SỞ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ TP.HCM TRUNG TÂM THÔNG TIN VÀ THỐNG KÊ KH&CN  BÁO CÁO PHÂN TÍCH XU HƯỚNG CÔNG NGHỆ Chuyên đề: NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ VI SINH ĐỂ XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHIỄM MẶN Biên soạn: Trung tâm Thông tin Khoa học Công nghệ TP HCM Với cộng tác của: TS Trần Minh Chí Nguyên Viện trưởng_Viện Kỹ thuật Nhiệt đới Bảo vệ Môi trường TP.HCM Ông Mà Song Nguyễn Trưởng phòng kinh doanh Vi sinh, Công ty CP xử lý môi trường Việt Nam TP.Hồ Chí Minh, 04/2016 -1- MỤC LỤC I TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƢỚC II PHÂN TÍCH XU HƢỚNG NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƢỚC THẢI NHIỄM MẶN TRÊN CƠ SỞ SỐ LIỆU SÁNG CHẾ QUỐC TẾ 10 Tình hình nộp đơn đăng ký sáng chế xử lý nước thải nhiễm mặn theo thời gian 10 Tình hình nộp đơn đăng ký sáng chế xử lý nước thải nhiễm mặn quốc gia 10 Tình hình nộp đơn đăng ký sáng chế xử lý nước thải nhiễm mặn theo bảng phân loại sáng chế quốc tế IPC 11 Tình hình nộp đơn đăng ký sáng chế hướng nghiên cứu ứng dụng công nghệ sinh học xử lý nước thải nhiễm mặn 12 III NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ VI SINH ĐỂ XỬ LÝ NƢỚC THẢI HỮU CƠ NHIỄM MẶN_ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU CỦA VIỆN NHIỆT ĐỚI MÔI TRƢỜNG_ VIỆN KH&CN QUÂN SỰ 16 Mục tiêu đề tài 16 Nội dung nghiên cứu khoa học đề tài 17 Phương pháp nghiên cứu, kỹ thuật sử dụng 19 Phân lập, định danh chủng vi sinh vật chịu mặn ưa mặn 20 4.1 Phân lập, nuôi cấy định danh vi sinh vật hiếu khí chịu mặn 20 4.2 Phân lập, nuôi cấy định danh vi sinh vật kỵ khí chịu mặn 21 4.3 Phân lập, nuôi cấy định danh nấm men chịu mặn 22 4.4 Phân lập nuôi cấy định danh vi khuẩn Anammox chịu mặn 23 Khảo sát tính xử lý nước thải nhiễm mặn vi sinh vật chịu mặn, ưa mặn 24 5.1 Khảo sát tính xử lý nước thải nhiễm mặn vi sinh vật thí nghiệm mẻ 24 5.2 Thử nghiệm sinh khối vi sinh vật với thí nghiệm liên tục: 29 Thử nghiệm quy mô pilot 31 6.1 Lựa chọn đối tượng thử nghiệm: 31 6.2 Địa điểm lựa chọn nghiên cứu quy mô pilot: 31 -2- 6.3 Xác định mục tiêu nghiên cứu pilot tiêu chuẩn xử lý: 31 6.4 Thiết kế, chế tạo, lắp đặt hệ thống thử nghiệm pilot: 32 6.5 Kết vận hành hệ thống thử nghiệm pilot: 33 Kết luận: 37 -3- NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ VI SINH ĐỂ XỬ LÝ NƢỚC THẢI NHIỄM MẶN ************************** I TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƢỚC: Nước thải nhiễm mặn hay nước thải có độ mặn cao (saline wastewater hay high salinity wastewater) gồm nhiều loại hình: nước thải sinh hoạt, chăn nuôi hay sản xuất, dịch vụ  Nước thải sinh hoạt chăn nuôi: Trên nhiều đảo hay vùng ven biển, thiếu nước ngọt, nước biển thường xuyên sử dụng cho nhu cầu vệ sinh, bao gồm rửa thực phẩm, vệ sinh giết mổ, chuồng trại chăn nuôi, rửa nhà vệ sinh Kết dòng chất thải hữu bị hòa với nước biển, trở thành dòng chất thải sinh hoạt chăn nuôi nhiễm mặn cao độ, số đặc trưng COD, tổng N, tổng P cao, có hàm lượng NaCl lên tới 20 – 30g/l, khác hẳn với dòng chất thải bờ hay đảo có nguồn nước phong phú  Nước thải công nghiệp nhiễm mặn thường sinh từ nhà máy chế biến hải sản, muối hay sản xuất đồ hộp rau quả, thuộc da sản xuất hóa chất Đặc biệt nhà máy chế biến hải sản nằm gần biển vùng thiếu nước thường sử dụng nước biển cho nhiều công đoạn rã đông hay rửa nguyên liệu thô Nước thải sinh từ công đoạn bên cạnh số ô nhiễm đặc thù, có độ mặn cao gần nước biển: từ 10 – 30 g/l NaCl (Lefebvre, 2006) Nước thải sinh hoạt có thành phần phức tạp, dao động phụ thuộc vào nhiều yếu tố: mức sống, khối lượng nước cấp sử dụng hàng ngày, hệ thống thu gom…có đặc rưng sau: Bảng: Đặc trƣng nƣớc thải sinh hoạt Cƣờng độ Chất ô nhiễm Đơn vị Yếu Trung bình Mạnh Chất rắn tổng cộng (TS) mg/l 350 720 1200  Hòa tan (TDS)  Lơ lửng (SS) Chất rắn lắng mg/l 250 500 850 mg/l 100 220 350 -4- BOD520 mg/l 10 20 Tổng các-bon hữu mg/l 110 220 400 COD mg/l 80 160 290 Ni tơ - tổng (tính theo N) mg/l 250 500 1000 mg/l 20 40 85 mg/l 15 35 mg/l 12 25 50 mg/l 0 mg/l 0 mg/l 15 mg/l mg/l 10 No/100 ml 106 - 107 107-108 107-109 g/l 400  Hữu  Amoni tự  Nitrít  Nitrát Phốt tổng (tính theo P)  Hữu  Vô Tổng Coliform Các bon hữu bay Nguồn: Wastewater Engineering Treatment, Disposal, Reuse Mc GRAW-HILL International Edition Third Edition 1991 Nước thải sinh hoạt nhiễm mặn nước thải có đặc trưng điển hình nước thải sinh hoạt: BOD5 dao động từ 100 - 200 mg/l; COD 200 - 400mg/l; TKN: 60 -120 mg/l ; NH4-N: 15 – 30 mg/l… độ mặn tính theo NaCl dao động từ 3000 – 30000 mg/l, tùy thuộc vào lượng nước sử dụng tỷ lệ nước mặn dùng để vệ sinh Tương tự, nước thải chăn nuôi (trường hợp nuôi heo) nhiễm mặn có COD dao động từ 5000 -10000 mg/l, TKN 400 – 600 mg/l NH4-N 150 - 300 mg/l, với độ mặn tính theo NaCl dao động từ 3000 – 30000 mg/l, tùy thuộc vào lượng nước vệ sinh tỷ lệ nước mặn sử dụng Trong môi trường nước mặn, vi sinh vật (VSV) hoạt tính trình plasmolysis xảy với có mặt muối ăn, nghĩa tượng co hẹp chất nguyên sinh cách xa vách tế bào vi khuẩn nước tác dụng áp suất thẩm thấu, dẫn đến khoảng trống tế bào màng tế bào Điều tác động xấu đến khả sinh trưởng VSV Vì thế, hệ thống xử lý sinh học truyền thống thường không hiệu việc loại bỏ chất ô nhiễm hữu môi trường nước mặn (Lefebvre, 2006) -5-  Tình hình nghiên cứu giới: Có loài vi sinh vật cần muối ăn để tăng trưởng gọi VSV halophilic Nồng độ muối nội bào VSV halophilic (ưa muối) chịu muối (halotolerant) thường thấp chúng trì cân thẩm thấu dịch bào (cytoplasm) chúng với môi trường bên cách tích lũy hàm lượng cao chất tan thẩm thấu hữu khác Do đó, việc sử dụng VSV chịu muối hệ thống xử lý sinh học giải pháp loại bỏ COD nước thải nhiễm mặn (Kapdan, 2007) Phần lớn nghiên cứu xử lý nước thải nhiễm mặn phương pháp sinh học áp dụng VSV ưa mặn kỹ thuật hiếu khí Dincer Kargi (2001) nghiên cứu loại bỏ COD nước thải nhiễm mặn hệ thống đĩa sinh học quay (rotating biological discs) với sinh khối bùn hoạt tính có bổ sung dòng vi khuẩn chịu mặn halobacterium halobium Các tác giả nghiên cứu trình nitro hóa phi nitro hóa loại bỏ dinh dưỡng nước thải nhiễm mặn với kỹ thuật khác Xử lý nước thải nhiễm mặn phương pháp kỵ khí tiếp cận cần nghiên cứu chi tiết Các nghiên cứu tiến hành với điều kiện môi trường cấu hình trình sinh học khác với sinh khối kỵ khí thích nghi Tuy nhiên có nhiều chủng VSV kỵ khí ưa mặn phân lập Haloanaerobacter chitinovorans, Haloanaerobium congolense, Haloanaerobium lacusrosei, Haloanaerobium praevalens, Haloanaerobium alkaliphilum, Haloanaerobium praevalens ghi nhận có khả loại carbon cao (Dincer Kargi, 2001)) Kapdan cộng tác viên sử dụng thiết bị dạng UAPB (Upflow Anaerobic Packed Bed) để xử lý nước thải nhiễm mặn nhân tạo với COD dao động từ 1900 – 6300 mg/l, hàm lượng muối dao động từ – 5% , thời gian lưu thủy lực (HRT) từ 11 – 30h, với chủng chủ đạo Haloanaerobium lacusrosei Với COD ban đầu 1900 mg/l HRT 19h hàm lượng muối 3%, hiệu loại COD đạt tới 94% Với COD đầu vào 3400 mg/l độ mặn 3%, tăng HRT từ 11h lên 30 h dẫn đến tăng hiệu loại COD từ 60 – 84% Không ghi nhận hiệu ứng ức chế chất Ức chế phân hủy hữu quan sát độ mặn 3% trở Mô hình Stover – Kincannon sử dụng để xác định hệ số động học Hằng số giá trị bão hòa Kb = 5.3 g/l.ngày, Hằng số tốc độ phân hủy cực đại umax= 7.05 g/L.ngày (I.K.Kapdan, B.Erten, 2007) Nước thải nhiễm dầu tàu biển, chủ yếu từ buồng động (bilge waters) từ công đoạn rửa tăng chứa dầu loại nước thải ô nhiễm khó xử lý chúng chứa chất khó phân hủy độc hại môi trường -6- đồng thời nhiễm mặn tới mức 25000 mg/l Do công nghệ sinh học quan tâm áp dụng nhằm xử lý trước hết nước thải vệ sinh tàu dầu Đặc biệt, công nghệ tái sinh sinh học than hoạt tính hạt (GAC) bão hòa hợp chất chứa nước thải cặn dầu thải bỏ Thiết bị lọc màng sinh học (Biofilm Membrane Bioreactor – BF MBR nghiên cứu Kết cho thấy việc sử dụng VSV thích nghi với nước mặn có khả phân hủy chất ô nhiễm khả thi (Mancini G etal, 2012) Một loài vi khuẩn chịu mặn - Staphylococcus xylosus sử dụng làm vi khuẩn mồi ( inoculum) cho thiết bị hữu dạng mẻ phân hủy nước thải nhiễm mặn nhân tạo điều kiện hiếu khí với ba dạng sinh khối: bùn sinh học, hỗn hợp Staphylococcus với bùn sinh học; S xylosus chủng với mức nhiễm mặn 5, 10 15 g NaCl/L Kết nghiên cứu cho thấy: Hỗn hợp Staphylococcus chủng với bùn sinh học cho phép loại bỏ 92.59% COD với nồng độ muối 5g/L NaCl thời gian lưu thủy lực HRT 24h Với S Xylosus chủng, hiệu loại bỏ COD đạt 86.36% với nồng độ muối 10g/l NaCl đạt 72.57% với nồng độ muối 15g/l NaCl thời gian lưu thủy lực HRT đạt 24h Thời gian lưu thủy lực HRT tăng lên 48h hiệu ứng đáng kể đến hiệu phân hủy hữu cơ, HRT = 24h thích hợp kể với nồng độ muối cao (15g/l) Bên cạnh vi khuẩn chịu mặn, chủng nấm men thích nghi với nồng độ mặn tương đối cao nguồn vi sinh vật có khả xử lý nước thải nhiễm mặn cách hiệu Một số nghiên cứu cho thấy sử dụng chủng nấm men chịu mặn hướng nghiên cứu có triển vọng Tuy chủng nấm men nói chung có số tăng trưởng đặc thù cực đại – umax (maximum specific grow rate) nồng độ muối 20g/l thấp so với vi khuẩn, nồng độ muối tăng lên đến >30g/l, số tăng trưởng đặc thù nấm men không bị suy giảm, đại lượng vi khuẩn suy giảm mạnh Ngoài chủng nấm men chịu mặn hoạt động khoảng giá trị pH rộng so với vi khuẩn có khả loại COD hiệu khoảng pH: 5,0-5,5 Kết vận hành so sánh thiết bị sinh học sử dụng màng lọc với nấm men (YMBR-Yeast Membrane Bioreactor) vi khuẩn (BMBR-Bacterial Membrane Bioreactor) điều kiện COD thấp: 1000mg/l nồng độ muối cao 32g/l NaCl cho thấy hiệu loại COD đạt tới 90% với HRT 5h Trong điều -7- kiện, YMBR hoạt động với áp lực xuyên màng 10 lần thấp gây tắt nghẽn màng so với BMBR (Dan N.P.,2003) Một số nghiên cứu với vài loại hình nước thải đặc thù khác, chẳng hạn nước thải thuộc da (Lefebre, 2005), nước thải súc rửa tàu dầu (Mancini, 2012), nước thải chế biến hải sản (Vidal, 1997, Mosquera-Corral, 2001) nước thải chế biến dầu oliu (Vitolo, 1999) bước đầu nghiên cứu  Tình hình nghiên cứu nƣớc: Trong năm gần đây, nhà khoa học quân đội thực số nghiên cứu chủ đề phân lập, tuyển chọn chủng vi sinh vật có khả phân hủy chất hữu điều kiện nước mặn, thử hoạt tính proteinaza, đồng thời nghiên cứu ảnh hưởng điều kiện ngoại cảnh nhiệt độ, pH ban đầu, nồng độ muối, nồng độ chất… đến hoạt tính VSV Một số chủng, chẳng hạn chủng VSV kỵ khí chịu mặn P21, chủng P3 chủng T9 phân loại, cách xác định so sánh trình tự gen mã hóa với chủng công bố ngân hàng gen quốc tế (NTT Thư, 2010 a,b, 2011; BTT Hà, 2010) Các nhà khoa học quân đội có nhiều nỗ lực để thu gom xử lý chất thải nước thải nhiễm mặn số đảo nói riêng, xử lý nước thải nhiễm mặn số nhà máy chế biến hải sản, với công nghệ xử lý nước thải chủ đạo sử dụng chế phẩm sinh học, công nghệ cổ điển bể tự hoại, bùn hoạt tính… Tuy nhiên công trình có hiệu thấp, chủ yếu áp dụng công nghệ chưa phù hợp, chẳng hạn việc sử dụng chế phẩm sinh học có hạn chế lớn đòi hỏi thời gian thích nghi thường xuyên phải bổ sung, thay Hơn nữa, chế phẩm vi sinh hình thành từ môi trường nước bờ khó phát triển môi trường nước mặn đảo Các hệ thống xử lý nước thải áp dụng công nghệ cổ điển gặp khó khăn môi trường nước thải có độ mặn cao VSV thường phát triển chậm, không đạt mật độ sinh khối hệ thống đủ cao để phân hủy hiệu Các mô hình sử dụng bùn hoạt tính gặp khó khăn tương tự Theo nghiên cứu quốc tế công bố, với độ mặn từ 3000 mg/l trở lên, sinh khối hiếu khí bị tác động rõ rệt, dẫn đến hiệu phân hủy hữu giảm mạnh Nguyên nhân độ mặn cao gây áp lực thẩm thấu ức chế đường phản ứng trình phân hủy hữu -8- Ngoài kỹ thuật truyền thống đòi hỏi điện để cấp khí, yêu cầu khó đáp ứng phần lớn đảo Trong chưa có công nghệ phù hợp, đảo chất thải/nước thải sinh hoạt chăn nuôi đưa thẳng môi trường không qua xử lý, tích tụ, mặt đất vùng nước ven đảo, thấm xuống tầng nước nông, gây ô nhiễm cho nước mưa chảy tràn, dẫn đến suy thoái chất lượng nguồn tài nguyên nước vốn khan đảo -9- II PHÂN TÍCH XU HƢỚNG NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƢỚC THẢI NHIỄM MẶN TRÊN CƠ SỞ SỐ LIỆU SÁNG CHẾ QUỐC TẾ Tình hình nộp đơn đăng ký sáng chế xử lý nƣớc thải nhiễm mặn theo thời gian: Theo khảo sát tình hình đăng ký sáng chế công nghệ xử lý nước thải nhiễm mặn CSDL Thomson Innovation, có khoảng 300 sáng chế nộp đơn đăng ký bảo hộ vấn đề Biểu đồ: Tình hình nộp đơn đăng ký bảo hộ sáng chế theo thời gian 70 60 60 55 50 50 48 40 26 30 25 20 11 10 10 4 Từ đầu thập niên 90, bắt đầu có sáng chế nộp đơn đăng ký bảo hộ vấn đề Tình hình nộp đơn đăng ký sáng chế có xu hướng tăng dần theo thời gian tăng mạnh từ năm 2009 đến nay:  Giai đoạn 1991-2009: trung bình năm có sáng chế nộp đơn đăng ký bảo hộ  Giai đoạn 2010-2015: trung bình năm có 44 sáng chế nộp đơn đăng ký bảo hộ Tình hình nộp đơn đăng ký sáng chế xử lý nƣớc thải nhiễm mặn quốc gia: Hiện nay, sáng chế công nghệ xử lý nước thải nhiễm mặn nộp đơn đăng ký bảo hộ 15 quốc gia: Trung Quốc (CN): 249 SC, Hàn Quốc (KR): 11SC, Mỹ (US): SC, Úc (AU): SC, Nhật (JP): 6SC, Mexico (MX): 3SC, -10- Hình: Hiệu loại COD nấm men nồng độ muối 20g/l, 25g/l 30g/l Thích nghi: NaCl 20 g/L: SKNM đạt 3.250 mg/l sau mẻ NaCl 25 g/L: SKNM đạt 3.025 mg/l sau mẻ NaCl 30 g/L: SKNMđạt 3.015 mg/l sau mẻ Hiệu loại COD NaCl 30 g/L: > 93% -26- 5.1.3 Khảo sát tính xử lý nước thải nhiễm mặn vi sinh vật kỵ khí thí nghiệm mẻ NaCl 20g/L; mẻ Than hoạt tính giúp giữ lại MLSS thiết bị, giảm thất thoát sinh khối, qua tăng đáng kể hiệu loại COD NaCl 20g/L; mẻ Bentonite giúp giữ lại MLSS thiết bị, giảm thất thoát sinh khối, qua tăng đáng kể hiệu loại COD, cao so với GAC -27- 5.1.4 Khảo sát tính xử lý nước thải nhiễm mặn vi khuẩn Anammox thí nghiệm mẻ: Vi khuẩn anammox, phân lập từ nước thải chăn nuôi heo, thích nghi phát triển với nồng độ muối cao dần từ 5, 10, 15… đến 25g/l NaCl, thí nghiệm mẻ cho phép loại bỏ NH4-N, với hiệu suất giảm dần từ 75 đến 40% 5.1.5 Kết nghiên cứu: Kết nghiên cứu với thí nghiệm mẻ cho thấy để phân hủy hữu cơ, loại bỏ COD nước thải nhiễm mặn sử dụng: -28- - Sinh khối vi khuẩn hiếu khí, vi khuẩn kỵ khí nấm men hiếu khí làm giàu qua thí nghiệm tĩnh (mẻ), với khoảng độ mặn từ – 30 g/l với hiệu giảm dần theo độ mặn tăng - Tuy nhiên việc phân lập, làm giàu nấm men kỵ khí không cho kết khả quan - Để loại bỏ NH4-N cần sử dụng vi khuẩn anammox, nhiên khó khăn cần thích nghi sinh khối anammox từ độ mặn tương đối thấp (2-4 g/L) dến độ mặn cao cao: 5,10… 30g/l NaCl - Về mặt thiết bị liên tục, sử dụng dạng thiết bị kỵ khí cao tải (UASB, hybrid UASB…) thiết bị nấm men độc lập nối tiếp, với trường hợp khác nhau: có điều chỉnh pH không điều chỉnh pH 5.2 Thử nghiệm sinh khối vi sinh vật với thí nghiệm liên tục: 5.2.1 Thử nghiệm sinh khối vi sinh vật kỵ khí với thiết bị liên tục: Kết thử nghiệm đánh giá khả phân hủy hữu thí nghiệm liên tục vòng 350 ngày, cho thấy: -29- - Sinh khối vi sinh vật kỵ khí phân lập, làm giàu từ hệ thống xử lý nước thải chế biến thủy hải sản thích nghi với nồng độ muối cao dần từ 5, 10, 15… đến 30 g/l NaCl - Được sử dụng thiết bị dạng UASB với HRT 24h, loại bỏ 80 – 90% COD trường hợp có pH ổn định 7,5 – 8,0 nhờ dung dịch đệm NaHCO3 - Khoảng 50 – 60% trường hợp dung dịch đệm NaHCO3, pH nước thải sau xử lý có xu hướng giảm xuống – 6, trình axit hóa chiếm ưu 5.2.2 Thử nghiệm sinh khối nấm men với thiết bị liên tục: Kết thử nghiệm đánh giá khả phân hủy hữu thí nghiệm liên tục vòng 350 ngày, cho thấy: • Nấm men chịu độ mặn cao tốt • Hiệu phân hủy hữu nấm men cao -30- Thử nghiệm quy mô pilot 6.1 Lựa chọn đối tƣợng thử nghiệm: Lựa chọn đối tượng thử nghiệm công nghệ quy mô pilot nước thải chế biến thủy hải sản : - Bản chất nước thải chế biến thủy hải sản tương đồng với nước thải sinh hoạt Chúng có hàm lượng chất hữu chất dinh dưỡng cao Tuy nhiên nước thải chế biến thủy hải sản có cường độ cao nước thải sinh hoạt nhiều thử nghiệm thành công với nước thải chế biến thủy hải sản, chắn giúp kinh nghiệm để xử lý nước thải sinh hoạt dễ dàng - Ngoài ra, điều kiện cần nước thải thử nghiệm có độ mặn cao, – 10 g/l NaCl Do địa điểm dự kiến ban đầu Khu Căn Cam Ranh nguồn nước thải có độ mặn cao ổn định, nên việc lựa chọn nguồn nước thải chế biến thủy hải sản gần khu vực TP Hồ Chí Minh hợp lý nhiều 6.2 Địa điểm lựa chọn nghiên cứu quy mô pilot: Công Ty TNHH Thanh An: Số 12, Đường số 2, KCN Sóng Thần 1, KP Nhị Đồng 2, Phường Dĩ An, TX Dĩ An, tỉnh Bình Dương Đặc trưng nước thải sản xuất Nhà máy Thanh An sau bể điều hòa: Sau xử lý bể điều Trung bình hòa kỵ khí STT Thông số Đơn vị pH - 6,7 – 6,9 Độ mặn mg/l 5.000 – 10.000 6.000 SS mg/l 200 200 COD mg/l 500 – 1450 644 Amoni mg/l 200 – 290 266 Nguồn: Viện Nhiệt đới Môi trường- Nhà máy Thanh An 2014 - 2015 6.3 Xác định mục tiêu nghiên cứu pilot tiêu chuẩn xử lý: Mục tiêu:  Loại bớt chất hữu (COD)  Loại amoni tổng Ni tơ -31- Tiêu chuẩn cần đạt:  COD: không 100 mg/l  Amoni (tính theo N): không 10 mg/l  Tổng Nitơ: không 40 mg/l Lựa chọn phƣơng hƣớng công nghệ thử nghiệm quy mô pilot:  Giai đoạn xử lý kỵ khí: Sử dụng trình oxy hóa hợp chất hữu điều kiện kỵ khí Ưu điểm trình kỵ khí tạo thành bùn thấp, vi khuẩn kỵ khí có khả thích nghi tốt với nước thải có nồng độ muối cao, hiệu suất xử lý thí nghiệm cho thấy hiệu loại bỏ COD trình đạt 80%  Giai đoạn hiếu khí nấm men: Sử dụng chủng nấm men ưa mặn phân lập trong điều kiện hiếu khí để tiếp tục oxy hóa chất hữu nước thải  Giai đoạn nitrit hóa: Sử dụng chủng vi khuẩn hiếu khí ưa mặn để chuyển hóa amoni thành nitrit, điều kiện cần để diễn trình anammox  Giai đoạn xử lý kỵ khí ammoni: Sử dụng chủng vi khuẩn anammox ưa mặn để chuyển hóa amoni nitrit thành khí nitơ phân tử 6.4 Thiết kế, chế tạo, lắp đặt hệ thống thử nghiệm pilot: -32- 6.5 Kết vận hành hệ thống thử nghiệm pilot:  Hiệu loại COD thiết bị pilot: Với CODinf,tb 791 mg/l, đầu thiết bị UASB có COD trung bình đạt 171 mg/l, tương đương với hiệu suất loại bỏ COD khoảng 78% Đầu thiết bị nấm men (từ ngày 10 dến ngày 70 chưa chỉnh pH, sau ngày 70 có chỉnh pH) có COD trung bình đạt 89,7 mg/l, tương đương với hiệu suất loại bỏ COD khoảng 47%, hiệu suất loại COD thiết bị kết hợp 88,6% Khoảng từ ngày 70, kết COD nước thải sau thiết bị nấm men thấp 100mg/l, đạt loại B QCVN 40, 2011/BTNMT  Hiệu khử amoni pilot: -33- Khoảng 50 ngày đầu thời gian thích nghi (độ mặn tăng dần từ 10 đến 15g/L), từ ngày 50 SK anammox chịu mặn nạp 1000 mg/l MLSS thiết bị kết hợp nitrit hóa khử nitơ Trong ngày tiếp theo, với nồng độ NH4-N đầu vào trung bình 249 mg/l, đầu thiết bị anammox với nitrit hóa bán phần có NH4-N trung bình đạt 116mg/l, tương đương với hiệu suất khử NH4-N khoảng 53% Trong 10 ngày tiếp theo, với nồng độ NH4-N inf tb 87 mg/l, NH4-N eff, tb đạt 35.6 mg/l, tương đương với hiệu suất loại bỏ NH4-N khoảng 59% Trong giai đoạn ngày cuối, với nồng độ NH4-N inf, tb 88 mg/l, NH4-N eff, tb đạt 18.4mg/l, tương đương với hiệu suất loại bỏ NH4-N khoảng 79% Khoảng từ ngày 22, kết NH4-N TN nước thải sau xử lý thấp tương ứng 10mg/l 40 mg/l, đạt loại B QCVN 40, 2011/BTNMT  Tổng kết thông số công nghệ hệ thống pilot xử lý nƣớc thải: Hạng mục No Đơn vị Vận tốc dọc Thời gian lƣu thủy lực Tải trọng hữu Tải trọng Ammonia v HRT OLR N-LR m3/m2.h h kgCOD/m3.ngày kgNH4N/m3.ngày Bể điều hòa Bể UASB 0.06 24 0.6 – 3.0 Bể nấm men 0.04 24 0.25 – 1.0 Bể lắng 0.04 2-3 Bể chỉnh pH 0.04 0.2 Bể nitrit hóa 0.04 24 0.1 - 0.29 Bể anammox 0.04 24 0.1 - 0.30 - 24 -34-  Đề xuất sơ dồ công nghệ: Có thể chia trường hợp chính: • COD ( mg/l) a) 1000 • NH4-N( mg/l) a) 100 • Độ mặn ( g/l) a) – 15 b) >15 Chẳng hạn trường hợp COD nước thải đầu vào nhỏ 500 mg/l, chọn hai giải pháp đơn giản hóa:  Bắt đầu với công đoạn sử dụng nấm men kỵ khí  Sử dụng sơ đồ trên, không cần dung dịch đệm cho UASB/UFAF không cần chỉnh hóa chất cho thiết bị nấm men  Trong trường hợp Tổng N NH4-N thấp 100 mg/l, kết hợp hai công đoạn nirtrit hóa anammox thiết bị có sử dụng đệm cố định cấp khí cục -35-  Khái toán phƣơng án xử lý nƣớc thải nhiễm mặn: Lƣu lƣợng trung bình, tải lƣợng COD NH4-N thấp: Thông số/Hạng mục Đơn vị Giá trị Lưu lượng m3/ngày 240 CODinf mg/l 500 NH4-Ninf mg/l 100 Độ mặn g/l 10 - 15 Bể điều hòa m3 80 Bể nấm men m3 240 Bể lắng m3 30 Bể nitrit +anammox m3 240 Tải lƣợng 0.5 0.1 So sánh với trường hợp nước thải không nhiễm mặn, nghĩa nồng độ NaCl < 5g/L, thấy khác biệt quan trọng bể nấm men có dung tích cao lần so với bể aerotank truyền thống cần hệ chỉnh pH trước sau bể nấm men Tất hạng mục khác bơm, máy thổi khí, thiết bị phụ trợ khác biệt đáng kể Chi phí đầu tư ban đầu chi phí vận hành hệ thống xử lý nước thải tăng 10 – 15% so với hệ thống xử lý nước thải thông thường  Khái toán phƣơng án xử lý nƣớc thải nhiễm mặn: Lƣu lƣợng trung bình, tải lƣợng COD NH4-N cao: Thông số/Hạng mục Đơn vị Giá trị Lưu lượng m3/ngày 240 CODinf mg/l 2000 NH4-Ninf mg/l 200 Độ mặn g/l 10 - 15 Bể điều hòa m3 80 Bể UASB m3 240 -36- Tải lƣợng Bể nấm men m3 240 Bể lắng m3 30 Bể nitrit hóa m3 240 0.2 Bể anammox m3 240 0.2 0.4 Khi tải lượng COD NH4-N cao, so sánh với trường hợp nước thải không nhiễm mặn, nghĩa nồng độ NaCl < 5g/L, thấy khác biệt quan trọng bể UASB có dung tích cao lần, bể nấm men có dung tích cao lần so với bể UASB bể aerotank truyền thống Ngoài cần hệ chỉnh pH trước sau bể nấm men Tất hạng mục khác bơm, máy thổi khí, thiết bị phụ trợ khác biệt đáng kể Chi phí đầu tư ban đầu tăng 20 – 30%, chi phí vận hành hệ thống xử lý nước thải tăng khoảng 10 – 15% Kết luận: Nhóm thực đề tài khảo sát số đơn vị/ sở sản xuất có nước thải nhiễm mặn, lựa chọn nhà máy chế biến thủy hải sản Bà Rịa Vũng Tàu lấy mẫu bùn nước thải có độ mặn từ – g/l NaCl, từ làm giàu phân lập vi sinh vật chịu mặn Từ mẫu bùn lấy sở chế biến thủy hải sản, nhóm thực đề tài làm giàu nhóm vi sinh vật hiếu khí, kỵ khí nấm men thích nghi chúng với độ mặn cao dần từ 5, 10, 15, 20, 25 30 g/l NaCl Đã phân lập chủng vi khuẩn hiếu khí khảo sát hình thái thông qua chụp ảnh SEM chủng Kết giải trình tự gen cho thấy chủng phân lập có mức tương đồng cao với vi khuẩn hiếu khí thuộc chủng Staphylococcus sp BH4 Đã phân lập chủng vi khuẩn kị khí khảo sát hình thái thông qua chụp ảnh SEM chủng Kết giải trình tự gen cho thấy chủng phân lập có mức tương đồng cao với vi khuẩn kị khí thuộc chi Desulfovibrio tương đồng 100% với chủng Desulfovibrio desulfuricans ATCC27774 (M34113), chủng vi khuẩn kị khí thuộc chi Desulfovibrio đặt tên Desulfovibrio sp BH Các thông số động học vi khuẩn hiếu khí xác lập cho thấy tốc độ tăng trưởng tối đa µmax nồng độ NaCl g/L, 10 g/L 15 g/L 4,625; 1,064 2,203 ngày-1 Hệ số suất tăng trưởng (Y) nấm men tăng dần tương ứng với tăng dần nồng độ muối NaCl: 3,293; 4,66 11,723 mgVSS/mgCOD -37- Kết thử nghiệm đánh giá khả phân hủy hữu thí nghiệm liên tục pilot, thực liên tục vòng 16 tháng, cho thấy sinh khối vi sinh vật kỵ khí phân lập, làm giàu từ hệ thống xử lý nước thải nhà máy chế biến thủy hải sản thích nghi với nồng độ muối cao dần từ 5, 10, 15… đến 30 g/l NaCl, sử dụng thiết bị kỵ khí dạng UASB với HRT 24h, cho phép loại bỏ 80 – 90% COD trường hợp có pH ổn định 7,5 – 8,0 nhờ dung dịch đệm NaHCO3, hay khoảng 50 – 60% trường hợp dung dịch đệm NaHCO3, pH nước thải sau xử lý có xu hướng giảm xuống – 6, trình axit hóa chiếm ưu Sinh khối nấm men ưa mặn/chịu mặn phân lập, làm giàu từ hệ thống xử lý nước thải nhà máy chế biến thủy hải sản thích nghi với nồng độ muối cao dần từ 5, 10, 15… đến 30 g/l NaCl, sử dụng thiết bị hiếu khí có đệm dạng FBR với HRT 24h, tải trọng hữu mức 0.1 – kg COD/m3.ngày, cho phép loại bỏ 80 – 90% COD trường hợp có pH ổn định mức 3,5 Ở pH – 6, khả loại bỏ COD thiết bị nấm men có xu hướng giảm xuống 40 – 50 % Vi khuẩn anammox, phân lập từ nước thải chăn nuôi heo, thích nghi với độ mặn 6g/L NaCl nước thải thuộc da (muối da), thích nghi phát triển với nồng độ muối cao dần từ 10, 15… đến 25g/l NaCl, sử dụng thiết bị kỵ khí dòng chảy ngược có đệm (UFAF) với HRT 24h, pH ổn định 7,5 – 8,0, tải trọng ammonia mức 0.1 – 0.2 kg NH4-N /m3.ngày cho phép loại bỏ 70 – 80% NH4-N, trường hợp trình nitrit hóa thuận lợi, chủ yếu độ mặn nước thải 15 g/l NaCl Trên sở phân tích tổng kết kết nghiên cứu đề tài quy mô phòng thí nghiệm quy mô pilot đề xuất áp dụng sơ đồ công nghệ sinh học kết hợp tổng quát dùng vi sinh vật ưa mặn/chịu mặn để xử lý nước thải hữu nhiễm mặn bao gồm UASB/UFAF, thiết bị nấm men, nitrit hóa anammox đồng thời phương án đơn giản hóa điều kiện cụ thể Nhóm nghiên cứu đề xuất phương hướng nghiên cứu hoàn thiện công nghệ theo hướng tăng cường khả cố định hóa sinh khối ưa mặn/chịu mặn nghiên cứu trình nitrit hóa độ mặn cao 25 – 30g/l NaCl Đầu tư tiếp tục để hoàn thiện công nghệ theo hướng cụ thể sau:  Nghiên cứu loại giá thể thích hợp cho vi sinh vật kỵ khí hiếu khí ưa mặn/chịu mặn nhằm tăng cường khả cố định hóa vi sinh vật thiết bị xử lý, giúp nâng cao tải trọng hiệu xử lý  Nghiên cứu ứng dụng công nghệ SMBR để giữ lại hoàn toàn vi sinh vật ưa mặn/chịu mặn thiết bị, giúp nâng cao tải trọng hiệu xử lý -38-  Nghiên cứu hoàn thiện trình khử tổng N NH4-N, với trọng tâm trình nitrit hóa, độ mặn 25 – 30mg/l  Áp dụng thử công nghệ đề xuất để xử lý nước thải sinh hoạt sản xuất đảo với công suất 50 – 100 m3/ngày đêm -39- TÀI LIỆU THAM KHẢO Lương Thị Kim Giang, Ngô Văn Thanh Huy, Trần Minh Chí; Xử lý nước thải hữu nhiễm mặn nấm men thí nghiệm mẻ; Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Kỷ niệm 55 năm Viện KHCNQS; 2015 Chủ nhiệm đề tài: TS.Trần Minh Chí; Nghiên cứu ứng dụng công nghệ vi sinh để xử lý nước thải hữu nhiễm mặn; Đề tài khoa học công nghệ cấp Viện Khoa học Công nghệ Quân sự; 2015 Công nghệ vi sinh xử lý chất hữu nhiễm mặn; Công ty xử lý môi trường Việt Nam CSDL sáng chế Thomson Innovation Tài liệu từ chương trình báo cáo Phân tích xu hướng công nghệ “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ sinh học để xử lý nước thải nhiễm mặn”; 04/2016 -40- ... tổng (tính theo N) mg/l 250 500 10 00 mg/l 20 40 85 mg/l 15 35 mg/l 12 25 50 mg/l 0 mg/l 0 mg/l 15 mg/l mg/l 10 No /10 0 ml 10 6 - 10 7 10 7 -1 0 8 10 7 -1 0 9 g/l 400  Hữu  Amoni tự  Nitrít... thải nhiễm mặn theo thời gian 14 12 10 14 12 10 Xử lý nhiệt Xử lý hóa học Xử lý điện hóa 2 015 2 014 2 013 2 012 2 011 2 010 2009 2008 2007 2006 2005 19 94 19 93 19 92 19 91 Tình hình nộp đơn đăng ký sáng... mg/l 350 720 12 00  Hòa tan (TDS)  Lơ lửng (SS) Chất rắn lắng mg/l 250 500 850 mg/l 10 0 220 350 -4 - BOD520 mg/l 10 20 Tổng các-bon hữu mg/l 11 0 220 400 COD mg/l 80 16 0 290 Ni tơ - tổng (tính