Đặt vấn đề: SVTH:NGUYỄ XUÂN NGHỊ 6 MSSV:0811110056 Bài Khóa Luận Tốt Nghiệp Khoa: MT & CNSH Trong môi trường sống nói chung, vấn đề bảo vệ và cung cấp nước sạch cho sự sống của muôn loài sinh vật là vô cùng quan trọng. Đồng thời với việc bảo vệ và cung cấp nguồn nước sạch, việc thải và xử lý nước bị ô nhiễm trước khi đổ vào nguồn là một vấn đề bức xúc đối với toàn thể loài người. Trong quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước, chúng ta cũng không ngoài hoàn cảnh chung này. Các công nghệ xử lý nước thải đã và đang được phát triển hằng ngày.
Nhiều kĩ thuật xử lý tỏ ra khá hiệu quả và góp phần trong công tác xử lý ô nhiễm nước cũng như bảo vệ và cải thiện chất lượng nguồn nước của nhân loại trước mối nguy hiểm từ ô nhiễm. Có rất nhiều công nghệ xử lý nước thải như công nghệ vật lý, hóa học, công nghệ sinh học và công nghệ tích hợp lý – hóa – sinh giúp tăng cường hiệu quả xử lý và tiết kiệm, đồng thời cung cấp nhiều sự lựa chọn trong các giải pháp cho các nhà môi trường trước các hình thức ô nhiễm nước khác nhau. Hiện nay, xử lý nước thải theo kĩ thuật dùng các giá thể sinh học theo phương pháp sinh trưởng dính bám khá phổ biến và tỏ ra có hiêụ 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 chất thải.
Mỗi loại giá thể sẽ khác nhau về cấu trúc không gian, diện tích bề mặt tiếp xúc, khối lượng, vật liệu… và vì thế, tính năng cũng như giá thành đều khác. Việc tìm ra giá thể mới, rẽ tiền, dễ sản xuất hiệu quả xử lý cao là vấn đề khoa học nghiêm túc. Đề tài “Tìm hiểu và đánh giá hiệu quả của một số giá thể trong xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học dính bám” được hình thành dựa trên các cơ sở khoa học chuyên môn về xử lý nước thải. Việc làm này nhằm tìm hiểu và khẳng định khả năng xử lý nước thải của các giá thể sinh học dùng để xử lý nước thải.
Mục tiêu – Đối tượng nghiên cứu của đề tài: a) Mục tiêu: Tìm hiểu và đánh giá hiệu quả của một số giá thể trong xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học dính bám. b) Đối tượng: Các giá thể sinh học dùng để xử lý nước thải. Nội dung nghiên cứu: SVTH:NGUYỄ XUÂN NGHỊ 7 MSSV:0811110056 Bài Khóa Luận Tốt Nghiệp Khoa: MT & CNSH Tổng quan các phương pháp sinh học trong xử lý nước thải bằng phương pháp lơ lửng và dính bám. Giới thiệu và đánh giá hiệu quả của một số giá thể trong xử lý sinh học dính bám.
Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu dựa trên cơ sở lý thuyết. Dùng một số thí nghiệm để đánh giá khả năng xử lý nước thải của một số giá thể sinh học. Phương pháp nghiên cứu: Thu thập tài liệu trong và ngoài nước có liên quan đến nội dung nghiên cứu. Tổng hợp phân tích, so sánh và đánh giá lựa chọn hướng nghiên cứu phù hợp.
SVTH:NGUYỄ XUÂN NGHỊ 8 MSSV:0811110056 Bài Khóa Luận Tốt Nghiệp Khoa: MT & CNSH CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN CÁC PHƯƠNG PHÁP SINH HOC TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI 2. Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học sinh trưởng lơ lửng: 2. Sinh trưởng lơ lửng - Bùn hoạt tính: Trong nước thải, sau một thời gian làm quen, các tế bào vi khuẩn bắt đầu tăng trưởng, sinh sản và phát triển. Nước thải bao giờ cũng có các hạt chất rắn lơ lửng khó lắng.
Các tế bào vi khuẩn sẽ dính vào các hạt lơ lửng này và phát triển thành các hạt bông cặn có hoạt tính phân hủy các chất hữu cơ nhiễm bẩn nước thể hiện bằng BOD. Các hạt bông này nếu được thổi khí và khuấy đảo sẽ lơ lửng trong nước và dần được lớn dần lên do hấp thụ nhiều hạt chất rắn lơ lửng nhỏ, tế bào vi sinh vật, nguyên sinh động vật và các chất độc. Những hạt bông này khi ngừng thổi khí hoặc các chất hữu cơ làm cơ chất dính dưỡng cho vi sinh vật trong nước cạn kiêt chúng sẽ lắng xuống đáy bể hoặc hồ thành bùn. Bùn này gọi là bùn hoạt tính.
Bùn hoạt tính là tập hợp các vi sinh vât khác nhau, chủ yếu là vi khuẩn, kết lại thành dạng hạt bông với trung tâm là các chất rắn lơ lửng ở trong nước. Các bông này có màu vàng nâu dễ lắng có kích thước từ 3 đến 150 μm. Những bông này gồm các vi sinh vật ( khoảng 30 – 40% thành phần cấu tạo bông, nếu hiếu khí bằng thổi khí và khuấy đảo đầy đủ trong thời gian ngắn thì con số này khoảng 30%, thời gian dài khoảng 35% và kéo dài tới vài ngày có thể tới 40%). Những vi sinh vật sống ở đây chủ yếu là vi khuẩn, ngoài ra còn có nấm men, nấm mốc, xạ khuẩn, động vật nguyên sinh, dòi, giun… Bùn hoạt tính lắng xuống là “bùn già”, hoạt tính giảm.
Nếu được hoạt hóa (trong môi trường thích hợp có sục khí đầy đủ) sẽ sinh trưởng trở lại và hoạt tính được phục hồi. Số lượng vi khuẩn trong bùn hoạt tính dao động trong khoảng 10 8 đến 1012 trên 1 mg chất khô. Phần lớn chúng là Pseudomomonas, Achomobacter, Alcaligenes, Bacillus, Micrococus, Flavobac terium. SVTH:NGUYỄ XUÂN NGHỊ 9 MSSV:0811110056 Bài Khóa Luận Tốt Nghiệp Khoa: MT & CNSH Hình 2.1: Sơ đồ hệ thống bùn hoạt tính đơn giản Hình 2.2: Sơ đồ hệ thống bùn hoạt tính thông thường SVTH:NGUYỄ XUÂN NGHỊ 10 MSSV:0811110056 Bài Khóa Luận Tốt Nghiệp Khoa: MT & CNSH Bảng 2.1: Một số giống chính trong quần thể vi khuẩn có trong bùn hoạt tính: Vi khuẩn Chức năng Pseudomonas Phân hủy hidratcacbon, protein, các hợp chất hữu cơ khác và phản nitrat hóa.
Arthrobacter Phân hủy hidratcacbon Bacillus Phân hủy hidratcacbon, protein… Cytophaga Phân hủy các polymer Zooglea Tạo thành chất nhầy (polysacharit), hình thành chất keo tụ Acinetobacter Tích lũy polyphosphat, phản nitrat Nitrosomonas Nitrit hóa Nitrobacter Nitrat hóa Sphaerotilus Sinh nhiều tiên mao, phân hủy các chất hữu cơ Alcaligenes Phân hủy protein, phản nitrat hóa Flavobacterium Phân hủy protein Nitrococcus denitrificans Phản nitrat hóa (khử nitrat thành N2) Thiobacillus denitrificans Acinetobacter Hyphomicrobium Desulfovibrio Khử sulfat, khử nitrat Các chất keo dính trong khối nhầy của bùn hoạt tính hấp phụ các chất lơ lửng, vi khuẩn, các chất màu, mùi… trong nước thải. Do vậy hạt bùn sẽ lớn dần và tổng lượng bùn cũng tăng lên, rồi từ từ lắng xuống đáy. Kết quả là nước sáng màu, giảm lượng ô nhiễm, các chất huyền phù lắng xuống cùng với bùn và nước được làm sạch. Tính chất quan trọng của bùn là khả năng tạo bông.
Trong bùn hoạt tính ta còn thấy các loài thuộc động vật nguyên sinh. Chúng đóng vai trò khá quan trọng trong bùn. Chúng cũng tham gia phân hủy các chất hữu cơ ở điều kiện hiếu khí, điều chỉnh loài và tuổi cho quần thể sinh vật trong bùn, giữ cho bùn luôn luôn hoạt động ở điều kiện tối ưu. Động vật nguyên sinh ăn các vi khuẩn già hoặc đã chết, tăng cường loại bỏ vi khuẩn gây bệnh, làm đậm đặc màng SVTH:NGUYỄ XUÂN NGHỊ 11 MSSV:0811110056 Bài Khóa Luận Tốt Nghiệp Khoa: MT & CNSH nhầy nhưng lại làm xốp khối bùn, kích thích vi sinh vật tiết enzyme ngoại bào để phân hủy chất hữu cơ nhiễm bẩn và kết lắng bùn nhanh.
Nhiều hợp chất hữu cơ có tác dụng gây độc với hệ sinh vật của bùn hoạt tính, ảnh hưởng đến hoạt động sống của chúng, thậm chí làm chúng bị chết. Với nồng độ cao các chất phenol, formaldehyt và các chất sát khuẩn cũng như các chất bảo vệ thực vật sẽ làm biến tính protein của tế bào chất hoặc tác dụng xấu lên thành tế bào. Các kim loại có ảnh hưởng đến sự sống của vi khuẩn theo thứ tự như sau: Sb, Ag, Cu, Hg, Co, Ni, Pb, Cr, Zn, Fe. Ta có thể tạo bùn hoạt tính trong phòng thí nghiệm với điều kiện là môi trường tương tự với thành phần nước thải với giống vi sinh vật ban đầu là ít bùn ở bể chứa nước thải sinh hoạt hoặc công nghiệp mà ta sau này cần phải xử lý.
Dùng một lượng bùn hoạt tính (khoảng 15 – 30% có khi tới 75%) cho quay lại làm giống để xử lý cho mẻ kế tiếp. Những kĩ thuật trong quá trình này là nguyên tắc cất giống như trong lên men hiếu khí và dùng lại bùn hồi lưu như sử dụng lại men giống trong lên men bia. Cách tạo và tái sinh (hoạt hóa) bùn hoạt tính: Để tạo bùn hoạt tính phải chú ý đến một số yếu tố ảnh hưởng đến sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật có trong bùn hoạt tính. Các yếu tố đó là: Nhiệt độ của nước thải.
Nếu nhiệt độ cao thì phải có thiết bị hạ nhiệt xuống 25 – 300C. Cần phải điều chỉnh pH của nước thải về khoảng 6,5 – 7,5. Xác định tỉ lệ hàm lượng N tổng và P tổng có trong nước thải. Nếu tỉ lệ BOD 5 : N : P cách xa so với tỉ lệ 100 : 5 : 1 thì phải bổ sung thêm P và N.
Cách tạo bùn có thể tiến hành như sau: Lấy mẫu nước thải li tâm bỏ phần cặn, lấy dịch trong. Chuẩn bị các môi trường nuôi cấy thử vi sinh vật như sau: SVTH:NGUYỄ XUÂN NGHỊ 12 MSSV:0811110056 Bài Khóa Luận Tốt Nghiệp Khoa: MT & CNSH Dịch nước thải (phần dịch trong) để nguyên có cân bằng dinh dưỡng bằng cách bổ sung nguồn N và P. Dịch nước thải pha loãng với nước có thêm các nguyên tố khoáng theo tỉ lệ 1 : 1, 1 : 2 hoặc 1 : 3 và cân bằng dinh dưỡng (N và P). Ứng dụng kỹ thuật bùn hoạt tính trong xử lý hiếu khí nước thải cần chú ý các điểm sau: Cân bằng dinh dưỡng cho môi trường lỏng (nước thải trong các công trình xử lý, đặc biệt là khi tạo bùn và hoạt hóa bùn hồi lưu) theo tỉ lệ BOD 5 : N : P (bình thường là 100 : 5 : 1 và xử lý kéo dài 200 : 5 : 1.
Thiếu nitơ lâu dài, ngoài sự cản trở tạo tế bào mới và bùn, cản trở quá trình trao đổi chất còn làm cho bùn khó lắng. Thiếu phospho tạo sự phát triển của vi khuẩn dạng sợi, là nguyên nhân chính làm bùn phồng lên, khó lắng.