp chăn nuôi lợn đối với bể sinh học hiếu khí kết

bám sử dụng giá thể cố định. Một mơ hình (Pilot) xử lý với lưu lượng lên đến
8m”/ngày được theo dõi trong suốt 12 tháng. Hệ thống xử lý gồm có hai bê phản

ứng đặt nối tiếp. Các bể phản ứng sinh học có tổng thể tích là 1.76mỶ và giá thê
bên trong là nhựa dẻo. Tải lượng trung bình là 6.6 kgCOD/ngày/m giá thể. Hệ

thống đã loại bỏ được 72% COD, 57% V§ và 76% SS, 49% N tổng. Hiệu quả xử

lý bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ khi mà hiệu suất xử lý cao nhất vào các tháng nóng.

Có thể nhận thấy rằng ứng dụng q trình sinh trưởng kết bám vào cơng tác xử lý

nước thải ngày càng trở nên phổ biến và cho kết quả cao. Ngày càng có nhiều giá

thê mới được nghiên cứu, mở ra một triển vọng tốt cho ngành xử lý nước thải.

(Nguồn: Dịch từ "Allison Paige Kirkpatrick. December 2001. Evaluation of an

attached growth organic media bioreactor for swine waste treatment and odor
abatement).
1.2.2 Mang sinh hoc

Phần lớn các vi sinh có khả năng xâm chiếm bề mặt của một vật thê rắn (giá thể)

trong môi trường nước có đủ ơxy, chất hữu cơ và muối khống (Mineral) ... Việc
cố định trên bề mặt vật rắn được

thực hiện nhờ một chất keo Exopolymeres

Polyme do vi khuan tiét ra va bén trong chất keo đó vi khuẩn có thể chuyên động

nhất định. Việc xâm chiếm bể mặt giá thé lúc đầu thực hiện ở một số điểm và từ

những điểm này, màng sinh học sẽ phát triển rộng ra cho tới khi nào toàn bộ bề

mặt giá thể được bao phủ một lớp đơn tế bào. Từ lúc đó trở đi, các tế bào mới sinh
ra và tiếp tục bao phủ lên lớp ban đầu.

GVHD: TSNGUYÊNNGỌCBÍCH

-9-

SVTH: PHẠM TẤN TÀI


Đồ án tốt nghiệp

Nghiên Cứu Sử Dụng Cây Lùn Nước Làm Giá Thể Trong Bễ Sinh Học Hiếu Khí
Ơxy và chất dinh dưỡng được nước cần xử lý vận chuyển và khuếch tán qua bề
dày của lớp màng sinh học cho tới khi nào mà lớp tế bào trong cùng không thê
tiếp xúc được. Sau một thời gian nhất định sẽ xuất hiện sự phân tầng của màng
sinh học, với lớp ưa khí chồng lên lớp ky khí. Tầm quan trọng của hai lớp này phụ
thuộc vào loại chất phản ứng và chất nên.

Việc ứng dụng màng sinh học trong xử lý nước cho thấy rằng: Chừng nào màng
sinh học có độ dày mà sự khuếch tán ơxy trở nên hạn chế ở các lớp sâu bên trong
thì tỷ lệ sử dụng chất nền sẽ ổn định tại một hằng số. Bề đày hiệu quả của màng
sinh hoc là từ 300 - 400 micromet;
Nói chung, hoạt tính của vị khuẩn cố định trên giá thể

cao hơn hoạt tính của vi

khuẩn trong trạng thái tự do. (Nguồn: Số Tay Xử Lý Nước Tập I)

1.2.3 Vi sinh vật điển hình
*

Crawling Ciliates

Là lồi vi khuẩn có léng mao di chuyén dugc, c6 thé tìm thấy chúng trong các bể

phản ứng sinh học kết bám.

Hình 1.2. Crawling Ciliates
+

Rotifers

Là một quần thé (Population) gdm nhiều lồi tế bào vi sinh sống bám trên vật liệu
có cầu trúc xốp. Rất nhạy cảm với mơi trường có tải lượng BOD cao cùng với độc

tố (toxin). Chúng có thể làm giảm BOD, độ đục, đồng thời có khả năng kiểm soát

EE

GVHD: TS NGUYEN NGOQC BICH__

- 10 -

SVTH: PHAM TAN TAI

Đồ án tốt nghiệp

Nghiên Cứu Sử Dụng Cây Lùn Nước Làm Giá Thể Trong Bễ Sinh Học Hiếu Khí
TT

—

q trình phát triển của màng nhờn cái mà có thế dẫn đến điều kiện ky khí. Chúng
cũng có khả năng làm tăng cường sự thâm thấu ôxy.
a:

Hinh 1.3. Rotifers

(Nguon: hitp:/www.environmentalleverage.com/microscopic%20analyses.him)

*

Nematode (Giun trén)

Giun trịn là lồi động vật khơng xương sống tự do, thường chỉ thị cho bùn lâu
ngày tuổi, chỉ số MLSS cao, tỉ số F/M thấp hay MCRT cao. Chúng ăn các lồi vi
khuẩn khác. Giun trịn và giun tơ là các lồi thường có mặt trong nước thải, chúng

chỉ thị cho môi trường giàu Nitrat và làm cho hệ thống chuyển sang màu có màu
hong.

Hinh 1.4. Giun tron

(Nguon: hitp:/www.environmentalleverage.com/microscopic%20analyses.htm)