Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghệ TP.Hồ Chí Minh – Khoa Môi Trường và CNCH Th.S. Lâm Vónh Sơn Trang 36 Ví dụ: Bo < 0,05 mg/l, Ni < 0.1 mg/l, KCN < 2 mg/l , CuSO 4 < 0.2 mg/l * Sự liên quan giữa BOD và COD: Tỷ lệ giữa 2 chỉ tiêu BOD : COD đối với nước thải sản xuất dao động trong khoảng 0.1 – 0.9. Nhờ có hai chỉ tiêu đó mới đánh giá được khả nă ng khoáng hoá của các chất hữu cơ. Tỷ lệ BOD : COD hợp lý nhất là 0.4 trở lên. Đối với phân xưởng mì Miliket ta có tỉ số BOD : COD = 0.7 – 0.8. Như vậy hiệu số giữa BOD và COD của nước thải Miliket nhỏ thì lượng chất hữu cơ tiêu thụ để làm chất liệu xây dựng tế bào (bùn và màng sinh vật) càng nhiều, tức là năng lượng tăng sinh khối của sinh vật càng lớn. Do vậy khi BOD và COD không chênh lệch thì ta nên chọn bể Aerotank với tái sinh bùn hoạt tính riêng biệt hoặc bể sinh học hiếu khí tiếp xúc (vật tiếp xúc có kích thước lớn). Không nên chọn bể lọc sinh vật cao tải ,nên chọn bể lọc sinh vật kiểu nhỏ giọt, vì sẽ tạo nhiều màng sinh vật, dễ gây ra tắt và bít lổ hổng giữa các hạt vật liệu học. * Các dạng vật liệu tiếp xúc: Tùy thuộc vào các yếu tố như: tốc độ tăng trưởng của vi sinh, lưu lượng nước và đặc tính của vi khuẩn mà ta chọn các loại vật liệu tiếp xúc cho thích hợp. - Dạng trụ rổng ở giữa. - Dạng trụ có một vách ngăn ở giữa. - Dạng trụ có 2 hay nhiều vách ngăn - Dạng trụ có đục lổ ở thành - Dạng trái khế. - Dạng xoắn ốc. - Dạng bánh xe có lưới. - Dạng hộp có lưới. 7.2.4. Quá trình xử lý bằng bùn hoạt tính với vật liệu tiếp xúc (attached growth processes) Quá trình xử lý sinh học hiếu khí Attached Growth (AG) được sử dụng để loại bỏ chất hữu cơ trong nước thải. Quá trình AG bao gồm: lọc sinh học, lọc thô, RBC (Rotating biological contactor), AGWSP (Attached Growth Waste Stabilization Pond), bể phản ứng nitrat hoá fixed – bed, Đây là một dạng hồ sinh học kết hợp với bể lọc sinh học.Những vật liệu tiếp xúc được bố trí theo chiều dài hồ tạo điều kiện cho vi khuẩn sinh trưởng trên bề mặt. Ở tải trọng cao, xục khí có thể được tiến hành một phần hoặc trên toàn bộ thể tích bể. Thời gian lưu nước thay đổi 4 giờ – 3 ngày. Giá thể sinh vật dính bám là các sợi nhựa khá cứng được quấn lên trên một lỏi thép tráng kẽm. Kích thước sợi nhựa tổng hợp tính từ lỏi kẽm dài từ 50 – 70mm. Mỗi lỏi kẽm được quấn tròn có đường kính 80 – 100mm. Hệ thống phân phối khí là các thanh đá bọt (trong mô hình lab scale) hoặc các đường ống nhựa dẫn khí (đối với các công trình lớn). Cột sinh học chứa đầy vật liệu bám dính (vật tiếp xúc) là giá thể cho vi sinh vật sống bám. Nước thải được phân bố đều trên bề mặt lớp vật liệu bằng hệ thống quay hoặc vòi phun. Quần thể sinh vật sống bám trên giá thể tạo nên màng nhầy sinh học có khả năng hấp phụ và phân hủy chất hữu cơ trong nước thải. Quần thể này có thể bao gồm sinh vật hiếu khí, nấm, tảo và động vật nguyên sinh. Ngoài ra còn có giun, ấu trùng và côn trùng. Phần bên ngoài lớp màng nhầy (khoảng 0.1 – 0.2mm) là loại vi sinh hiếu khí. Khi sinh vật phát triển, PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghệ TP.Hồ Chí Minh – Khoa Môi Trường và CNCH Th.S. Lâm Vónh Sơn Trang 37 chiều dày ngày càng tăng. Vi sinh ở lớp ngoài tiêu thụ hết lượng oxy khuếch tán trước khi oxy thấm vào bên trong. Vì vậy gần sát bề mặt giá thể, môi trường kỵ khí hình thành. Khi lớp màng dày, chất hữu cơ bò phân huỷ ở lớp ngoài, vi sinh sống gần bề mặt giá thể thiếu nguồn cơ chất, chất dinh dưỡng dẫn đến tình trạng phân huỷ nội bào và mất đi khả năng bám dính. Màng vi sinh tách khỏi giá thể nhiều hay ít tuỳ thuộc vào tải trọng hữu cơ và tải trọng thuỷ lực. Tải trọng hữu cơ: ảnh hưởng đến tốc độ trao đổi chất trong màng nhầy. Tải trọng thủy lực: ảnh hưởng đến tốc độ rửa trôi màng Phương pháp này có thể thực hiện trong điều kiện hiếu khí (với sự có mặt của oxy) hoặc trong điều kiện yếm khí (không có oxy). 7.2.5. Bùn hoạt tính Nguyên lý chung của quá trình bùn hoạt tính (oxy hoá sinh hoá hiếu khí với sự tham gia của bùn hoạt tính). Hình dạng và kích thước mô hình để xác đònh các thông số động học cho quá trình bùn hoạt tính (activated sludge) được thể hiện ở hình vẽ. Mô hình bằng kính tấm có thể tích nước hữu ích 10 lít tương ứng với chiều cao lớp nước 0.3m. Khí đưa vào nước bằng máy nén khí SHARKW, và được khuếch tán qua cục đá bọt dài 20cm. Trong bể aeroten diễn ra quá trình oxy hóa sinh hoá các chất hữu cơ trong chất thải. Vai trò chủ yếu ở đây là những vi sinh vật hiếu khí, chúng tạo thành bùn hoạt tính. Để bùn hoạt tính và nước thải tiếp xúc với nhau được tốt và liên tục người ta phải khuấy trộn bằng máy nén hoặc các thiết bò cơ giới khác. Để các vi sinh vật khoáng hoá sống và hoạt động bình thường phải thường xuyên cung cấp oxy vào bể. Oxy sẽ được sử dụng trong các qúa trình sinh hóa. Sự khuyếch tán tự nhiên qua mặt thoáng của nước trong bể không bảo đảm đủ lượng oxy cần thiết, vì vậy phải bổ sung lượng không khí thiếu hụt bằng phương pháp nhân tạo: thổi khí nén vào hoặc tăng diện tích mặt thoáng. Trong thực tế người ta thường thổi không khí nén vào bể vì như vậy sẽ đồng thời giải quyết tốt hai nhiệm vụ: vừa khuấy trộn bùn hoạt tính với nước thải vừa bảo đảm chế độ oxy cần thiết trong bể. Bùn hoạt tính là tập hợp những vi sinh vật khoáng hoá có khả năng hấp phụ (trên bề mặt của nó) và ôxy hóa các chất hữu cơ có trong nước thải với sự có mặt của oxy. Để bùn hoạt tính và nước thải tiếp xúc với nhau được tốt và liên tục, chúng có thể được khuấy trộn bằng khí nén hoặc bằng các thiết bò cơ giới khác. Trong thực tế khí nén được ứng dụng vào mục đích này, vì vậy sẽ đồng thời giải quyết hai nhiệm vụ: vừa khuấy trộn bùn hoạt tính với nước thải, vừa bảo đảm cung cấp oxy cần thiết cho các quá trình sinh sống và hoạt động của vi sinh vật. PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghệ TP.Hồ Chí Minh – Khoa Môi Trường và CNCH Th.S. Lâm Vónh Sơn Trang 38 MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM BÙN HOẠT TÍNH VI II IVIV IV III IV V IV I Các chất hữu cơ hòa tan, các chất keo và phân tán nhỏ sẽ được chuyể hóa bằng cách hấp phụ và keo tụ sinh học trên bề mặt các tế bào vi sinh vật. Tiếp đó trong quá trình trao đổi chất, dưới tác dụng của các men nội bào, các chất hữu cơ sẽ bò phân hủy. Quá trình xử lý nước thải bằng bùn hoạt tính bao gồm 3 giai đoạn sau: - Giai đoạn khuếch tán và chuyển chất từ dòch thể (nước thải) tới bề mặt các tế bào vi sinh vật. - Hấp phụ: khuếch tán và hấp phụ các chất bẩn từ bề mặt các tế bào qua màng bán thấm. - Quá trình chuyển hóa các chất đã được khuếch tán và hấp phụ ở trong tế bào vi sinh vật sinh ra năng lượng và tổng hợp các chất mới của tế bào. The Eckenfelder W. W và Conon D. J thì quá trình xử lý sinh hóa hiếu khí nước thải gồm 3 giai đoạn biểu thò bởi các phản ứng sau đây: Ôxy hóa các chất hữu cơ: C X H Y O Z + O 2 (enzym)  CO 2 +H 2 O + ∆Q Tổng hợp dể xây dựng tế bào: C X H Y O Z + NH 3 + O 2 (enzym) > Tế bào vi khuẩn + CO 2 + H 2 O +C 5 H 7 NO 2 - ∆Q Ôxy hóa chất liệu tế bào (tự oxy hóa) Tế bào vi khuẩn + O 2 +C 5 H 7 NO 2 (enzym) > CO 2 +H 2 O + NH 3 +-∆Q Trong tất cả các phản ứng ∆Q là nhiệt lượng (năng lượng) tỏa ra hoặc hấp thụ vào. Sự oxy hóa các hợp chất hữu cơ và một số khoáng chất trong tế bào sống vi sinh vật được gọi là hô hấp. Nhờ năng lượng do vi sinh vật khai thác được trong qúa trình hô hấp chúng mới có thể tổng hợp các chất mới để sinh trưởng, sinh sản, phát triển, trao đổi nhiệt, vận động 7.3. MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM 7.4. CÁC BƯỚC TIẾN HÀNH PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghệ TP.Hồ Chí Minh – Khoa Môi Trường và CNCH Th.S. Lâm Vónh Sơn Trang 39 7.4.1. TN1 : xác đònh các thông số bùn: - Lấy thể tích V 1 (bùn), sấy ở 105 0 C và xác đònh m SS . - Tiếp tục sấy ở 550 0 C, xác đònh VS. - Nồng độ bùn xác đònh: C b =       l mg V m SS 1 7.4.2. TN2 : chạy giai đoạn thích nghi: - Bùn nuôi cấy ban đầu cho vào mô hình với hàm lượng SS vào khoảng 2000 mg/l. - Thể tích bể chứa là V(lít), muốn hàm lượng bùn trong V (lít) nước thải là 2000 mg/l (C) thì thể tích bùn cần lấy là : b b C CV V . = - Đo COD nước thải đầu vào = a (mg/l) - Chọn thời gian chạy 1 ngày à tải lượng COD: a.10 -3 kg/m 3 .ngày - Giai đoạn thích nghi được kết quả cho vào bảng sau(dừng thí nghiệm khi COD tương đối ổn đònh) Ngày COD(mg/l) pH Tải trọng (kgCOD/m 3 .ngày) T(giờ) Vào Ra Hiệu quả % COD Vào Ra 1 2 3 4 5 6 )( 10 3 ngayT vaoCOD − × - Vẽ đồ thò biểi diễn hiệu quả khử COD theo thời gian đối với thí nghiệm thích nghi và nhận xét. 7.4.3. TN3: giai đoạn tăng tải trọng: Cuối giai đoạn thích nghi, xác đònh các thông số COD sau 24 giờ, MLSS, pH. Đánh dấu mức bùn lắng sau 30 (mức bùn lắng này ứng với SS khoảng 2000 mg/l). Xác đònh khả năng lắng của bùn bằng chỉ tiêu SVI. • Cách xác đònh SVI: Ø Lấy 1 lít mẫu được lấy từ bình phản ứng (sau khi thích nghi bùn) Ø Khả năng lắng của bùn được đo bằng cách đổ hỗn hợp đến vạch 1 lít, để lắng trong 30 phút, sau đó được thể tích bò chiếm bởi bùn lắng. Ø SS được xác đònh bằng cách lọc, sấy khô và cân trọng lượng. Ø SVI là thể tích bằng ml bò chiếm giữ bởi 1 gam bùn hoạt tính sau khi để lắng 30 phút hỗn hợp trong bể phản ứng, được tính: PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghệ TP.Hồ Chí Minh – Khoa Môi Trường và CNCH Th.S. Lâm Vónh Sơn Trang 40 )/( 1000 lmg SS V SVI       × = Tăng tải trọng COD ứng với thời gian là 24 h , 12 h , 8 h , 6 h , 4 h , 2 h mỗi tải trọng xác đònh COD, pH, SS. Khi hiệu quả COD ở tải trọng nào đó ổn đònh trong thời gian tối thiểu 3 ngày, tiếp tục tăng tải cao hơn. Quá trình tăng tải kết thúc khi hiệu quả COD giảm. Lúc đó hiện tượng quá tải xảy ra. - Lập bảng số liệu mô hình tónh sắp xếp theo thời gian lưu nước tăng dần và vẽ đồ thò biểu diễn mô hình tónh sắp xếp theo thời gian lưu nước tăng dần và nhận xét. Ngày COD(mg/l) pH Tải trọng (kgCOD/m 3 .ngày) T (giờ) Vào Ra Hiệu quả % COD Vào Ra SS 1 2 3 4 5 6 )( 10 3 ngayT vaoCOD − × 2 4 6 8 10 24 - Lập bảng số liệu mô hình tónh sắp xếp theo tải trọng tăng dần , vẽ sơ đồ theo tải trọng tăng dần và nhận xét. Ngày COD(mg/l) pH Tải trọng (kgCOD/m 3 .ngày) T (giờ) Vào Ra Hiệu quả % COD Vào Ra SS 1 2 3 4 5 6 )( 10 3 ngayT vaoCOD − × 24 12 8 6 4 2 7.4.4. TN4: Chạy mô hình động và xác đònh thông số động học: a. Chạy tải trọng động ứng với thời gian lưu nước(24 h ): lập bảng số liệu, vẽ đồ thò quan hệ thời gian và hiệu quả khử COD, COD vào và ra. Ngày COD(mg/l) pH Tải trọng (kgCOD/m 3 .ngày) T (giờ) Vào Ra Hiệu quả % COD Vào Ra SS PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghệ TP.Hồ Chí Minh – Khoa Môi Trường và CNCH Th.S. Lâm Vónh Sơn Trang 41 1 2 3 4 5 6 )( 10 3 ngayT vaoCOD − × 24 24 24 24 24 24 b. Chạy tải trọng động ứng với thời gian lưu nước(12h): lập bảng số liệu, vẽ đồ thò quan hệ thời gian và hiệu quả khử COD, COD vào và ra. Ngày COD(mg/l) pH Tải trọng (kgCOD/m 3 .ngày) T (giờ) Vào Ra Hiệu quả % COD Vào Ra SS 1 2 3 4 5 6 )( 10 3 ngayT vaoCOD − × 12 12 12 12 12 12 c. Chạy tải trọng động ứng với thời gian lưu nước(8h): lập bảng số liệu, vẽ đồ thò quan hệ thời gian và hiệu quả khử COD, COD vào và ra. Ngày COD(mg/l) pH Tải trọng (kgCOD/m 3 .ngày) T (giờ) Vào Ra Hiệu quả % COD Vào Ra SS 1 2 3 4 5 6 )( 10 3 ngayT vaoCOD − × 8 8 8 8 8 8 d. Xác đònh các hệ số động học: Các hệ số động học của quá trình sinh học hiếu khí bao gồm hằng số bán vận tốc K s , tốc độ sử dụng cơ chất tối đa K, tốc độ sinh trưởng vùng tối đa µ m , hệ số sản lượng tối đa Y và hệ số phân huỷ nội bào K d . Các thông số này được xác đònh theo 2 phương trình sau: PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghệ TP.Hồ Chí Minh – Khoa Môi Trường và CNCH Th.S. Lâm Vónh Sơn Trang 42 d c s K X SSY KSK K SSX − − = +=− ).( )].([ 1 11 *)(. 0 0 θ θ θ Trong đó: X : Hàm lượng bùn hoạt tính MLSS, mg/l (SS) θ : Thời gian lưu nước, ngày θ c : Thời gian lưu bùn, ngày S 0 : Hàm lượng COD ban đầu (mg/l) S : Hàm lượng COD ở thời gian lưu nước θ Dựa vào số liệu thí nghiệm bằng phương pháp hồi quy tuyến tính, xác đònh mối quan hệ bậc nhất(y= ax + b) giữa các thông số động học trên qua việc tìm hệ số a và b của đường thẳng y= ax + b. Lập bảng chọn lựa như sau: Cột S: - Lấy từ lúc bắt đầu chạy với t = 1 ngày đến khi COD bắt đầu giảm (chạy động) - Lấy tiếp giá trò khi chạy với t = 0,5 ngày ở COD max. - Lấy tiếp giá trò ở thời điểm chạy tónh (tăng tải trọng) với t = 24(h), t = 12(h), t = 8(h), t = 6(h) Ta được bảng sau: S 0 S θ n = θ b X 1/S Xθ(S 0 – S) (S 0 – S)/ Xθ 1/θ b - Vẽ đường thẳng hồi quy tuyến tính quan hệ giữa thông số (S 0 - S)/ (θ.X) và 1/T b Từ đó ta có dạng: y = ax + b à K d = b Y = a - Vẽ đường thẳng hồi quy tuyến tính quan hệ giữa Xθ/ (S 0 – S) và 1/S Từ đó ta có : y= ax + b        =⇒= =⇒= ⇒ KaKa K K b K K b S S . 11 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghệ TP.Hồ Chí Minh – Khoa Môi Trường và CNCH Th.S. Lâm Vónh Sơn Trang 43 Tài liệu tham khảo 1. Trần Văn Nhân, Ngô Thò Nga, Giáo trình công nghệ xử lý nước thải, Nhà xuất bản Khoa Học và Kỹ Thuật Hà Nội 1999. 2. Lê Xuân Mai, Nguyễn Bạch Tuyết, Giáo trình phân tích đònh lượng, Trường Đại học Bách Khoa TPHCM. 3. Environmental Engineering – Mc Graw – Hill – Iternational Edition – Gerard Kiely – 1996. 4. Hoàng Huệ – PGS,PTS, Xử lý nước thải, Nhà xuất bản xây dựng, 11/1996. 5. Lâm Minh Triết – nguyễn Thanh Hùng- Nguyễn Phước Dân, xử lý nước thải đô thò, công nghiệp 6. Lâm Minh Triết và các cộng sự: Tập báo cáo các kết quả nghiên cứu xác đònh quy trình công nghệ xử lý nước thải các loại hình công nghiệp tại Tp.HCM – Sở KHCN và MT Tp. HCM, 1997 – 1998. 7. Metcalf and Eddy: Wastewater Engineering Treament, Disposal, Reuse third Edition 1991. PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com . Kiely – 19 96. 4. Hoàng Huệ – PGS,PTS, Xử lý nước thải, Nhà xuất bản xây dựng, 11/19 96. 5. Lâm Minh Triết – nguyễn Thanh Hùng- Nguyễn Phước Dân, xử lý nước thải đô thò, công nghiệp 6. Lâm Minh. b b C CV V . = - Đo COD nước thải đầu vào = a (mg/l) - Chọn thời gian chạy 1 ngày à tải lượng COD: a.10 -3 kg/m 3 .ngày - Giai đoạn thích nghi được kết quả cho vào bảng sau(dừng thí nghiệm khi. - Dạng trụ rổng ở giữa. - Dạng trụ có một vách ngăn ở giữa. - Dạng trụ có 2 hay nhiều vách ngăn - Dạng trụ có đục lổ ở thành - Dạng trái khế. - Dạng xoắn ốc. - Dạng bánh xe có lưới. -