Nghiên cứu xử lý chất ô nhiễm hữu cơ và nitơ trong nước thải chế biến thủy sản bằng hệ thống kết hợp bể thiếu khí (ANOXIC) và bể sinh học màng (MBR)
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.27 MB, 47 trang )
BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TPHCM
Bộ môn: Phương pháp nghiên cứu khoa học
Đề tài:
Nghiên cứu xử lý chất ô nhiễm hữu cơ và
nitơ trong nước thải chế biến thủy sản bằng hệ
thống kết hợp bể thiếu khí (ANOXIC) và bể
sinh học màng (MBR).
Gvhd: Đinh Nguyễn Trọng Nghĩa
Nhóm: 15
Tp.HCM, ngày 31 tháng 7 năm 2014
BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TPHCM
Bộ môn: Phương pháp nghiên cứu khoa học
Đề tài: Nghiên cứu xử lý chất ô nhiễm hữu cơ và nitơ trong nước thải chế
biến thủy sản bằng hệ thống kết hợp bể thiếu khí (ANOXIC) và bể sinh học
màng (MBR).
Gvhd: Đinh Nguyễn Trọng Nghĩa
Nhóm: 15
DANH SÁCH NHĨM:
1. Nguyễn Hồng Ánh Linh
2006120130
2. Trần Công Lý
2006120146
3. Hồ Lê Phương Ngân
2006120165
4. Nguyễn Thị Ngọc Phương
2006120147
5. Nguyễn Ngọc Xuân Tâm
2006120108
6. Trần Đức Thiên
2006120162
7. Võ Thị Yến Thu
2006120139
8. Nguyễn Thị Minh Thùy
2006120132
BẢNG PHÂN CƠNG CƠNG VIỆC:
Họ và tên
1. Nguyễn Hồng Ánh Linh
2. Trần Công Lý
Công việc
Lược khảo tài liệu.
Phụ lục (mục 3,4)
Viết lời cảm ơn.
Chương 4
Tổng hợp word.
3. Hồ Lê Phương Ngân
Viết lời mở đầu.
Mục 1,2,3,4 Phần II (chương 3)
4. Nguyễn Thị Ngọc Phương
5. Nguyễn Ngọc Xuân Tâm
6. Trần Đức Thiên
Mục 5,6 phần II (chương 3)
Tài liệu tham khảo.
Phần I (chương 5)
Lược khảo tài liệu.
Làm PP
Phần I (chương 3)
Chương 2
7. Võ Thị Yến Thu
Tài liệu tham khảo.
Phụ lục (mục 1,2)
Chỉnh sửa, định dạng word.
8. Nguyễn Thị Minh Thùy
Bảng danh mục các từ viết tắt.
Phần 2 (chương 5).
3
Kí tên
LỜI MỞ ĐẦU
Nước là nguồn gốc của sự sống cho tất cả các loài sinh vật trên trái đất. Nước chiếm
gần 70% trọng lượng của cơ thể con người nên nước là một trong những nhu cầu thiết
yếu để đảm bảo sự sống của con người nói riêng và của sinh vật nói chung. Tất cả các
hoạt động sống của con người đều phải sử dụng nước để sản xuất và sinh hoạt. Ở nước
ta, cùng với sự gia tăng dân số và sự phát triển công nghiệp, hiện trạng ô nhiễm môi
trường ngày càng gia tăng do hình thành các khu đô thị, khu dân cư, khu công nghiệp
ngày càng nhiều.
Đặc biệt vấn đề ô nhiễm hữu cơ do các ngành chăn nuôi chế biến thủy sản đang phát
triển trên khắp nước Việt Nam đang được quan tâm nhiều hiện nay, hệ thống xử lý
nước thải của các nhà máy chế biến thủy sản chủ yếu dựa trên công nghệ xử lý truyền
thống là bể bùn kị khí, bùn hiếu khí. Các bể này địi hỏi tiêu tốn nhiều năng lượng cho
quá trình vận hành và chỉ chịu được ở tải trọng thấp. Trong khi đó, q trình cơng
nghiệp hố, đơ thị hố, gia tăng dân số đang ngày càng tăng làm phát sinh một lượng
nước thải ngày càng lớn, nếu khơng xử lý thích hợp trước khi thải ra các nguồn tiếp
nhận thì sẽ gây ơ nhiễm mơi trường rất nghiêm trọng. Phần lớn nước thải từ ngành
công nghiệp chế biến thủy sản có tải trọng hữu cơ cao.
Hiện nay, vấn đề tái sử dụng nước đang ngày càng cấp thiết, địi hỏi phải có các cơng
nghệ tiên tiến, phù hợp với các tiêu chí: tận dụng lại nguồn nước sau xử lý, tiết kiệm
năng lượng, diện tích, chi phí vận hành... Các cơng nghệ truyền thống khơng đáp ứng
được các tiêu chí này. Do đó, cơng nghệ màng đã được phát triển và ứng dụng rộng rãi
nhằm đáp ứng với những tiêu chí đó. Vì vậy đề tài “Nghiên cứu xử lý chất ô nhiễm
hữu cơ và nitơ trong nước thải chế biến thủy sản bằng hệ thống kết hợp bể thiếu
khí (ANOXIC) và bể sinh học màng (MBR)” được thực hiện nhằm góp phần tìm ra
giải pháp khử các chất ơ nhiễm hữu cơ có trong nước thải chế biến thủy sản một cách
hiệu quả là cần thiết.
LỜI CẢM ƠN
Trải qua hơn hai tuần kể từ khi nhận đề tài, cuối cùng chúng em cũng hoàn thành
nhiệm vụ đề tài đề ra là” Nghiên cứu xử lý chất ô nhiễm hữu cơ và nitơ trong nước
thải chế biến thủy sản bằng hệ thống kết hợp bể thiếu khí (ANOXIC) và bể sinh học
màng (MBR)”. Để hồn thành tốt đề tài này, ngoài nỗ lực của bản thân, chúng em đã
nhận được sự giúp đỡ rất tận tình của thầy Đinh Nguyễn Trọng Nghĩa.
Chúng em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy Đinh Nguyễn Trọng Nghĩa đã nhiệt tình
giảng dạy, trang bị kiến thức và tạo mọi điều kiện tốt nhất cho chúng em có thể hồn
thành đề tài. Chúng em kính chúc thầy ln mạnh khỏe và thành cơng trong cơng tác
giảng dạy.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 31 tháng 7 năm 2014
Nhóm 15
5
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
CHỮ VIẾT TẮT
TIẾNG ANH
NGHĨA TIẾNG VIỆT
BOD
Biochemical Oxygen Demand
Nhu cầu oxy sinh hóa
bsCOD
Biodegradable
Soluble COD hịa tan
Chemical
Oxygen Demand
COD
Chemical Oxygen Demand
Nhu cầu oxy hóa học
DO
Dissolve Oxygen
Oxy hịa tan
HRT
Hydraulic Retention Time
Thời gian lưu nước
MBR
Membrane Bioreactor
Phản ứng sinh học màng
MF
Microfiltration
Màng vi lọc
MLSS
Mixed
Liquid
Suspended Cặn lơ lửng của hỗn hợp
bùn hoạt tính
Solid
MLVSS
Mixed
Liquid
Volatile Cặn lơ lửng bay hơi của
Suspended Solid
hỗn hợp bùn hoạt tính
NF
Nanofiltration
Màng lọc Nano
OLR
Organic Loading Rate
Tải trọng hữu cơ
PAOs
Phosphate Accumulating
Vi
Organisms
photpho
PHB
Readily
vật
tích
lũy
Polyhydroxybutyrate
rbCOD
sinh
Chemical
Biodegradable COD sẵn sàng phân hủy
sinh học
Oxygen Demand
RO
Reverse Osmosis
Màng thẩm thấu ngược
SRT
Sludge Retention Time
Thời gian lưu bùn
TKN
Total Kjeldahl nitrogen
Tổng nitơ Kjeldahl
TMP
Trans – Membrane Pressure
Áp suất qua màng
TOC
Total Organic Carbon
Tổng cacbon hữu cơ
UF
Ultrafiltration
Màng siêu lọc
US.EPA
United State Environmental Cục bảo vệ môi trường Mỹ
Protection Agency
7
DANH MỤC BẢNG:
Bảng 1: Các thơng số tính tốn để chạy mơ hình nghiên cứu MBR
Bảng 2 : Các thơng số đã tính tốn để chạy mơ hình nghiên cứu bể Anoxic
Bảng 3: Các thơng số tính tốn để chạy mơ hình nghiên cứu bể MBR
Bảng 4: Các thơng số tính tốn để chạy mơ hình nghiên cứu bể Anoxic
Bảng 5: Kết quả phân tích chỉ tiêu tải trọng thích nghi (pH, COD, MLSS, MLVSS)
Bảng 6: Giá trị các thông số ơ nhiễm làm cơ sở tính tốn giá trị tối đa cho phép
Bảng 7: Giá trị hệ số Kq ứng với lưu lượng dịng chảy của sơng, suối, kênh, mương,
khe, rạch tiếp nhận nước thải
Bảng 8: Giá trị hệ số Kq ứng với dung tích hồ, ao, đầm tiếp nhận nước thải
Bảng 9: Giá trị hệ số Kf ứng với lưu lượng nước thải
DANH MỤC HÌNH ẢNH:
Hình 1: Cơng nghệ AAO
Hình 2: Cơ chế hoạt động của màng MBR
Hình 3: Sơ đồ phương pháp nghiên cứu
Hình 4: Mơ hình thí nghiệm
Hình 5: Kích thước màng
Hình 6: Hình ảnh bọt khí N2 sinh ra ở bể Anoxic
Hình7: Chỉ tiêu pH ở thí nghiệm thích nghi
Hình 8: Hiệu quả xử lý COD ở thí nghiệm thích nghi
Hình 9: Chỉ tiêu MLSS, MLVSS tại MBR ở thí nghiệm thích nghi
Hình 10: Nồng độ COD dịng vào, dòng ra và hiệu quả xử lý COD ở 5 thí nghiệm
9
MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ...........................................................................6
CHƯƠNG 1 . MỞ ĐẦU ..............................................................................................12
Lí do chọn đề tài: ...............................................................................................12
I.
II. Mục tiêu nghiên cứu: ........................................................................................12
III.
Đối tượng nghiên cứu: ...................................................................................12
IV.
Giới hạn và phạm vi nghiên cứu: .................................................................12
V. Phương pháp nghiên cứu:.................................................................................12
CHƯƠNG 2. LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU ....................................................................16
I. Các nghiên cứu trong nước..................................................................................16
II. Nghiên cứu ngoài nước ......................................................................................17
CHƯƠNG 3. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ...........................21
Thành phần và tính chất nước thải thủy sản của một số nhà máy chế biến21
I.
II.
Tổng quát phương pháp nghiên cứu ............................................................21
1. Giới thiệu công nghệ Anoxic kết hợp màng MBR ......................................21
2. Bể Anoxic .......................................................................................................22
3. Màng sinh học MBR ......................................................................................23
4. Mơ hình thí nghiệm ........................................................................................25
5. Vật liệu nghiên cứu ........................................................................................27
6. Phương pháp vận hành .................................................................................28
CHƯƠNG 4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN.............................................................31
CHƯƠNG 5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .............................................................35
I.
Kết luận ..............................................................................................................35
II. Kiến nghị ............................................................................................................35
TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................................37
PHỤ LỤC .....................................................................................................................41
11
CHƯƠNG 1 . MỞ ĐẦU
Lí do chọn đề tài:
Hiện nay, tại Việt Nam ngành thủy sản là một trong những ngành mũi nhọn để
phát triển đất nước, tiềm năng tăng trưởng rất cao. Do đó, vấn đề tiêu thụ nước sử
dụng cho ngành thủy sản và nước thải thủy sản thải ra môi trường là nhân tố quan
trọng cho phát triển và bảo vệ môi trường. Do nguồn tài nguyên nước ngày càng khan
hiếm, việc tái sử dụng nước được quan tâm ứng dụng và vấn đề bảo vệ môi trường
được coi trọng, vì nước thải thủy sản chứa rất nhiều chất ô nhiễm chủ yếu là các chất
hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học cao (BOD/COD từ 0,57 đến 0.9) và nồng độ
các chất dinh dưỡng nito rất cao có thể lên đến trên 100mg/l. Trong khi các hệ thống
xử lý nước thải chế biến thủy sản chưa được thiết kế đầy đủ để xử lý loại bỏ thành
phần dinh dưỡng nito. Do đó, việc nghiên cứu và áp dụng các công nghệ xử lý đồng
thời chất hữu cơ và chất dinh dưỡng trong nước thải chế biến thủy sản là rất cần thiết.
Mục tiêu nghiên cứu:
- Làm tăng chất lượng nước để có thể tái sử dụng.
- Đánh giá hiệu quả xử lý COD và khử nitơ của hệ thống bể ANOXIC kết hợp
MBR.
Đối tượng nghiên cứu:
Công nghệ màng MBR (Membane-Rio-Reactor) và công nghệ Anoxic kết hợp
màng MBR
Giới hạn và phạm vi nghiên cứu:
Qui mơ phịng thí nghiệm, Khoa Mơi trường – Đại học Bách Khoa ở nhiệt độ
ngoài trời.
Phương pháp nghiên cứu:
+ Vật liệu nghiên cứu:
Nước thải đầu vào là nước thải ở khâu làm và rửa chế biến (bổ đầu, vảy, vay, đuôi.) cá
của các tiểu thương bán cá tại chợ Bà Hạt, Quận 10, TP HCM với nồng độ COD ≤
1,500mg/l và nồng độ TKN< 109,54mg/l.
Bùn hoạt tính sử dụng trong mơ hình BMR và mơ hình Anoxic là bùng sinh trưởng lơ
lửng, được lấy từ bùn hiếu khí của nhà máy xử lý nước thải Tân Bình, với nồng độ bùn
khoảng 5,000 – 6,000 mg/l.
+ Phương pháp bố trí mơ hình thí nghiệm:
-
Nước thải lấy từ chợ được cho vào thùng chứa nước thải (với nồng độ COD <
1,500mg/l). Sau đó, được bơm định lượng (đã được tính tốn lưu lượng trước
phù hợp với từng tải trọng nghiên cứu) bơm vào bể thiếu khí Anoxic. Tại bể
thiếu khí (đã được đậy kín hạn chế Oxy khơng khí hịa tan vào nước, giữ cho
nồng độ Oxy trong nước luôn luôn < 0,6 mgO2/l), dùng 1 máy bơm chìm đặt
dưới đáy bể nhằm khuấy trộn đều bùn trong bể. Lượng bùn trong bể thiếu khi
khoảng 4,000 – 5,000 mg/l. Tại bể thiếu khí này xảy ra quá trình khử nitrat
chuyển NO3- thành N2.
-
Quá trình khử các chất ô nhiễm như COD, BOD, chuyển NH3 thành NO2- rồi
thành NO3- qua bể lọc sinh học màng BMR:
Sau đó, nước được cho tự chảy qua bể lọc sinh học màng MBR để khử các chất
ô nhiễm như COD, BOD, chuyển NH3 thành NO2- rồi thành NO3-. Lượng bùn trong bể
MBR khoảng trên 8,000 - 10,000mg/L. Bể MBR được lắp đặt 1 hệ thống màng phục
vụ cho quá trình khử các chất ơ nhiễm bao gồm: Các van điện rửa ngược (nhằm rửa hệ
thống màng khi áp suất chuyển màng đạt đến áp suất cho phép đã được định trước),
van điện dòng ra hỗ trợ cho bơm nước thải đầu ra, đồng hồ đo áp để biết được trở lực
của màng MBR, máy thổi khí nhằm cung cấp oxy cho vi sinh vật hoạt động , máy bơm
tuần hoàn dùng để bơm bùn từ bể MBR về bể Anoxic với lưu lượng tuần hoàn từ
200% -400%, máy bơm nước thải đầu ra và hệ thống van nhựa khác phục vụ cho công
tác lấy nước đầu ra đi phân tích.
-
Q trình thí nghiệm được thực hiện:
13
Bước 1: Tiến hành chạy thích nghi với tải trọng hữu cơ tăng dần là 0,3 – 0,5
kg/m3.ngày với thời gian lưu nước 24 giờ trong thời gian 7 ngày.
Bể MBR: nồng độ bùn ban đầu khoảng 500 – 800 mgCOD/L, sau đó sục khí liên tục
trong 7 ngày đầu liền. Mỗi ngày cần thay 5 lít nước (trong đó lấy 1L nước xả đổ vào
bể Anoxic).
Bể Anoxic: nồng độ bùn ban đầu khoảng 4,000 mgMLSS/L, với nồng độ COD
khoảng 500 – 800 mgCOD/L, sau đó cho bơm chìm khuấy trộn liên tục trong 7 ngày
đầu tiên trong điều kiện khơng có oxy hịa tan. Mỗi ngày cần thay 2 lít nước. Sau 7
ngày, lắp đặt hệ thống cho chạy tuần hồn khép kín, tức là: Mở bơm bùn tuần hoàn để
bơm bùn và nước từ bể MBR qua bể Anoxic. Mở bơm nước thải đầu vào để đưa nước
thải từ thùng chứa nước đầu vào với nồng độ COD khoảng 500 – 800 mg/L. Mở bơm
đầu ra để lấy nước phân tích.
Mỗi ngày, cần đo các chỉ tiêu MLSS, pH, COD, DO trong 7 ngày của nước thải dòng
vào và dòng ra sau khi qua màng MBR.
Bước 2: Chạy mơ hình với các tải trọng hữu cơ tại các mức 1, 1.5, 2, 2.5, 3
kgCOD/m3.ngày với thời gian lưu nước là từ 5 – 16 giờ. Mỗi tải trong hữu cơ chạy
trong 15 ngày.
+ Thơng số tín tốn và phương pháp phân tích:
-
Mơ hình được thực hiện theo các thông số vận hành như bảng 1 và 2:
Bảng 1 : Các thơng số tính tốn để chạy mơ hình nghiên cứu MBR
Stt
Tải
độ Lưu lượng Thời gian lưu
trọng Thể tích Vbé Nộng
cơ MBR (L)
hữu
COD (mg/l)
nước
thải TMBR
=
(kgCOD/m
đầu vào Qv (Vv/Qv)*24h
3
(l/ngày)
.ngày)
1
0.5
20
650
15
31.2
2
1
20
650
31
15.6
3
1.5
20
650
46
10.4
4
2
20
650
62
7.8
5
2.5
20
650
77
6.24
6
3
20
650
92
5.2
Bảng 2 : Các thơng số đã tính tốn để chạy mơ hình nghiên cứu bể Anoxic
Stt Tải
trọng Thể
hữu
cơ tính
OLR
chạy
(kgCOD/m3 từng
.ngày)
tích Lưu
Tổng
tốn lượng
lượng (vào hồn
theo tuần hồn +
tải Ql (L/giờ)
trọng Vn(L)
lưu Tỉ lệ tuần Thời gian
= lưu
tuần (Qvr/Qv)*
hoàn)
tA
100
=Vn/Qvr
Qvr = Qv +
Qr
1
0.5
9.54
2.5
3.14
390
3.0
2
1
9.54
5
4.78
390
2.0
3
1.5
15.84
7
8.92
364
1.8
4
2
15.84
7
9.56
273
1.7
5
2.5
18.36
12
15.21
374
1.2
6
3
18.36
12
15.85
312
1.2
15
CHƯƠNG 2. LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU
I. Các nghiên cứu trong nước
1. Lê Quang Huy, Nguyễn Phước Dân và Nguyễn Thanh Phong (2009).
Ứng dụng q trình thiếu khí từng mẻ để xử lý oxit Nitơ nồng độ cao trong nước
rác cũ. Mơ hình thiếu khí sinh học từng mẻ đã được áp dụng nhằm xử lý các oxit
Nitơ với nồng độ khoảng 1,000 mg/L. Hiệu hay 0.015 gN-NO2 khử/gMLSS.ngày.
Với kết quả này đem lại hiệu quả khử quả xử lý Nitrit đạt 95% với tải trọng Nitơ
đạt 0.115 kgN-NO2 khử/m3.ngày Nitơ Ammonia của cả quá trình xử lý sinh học đạt
80 – 85%.
2. Phan Bá Bình, Trà Văn Tung, Bùi Xuân Thành, Nguyễn Phước Dân
(2011).
Đánh giá hiệu quả xử lý của mơ hình sinh học màng khí nâng (Airlift Membrain
Bioreactor) và hệ thống bùn hoạt tính xử lý nước thải khu cơng nghiệp. Kết quả thí
nghiệm cho thấy nồng độ đầu ra của COD < 50mg/L, hiệu quả xử lý SS cao (90 ±
4%), TP (51 – 53%), quá trình nitrat hố cao trên 95% (tuy nhiên đầu ra vẫn cịn
cao 30 ± 13 mg/L), nồng độ sinh khối đạt 8,700 mg/L ở tải trọng 5.7
kgCOD/m3.ngày.
3. Trần Yến Trang và cộng sự (2010).
Ứng dụng cơng nghệ màng MBR đặt chìm (SMBR) để xử lý nước thải cho khách
sạn Caravelle tại thành phố Hồ Chí Minh, Việt Nam. Lưu lượng xử lý là 300
m3/ngày, hệ thống đã được vận hành trong 6 tháng. Mục tiêu nghiên cứu này là
hiệu suất xử lý và sự bẩn màng. Các kết quả cho thấy, hệ thống SMBR đã loại bỏ
được độ màu cũng như độ đục sau khi qua màng, hiệu quả xử lý độ màu, COD,
BOD5 lần lượt là 84, 85, 90% và đạt QCVN 14:2008, loại A, nước sau xử lý có thể
sử dụng cho các mục đích sau: tưới cây, rửa đường đi và tái sử dụng cho Toilet.
4. Nguyễn Thị Thanh Nhiện và cộng sự (2011).
Đánh giá ảnh hưởng của than hoạt tính và phèn nhơm đối với sự bẩn màng của bể
màng nhúng chìm (SMBR) trong xử lý nước thải sinh hoạt. Qua nghiên cứu cho
thấy, than hoạt tính (PAC) và phèn nhơm (Alum) làm giảm độ màu dịng ra, tăng
cường khả năng khử COD dòng ra là 21 ± 11 ng/L (đối chứng), 20 ± 4mg/L (bổ
sung PAC), 16 ± 6mg/L (bổ sung Alum). Tốc độ bẩn màng giảm đáng kể khi bổ
sung PAC và Alum vào hệ thống SMBR.
5.Huỳnh Thị Thục Oanh (2011).
Nghiên cứu áp dụng công nghệ MBR xử lý nước thải KCN Lê Minh Xuân trên mơ
hình phịng thí nghiệm. Kết quả nghiên cứu cho thấy COD, BOD5 dòng ra lần lượt
là 28 –125 và 12 mg/L. Hiệu suất xử lý SS, P, N-NH4+ lần lượt là 87.5 < 52.9,
86.3%.
6.Nguyễn Thị Mỹ Hiền (2011).
Nghiên cứu khả năng giảm thiểu bẩn màng và kết hợp quá trình oxy hoá bậc cao
xử lý nước thải dệt nhuộm. Nghiên cứu này tiến hành với mơ hình MBR kết hợp
với việc bổ sung PAC và Phèn Nhơm với mục đích làm Chi (2011). Nghiên cứu
ứng dụng bể kị khí dịng chảy ngược với chất mang hạt PVA – GEL xử lý nước
thải thuỷ sản.
7. Lê Thị Cẩm Sridang và cộng sự (2006).
Nghiên cứu áp dụng công nghệ MBR để xử lý và tái sử dụng nước thải chế biến
thủy sản tại Thái Lan. Nghiên cứu này được thực hiện với nước thải chế biến thủy
sản có nồng độ trung bình các thông số ô nhiễm là pH = 5.67; BOD5 = 1200 mg/L;
COD = 1700 mg/L; TKN = 95 mg/l; TP = 19 mg/L. Kết quả nghiên cho thấy nước
sau xử lý có BOD5 < 10 mg/L (hiệu suất xử lý E = 99%), COD = 100 mg/L và
TOC = 7.4 mg/L trong suốt 1000 giờ vận hành.
II. Nghiên cứu ngoài nước
1.Yong-zhen Peng (2006).
Nghiên cứu sự hấp thu photpho sinh học ở bể Anoxic và ảnh hưởng của quá trình
sục khí để loại bỏ photpho sinh học trong q trình A2O. Các kết quả thí nghiệm
cho rằng sự hấp thu photpho sinh học trong bể Anoxic có thể xảy ra, so với q
trình A2O thơng thường. Kết quả cho thấy hiệu quả khử COD, photpho, nitơ
ammonia và nitơ tổng lần lượt là 92.3%, 95.5%, 96% và 79.5% tương ứng. Hơn
17
nữa, khi phân tích bùn đã chứng minh rằng tỷ lệ hấp thu photpho ở bể Anoxic đối
với tỷ lệ hấp thu photpho ở bể hiếu khí đạt mức 69% trong toàn bộ hệ thống và
nồng độ nitrate trong bể Anoxic và nồng độ chất nền đầu vào giai đoạn kỵ khí có
ảnh hưởng đáng kể sự hấp thu photpho trong bể Anoxic. Mặt khác, nghiên cứu còn
cho thấy rằng nếu lượng oxy không được điều chỉnh đúng mức trong bể Anoxic thì
sẽ có ảnh hưởng đến sự hấp thu photpho.
2. Hanmin Zhang và cộng sự (2009).
Nghiên cứu khử nitơ sinh học đã được kiểm nghiệm bởi sự kết hợp của trường đại
học Cape Town và hệ thống màng sinh học MBR. Khi tỉ lệ thức ăn (COD/TN/TP)
là 28.5/5.1/1 – 28.5/7.2/1 thì hiệu quả loại bỏ trung bình của COD, TN, TP lần lượt
là 90%, 81.6%, 75.2%. Điều này chứng tỏ photpho xảy ra ở tỉ lệ C/N là 3.98 : 1.
Khi nitrite là chất nhận điện tử chính, thì sự hấp thu phosphate tổng là 99.8%.
Ngoài ra, nghiên cứu này cịn chỉ ra rằng hệ thống khơng chỉ giữ photpho mà còn
khử nitrate đạt đến 82.2 – 89.1% và sản lượng bùn sinh ra là 0.28 kgVSS/kgCOD.
Khi nitrate là chất nhận điện tử chính, thì sự hấp thu phosphate tổng là 92% và sản
lượng bùn sinh ra là 0.32 kgVSS/kgCOD. Kiểm tra các hàng loạt thí nghiệm cho
thấy photpho tích tụ trong vi sinh vật đạt 80% trong tồn bộ hệ thống.
3. Ying Wang và cộng sự (2005).
Áp dụng công nghệ Anoxic kết hợp với màng MBR để khử Nitơ và COD của nước
thải chế biến thực phẩm qui mơ phịng thí nghiệm. Nghiên cứu này chạy liên tục
trong những điều kiện thích hợp đã thu được những kết quả như sau COD, N-NH4+,
TN được khử lần lượt là 94, 91 và 74% trong toàn bộ hệ thống. Trong đó, tại bể
anoxic và MBR, COD, N-NH4+, TN được khử lần lượt là 40 – 63 và 29 – 46%, 31
– 43 và 47 – 64%. Tải trọng COD và TN đã được thí nghiệm lần lượt là 3.4
kgCOD/m3.ngày và 1.26 kg/m3.ngày.
4. Trouve và cộng sự (2008).
Xử lý nước thải đơ thị bằng cơng nghệ MBR: kết quả thí nghiệm qui mô bán công
nghiệp. Đề tài này đã nghiên cứu q trình hiếu khí trong bể MBR với HTR là 24
giờ, SRT là 25 ngày, kết quả đã khử hoàn toàn N-NO3- và khử COD, TN và chất
rắn lơ lửng từ 93 – 99.9%. COD bị khử là 0.2 kg/kgVSS.ngày và trung bình sinh
khối tăng lên 0.2 kgSS/kgCOD. Màng lọc được làm việc với điều kiện nhiệt độ là
20oC, vận tốc lọc là từ 1.5 – 3.5m/s, TMP < 2bar, vận hành liên tục trong 15 ngày
không cần rửa hoá chất.
5. Seong-Hoon Yoon và cộng sự (2004)
Các điều kiện hoạt động tối ưu của màng phản ứng sinh học (MBR): dự tốn chi
phí của thơng khí và xử lý bùn. Để đạt được các thông số thiết kế tối ưu của MBR
với chi phí vận hành được giảm thiểu, giảm chi phí năng lượng cấp khí và xử lý
bùn đã được ước tính cho các điều kiện khác hoạt động. Nói chung chi phí xử lý
bùn và chi phí năng lượng cấp khí tỉ lệ nghịch với nhau, nghĩa là chi phí xử lý bùn
giảm nhỏ nhất khi chi phí năng lượng cấp khí là tối đa và ngược lại. Nghiên cứu
này thực hiện cho nước thải đô thị với COD là 400 mg/L, MLSS sẽ cho tăng từ
11,000 đến 15,000 mg/L trong quá trình vận hành mà không xả bỏ bùn khi HRT
đã giảm từ 16 đến 12 giờ. Kết quả HRT và MLSS lần lượt là 16 giờ và 11,000
mg/L, thì lưu lượng cấp khí là 13.3 m3 khơng khí/phút.
6. Ognier và cộng sự (2002).
Ảnh hưởng của các nhân tố và mơ hình lên sự bẩn màng MBR. Bài báo này đã
nghiên cứu sự bẩn màng MBR có ảnh hưởng đến q trình khử Nitơ. Kết luận sau
đây có thể được rút ra: (1) quá trình khử Nitơ trong bể MBR, độ kiềm có thể là
nhân tố làm giảm quá trình khử Nitơ khi pH có giá trị từ 8 – 9; (2) các nhân tố tự
nhiên như lượng mưa là nguyên nhân gây ra sự mất cân bằng của hệ thống; (3) Sự
lắng đọng của CaCO3 cũng là nhân tố gây ra ách tác màng ảnh hưởng đến việc khử
Nitơ.
7. Aline F. Viero (2008).
Thảo luận: Thời gian lưu lưu nước – một tham số cần thiết cho hiệu suất MBR.
Trong quá trình vận hành với SRT cao (> 50 ngày), khi ổn định VSS là một hệ
quả của các lựa chọn F/M và HRT. SRT trên 60 ngày, HRT là một thông số quan
trọng để giảm tắc nghẽn màng. Thảo luận cho rằng HRT giảm từ 10 đến 4 giờ,
19
thúc đẩy sự suy giảm trong bùn lắng, làm giảm nghẹt màng. Ngoài ra, HRT tăng
làm xuất hiện của quá trình nitrate hóa.
8. Acharya và cộng sự (2006).
Q trình khử nitơ hai giai đoạn trong MBR xử lý nước thải vật nuôi. Nghiên cứu
này đã cho thấy trong giai đoạn 1 đã có sự giảm chất hữu cơ và nitrate hóa gần như
hồn tồn trong giai đoạn thứ 2, và các chỉ tiêu BOD5, TSS và N-NH4+ dòng ra <10
mg /L với HRT là 6.3 ngày. Với dịng tuần hồn là 3:1, TN đã được khử là 84%,
năng lượng cấp khí giảm 25%.
9. Fangang Meng et al (2009).
Sự phát triển của màng MBRs: bẩn màng và các vật liệu màng. Bài báo này đã ghi
nhận màng MBR được ứng dụng rộng rãi cho xử lý nước thải đô thị và cơng
nghiệp. Nhưng chi phí màng và sự bẩn màng là vấn đề khó khăn. Do đó, các vấn đề
như sự bẩn màng, các yếu tố gây bẩn màng, điều kiện và giải pháp vận hành màng
tránh nghẹt màng đã được đưa ra thảo luận. Các vấn đề vật liệu màng, thay đổi
màng cũng đưa ra thảo luận.
10. Ladan Holakoo và cộng sự (2007).
Ứng dụng công nghệ MBR để loại bỏ nitơ sinh học từ nước thải đô thị tổng hợp.
Nghiên cứu này đã thực hiện cho nước thải đô thị với SRT là 40 và 20 ngày, đặc
biệt là quá trình nitrate hố và khử nitrate (SND- simultaneous nitrification–
denitrification). SND bị ảnh hưởng lớn bởi oxy hòa tan (DO). SND được xác định
tại SRT 20 ngày giảm thiểu bẩn màng. Mơ hình được tiến hành vơi tải trọng hữu cơ
là 1.4 – 1.7 kgCOD/m3, thông lượng ra là 2 L/m2.h, thời gian lưu nước là 10.5 –
11.5h và thời gian lưu bùn là 60 ngày. Kết quả nghiên cứu bước đầu cho thấy với tỉ
lệ tuần hoàn nước từ bể ozone về bể MBR là 1 và 1.5 cho thấy COD và độ màu xử
lý rất triệt để, COD dưới 50mg/L và độ màu dưới 20 Pt – Co.
CHƯƠNG 3. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP
NGHIÊN CỨU
I.
Thành phần và tính chất nước thải thủy sản của một số nhà máy chế biến
Ô nhiễm do nước thải tại các cơ sở chế biến thuỷ sản gồm nước thải sản xuất và nước thải
sinh hoạt:
Nước thải sản xuất: sinh ra trong quá trình chế biến và nước vệ sinh nhà xưởng, máy móc,
thiết bị,… Thành phần nước thải có chứa các chất hữu cơ, các chất rắn lơ lửng, các chất
cặn bã, vi sinh vật và dầu mỡ. Lưu lượng và thành phần nước thải chế biến thủy sản rất
khác nhau giữa các nhà máy tùy thuộc vào nguồn nguyên liệu sử dụng, và thành phần các
chất sử dụng trong chế biến (các chất tẩy rửa, phụ gia,…).
Nước thải sinh hoạt: sinh ra tại các khu vực vệ sinh và nhà ăn. Thành phần nước thải có
chứa các cặn bã, các chất rắn lơ lửng, các chất hữu cơ, các chất dinh dưỡng và vi sinh.
II. Tổng quát phương pháp nghiên cứu
1. Giới thiệu công nghệ Anoxic kết hợp màng MBR
Trong công nghệ Anoxic kết hợp bể MBR ứng dụng xử lý Nitơ, q trình nitrate hố
xảy ra trong bể MBR, khử nitrate xảy ra trong bể Anoxic phía trước. Nguồn carbon
cần thiết cho quá trình khử nitrate được lấy từ dịng thải đầu vào. Q trình này có thể
kiểm sốt toàn bộ phần khử nitrate bằng cách thay đổi tỷ số dịng tuần hồn. Tổng
hiệu suất khử Nitơ và tốc độ khử nitrate của quá trình được gia tăng. Bể lắng 2 không
cần thiết được sử dụng sau MBR nên cơng trình trở nên đơn giản hơn.
Bùn lỏng tuần hồn
Nước vào
ANOXIC
MBR
21
Nước ra
Nghiên cứu khả năng khử nitơ xử lý nước thải thủy sản của hệ thống bể Anoxic kết
hợp hệ sinh học màng được thực hiện với nội dung đánh giá hiệu quả xử lý COD và
khử Nitơ cho hệ thống bể Anoxic kết hợp bể MBR ở quy mơ phịng thí nghiệm.
2. Bể Anoxic
Trong nước thải, có chứ hợp chất Nito và photpho, những hợp chất này cần phải
được loại bỏ ra khỏi nước thải.
Tại bể Anoxic, trong điều kiện thiếu khí hệ vi sinh vật thiếu khí phát triển xử lý N và
P thơng qua q trình Nitrat hóa và Photphoril.
Q trình Nitrat hóa xảy ra như sau
Hai chủng loại vi khuẩn chính tham gia vào q trình này là Nitrosonas và
Nitrobacter. Trong môi trường thiếu Oxi, các loại vi khuẩn này sẻ khử Nitrat
Denitrificans sẽ tách oxi của Nitrat (NO3-) và Nitrit (NO2-) theo chuỗi chuyển hóa
NO3- → NO2- → N2O → N2↑
Khí Nito phân tử N2 tạo thành sẽ thốt khỏi nước và ra ngồi. Như vậy là Nito đã
được xử lý.
Q trình Photphorit hóa
Chủng loại vi khuẩn tham gia vào quá trình này là Acinetobacter. Các hợp chất hữu
cơ chứa photpho sẽ được hệ vi khuẩn Acinetobacter chuyển hóa thành các hợp chất
mới khơng chứa photpho và các hợp chất có chứa photpho nhưng dễ phân hủy đối với
chủng loại vi khuẩn hiếu khí.
Để q trình Nitrat hóa và Photphoril hóa diễn ra thuận lợi, tại bể Anoxic bố trí máy
khuẩn chìm với tốc độ khuấy phù hợp. Máy khuấy có chức năng khuấy trộn dịng
nước tạo ra môi trường thiếu oxi cho hệ vi sinh vật thiếu khí phát triển.
Ngồi ra, để tăng hiệu quả xử lý và làm nơi trú ngụ cho hệ vi sinh vật thiếu khí, tại bể
Anoxic lắp đặt thêm hệ thống đệm sinh học được chế tạo từ nhựa PVC, với bề mặt
hoạt động 230 – 250 m2/m3. Hệ vi sinh vật thiếu khí bám dính vào bề mặt vật liệu
đệm sinh học để sinh sôi và phát triển.
Hình 1: Cơng nghệ AAO
3. Màng sinh học MBR
Hệ thống MBR (Membrane Bioreactor) được phát triển đầu tiên vào năm 1970 cho
việc xử lý nước thải hợp vệ sinh và nó bao gồm q trình sinh trưởng lơ lửng kết hợp
với quá trình lọc màng tạo thành 1 quá trình. Trong q trình vận hành đầu tiên của
MBR có thể vận hành dịng chảy bên trong (đặt bên ngồi) hoặc nhúng chìm trong bể
sinh học. Trong trường hợp dịng chảy bên trong, màng Membrane không phụ thuộc
vào bể phản ứng. Nước thải sẽ được cho vào trong bể phản ứng tiếp xúc với sinh khối.
Hỗn hợp nước thải và sinh khối sẽ được bơm tuần hồn trong màng, dịng thấm sẽ
chảy ra ngồi và phần cịn lại sẽ tuần hồn lại bể. Bùn dư sẽ được bơm ra ngoài nhằm
duy trì tuổi bùn. Rửa ngược và rửa hóa chất được sử dụng để rửa màng.
Ngày nay, công nghệ MBR được ứng dụng rộng rãi trong việc xử lý nước thải đô thị
và nước thải công nghiệp. Khi sử dụng công nghệ MBR để xử lý, chất lượng nước đầu
ra đạt hiệu quả cao, có thể tái sử dụng nước xử lý cho việc tưới tiêu và các mục đích
dân dụng khác. Những thuận lợi khác của công nghệ MBR so với công nghệ cổ điển
như sự phân tách liên tục, năng lượng tiêu thụ ít, dễ kết hợp với cơng nghệ có sẵn, dễ
thu gọn, và khơng sử dụng thêm thiết bị phụ trợ.
23
Phản ứng sinh học
Màng MBR
Nước sạch
Chất bẩn hồ tan
Hình 2: Cơ chế hoạt động của màng MBR
Chọn địa điểm lấy mẫu
Lấy mẫu nước thải về vận hành mơ
hình
Phân tích các thông số đầu vào:
pH, COD, N-NH4+, TKN, TP
Lấy mẫu
thực tế và
phân tích
thơng số
đầu vào
Nghiên
cứu thực
nghiệm
trên mơ
hình Lab
scale
TN 1
Thích
nghi
OLR= 0.5
kg/m3.ngà
y
Thời gian
vận hành:
15 ngày
Phân tích các
chỉ tiêu: pH,
COD, MLSS,
DO
Xử lý số
liệu, phân
tích đánh
giá
kết
quả
thí
nghiệm
TN 2
OLR = 1
kg/m3.ngà
y
Thời gian
vận hành:
15 ngày
TN 3
OLR =
1.5
kg/m3.ngà
y
Thời gian
vận hành:
15 ngày
TN 4
OLR = 2
kg/m3.ngà
y
Thời gian
vận hành:
15 ngày
TN 5
OLR =
2.5
kg/m3.ngà
y
Thời gian
vận hành:
15 ngày
Phân tích các chỉ tiêu đầu ra như: COD, BOD, TKN, N-NH4+,
độ kiềm, N-NO3-, TP, TSS, VSS, Coliform
Thống kê kết quả và đưa ra
đánh giá kết quả xử lý
Hình 3: Sơ đồ phương pháp nghiên cứu
4. Mơ hình thí nghiệm
Các bể phản ứng
Mơ hình bao gồm bể chứa nước thải, bể Anoxic và bể sinh học màng vi lọc (MBR), bể
chứa nước sạch, bể chứa nước rửa ngược được thực hiện trong quy mô phịng thí
nghiệm được minh họa ở hình 4
(5)
(10)
(14)
(9)
(3)
(3)
(2)
(13)
(16)
(16)
(4)
(8)
(11)
(7)
(1)
(12)
(15)
(6)
Hình 4: Mơ hình thí nghiệm
(1) - Thùng chứa nước thải đầu vào
(2) - Bơm định lượng nước thải lên bồn Anoxic
(3) - Bể Anoxic (vật liệu: kính trong, kích thước Dài x Rộng x Cao = 30cm x 15cm x
60cm)
(4) - Van điện dòng ra
25
