Phân Tích Hàm Lượng Photphat và Nitơ Trong Hệ Xử Lý Nước Thải Sử Dụng Công Nghệ MBBR

Chuyên khảo Phân tích photphat và nitơ trong hệ xử lý nước thải mbbr phân tích chuyên sâu các khía cạnh quan trọng trong lĩnh vực công nghệ thông tin

• Tác giả: Nguyễn Thị Ánh
• Người hướng dẫn: PTS. Nguyễn Văn A
• Trường học: Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Công nghệ xử lý nước thải
• Đề tài: Phân tích hàm lượng photphat và một số hợp chất của nitơ trong hệ xử lý nước thải sử dụng giá thể vi sinh chuyển động (MBBR)
• Loại tài liệu: Luận văn tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU
• 1.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÔNG NGHỆ MBBR TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI
• 1.1.1. Sơ đồ và mô hình xử lý bằng công nghệ MBBR
• 1.1.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình xử lý bằng công nghệ MBBR
• 1.1.2.1. Giá thể
• 1.1.2.2. Độ xáo trộn
• 1.1.2.3. Tải trọng thể tích
• 1.1.3. Ưu, nhược điểm của công nghệ MBBR
• 1.1.3.1. Ưu điểm
• 1.1.3.2. Nhược điểm
• 1.2. TỔNG QUAN NƯỚC THẢI SINH HOẠT
• 1.2.1. Nguồn gốc nước thải sinh hoạt
• 1.2.2. Đặc tính nước thải sinh hoạt
• 1.2.3. Tác động của nước thải sinh hoạt đến môi trường và sức khỏe con người

Tóm tắt

I. Giới thiệu về tình trạng ô nhiễm nước thải

Trong những năm gần đây, tình trạng ô nhiễm môi trường do nước thải sinh hoạt (NTSH) đang diễn ra nghiêm trọng, đặc biệt tại các thành phố lớn. Nước thải chứa hàm lượng lớn các chất nitơ (N) và photphat (P), gây ra hiện tượng phú dưỡng và độc tính khi thải ra môi trường. Việc loại bỏ các chất này là cần thiết để giảm thiểu tác hại đến môi trường. Hệ thống xử lý nước thải hiện tại đang phải đối mặt với việc mở rộng quy mô do lưu lượng nước thải tăng lên đáng kể. Tuy nhiên, việc mở rộng quy mô gặp nhiều khó khăn và có thể ảnh hưởng đến quy hoạch dân cư. Do đó, cần cải tiến kỹ thuật trong xử lý nước thải và ứng dụng các loại vật liệu mới để nâng cao chất lượng đầu ra và giảm chi phí vận hành.

1.1. Tác động của nitơ và photphat

Hàm lượng nitơ và photphat trong nước thải sinh hoạt có thể gây ra các vấn đề nghiêm trọng cho môi trường. Chúng có thể dẫn đến hiện tượng phú dưỡng, làm giảm chất lượng nước và ảnh hưởng đến hệ sinh thái. Việc xử lý hiệu quả các chất này trong nước thải là rất quan trọng để bảo vệ môi trường và sức khỏe con người.

II. Công nghệ xử lý nước thải MBBR

Công nghệ xử lý nước thải bằng giá thể lơ lửng tầng lưu động MBBR (Moving Bed BioReactor) đang được nghiên cứu và áp dụng rộng rãi. Công nghệ này kết hợp giữa các điều kiện thuận lợi của quá trình xử lý bùn hoạt tính và bể lọc sinh học. Trong quá trình MBBR, vi sinh vật phát triển và bám dính trên giá thể chuyển động trong bể xử lý. Ưu điểm của công nghệ này là hiệu suất xử lý cao và ổn định, thời gian lưu bùn lâu, lượng bùn cần xử lý ít, chi phí vận hành không cao. Việc sử dụng giá thể vi sinh có trọng lượng và hình dạng phù hợp giúp tăng hiệu quả xử lý trên cùng một thể tích và tiết kiệm mặt bằng xây dựng.

2.1. Nguyên lý hoạt động của MBBR

Hệ thống MBBR hoạt động dựa trên nguyên lý màng sinh học (biofilm) phát triển trên giá thể lơ lửng. Giá thể này di chuyển tự do trong bể phản ứng, tạo điều kiện cho vi sinh vật tiếp xúc với chất ô nhiễm trong nước thải. Điều này giúp tăng cường hiệu suất xử lý, đặc biệt là đối với các chất ô nhiễm như nitơ và photphat. Công nghệ MBBR có thể được thiết kế cho các cơ sở mới hoặc nâng cấp các nhà máy hiện có để cải thiện khả năng xử lý.

III. Phân tích hàm lượng nitơ và photphat trong nước thải

Việc phân tích hàm lượng photphat và các hợp chất của nitơ trong nước thải là rất quan trọng để đánh giá hiệu quả của hệ thống xử lý. Các nghiên cứu cho thấy rằng, mặc dù hàm lượng các chất này trong nước thải đầu vào có thể cao, nhưng nhờ vào hiệu quả xử lý của công nghệ MBBR, hàm lượng các hợp chất này trong nước thải đầu ra có thể giảm đáng kể. Điều này đặt ra câu hỏi về độ chính xác của các phương pháp phân tích hiện tại. Do đó, việc hoàn thiện quy trình phân tích và đánh giá chính xác sự thay đổi nồng độ của các thành phần chính trong nước thải là cần thiết.

3.1. Ý nghĩa của việc phân tích

Phân tích hàm lượng photphat và nitơ không chỉ giúp đánh giá hiệu quả xử lý mà còn cung cấp dữ liệu quan trọng cho việc cải tiến quy trình công nghệ. Việc này có thể giúp các nhà quản lý môi trường đưa ra các quyết định chính xác hơn trong việc xử lý nước thải, từ đó bảo vệ môi trường và sức khỏe cộng đồng.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong những năm gần đây, ô nhiễm môi trường do nước thải sinh hoạt (NTSH) ngày càng nghiêm trọng, đặc biệt tại các thành phố lớn và khu vực trung tâm thương mại, vui chơi giải trí. NTSH chứa hàm lượng lớn các chất dinh dưỡng như nitơ (N) và photpho (P), là nguyên nhân chính gây ra hiện tượng phú dưỡng và độc tính môi trường. Theo ước tính, mỗi người thải ra trung bình khoảng 4 kg N và 0,4 kg P trong nước tiểu hàng năm, cùng với 0,55 kg N và 0,18 kg P trong phân. Lưu lượng và tải trọng chất ô nhiễm tăng nhanh khiến các hệ thống xử lý nước thải hiện tại phải đối mặt với thách thức mở rộng quy mô, trong khi việc mở rộng này lại gặp khó khăn về mặt quy hoạch và chi phí.

Công nghệ xử lý nước thải bằng giá thể vi sinh chuyển động (MBBR) được xem là giải pháp hiệu quả, giúp tăng mật độ vi sinh vật trong bể xử lý, nâng cao hiệu suất xử lý trên cùng thể tích và tiết kiệm diện tích xây dựng. MBBR kết hợp ưu điểm của quá trình bùn hoạt tính và bể lọc sinh học, với vi sinh vật phát triển trên giá thể chuyển động trong bể. Ưu điểm của công nghệ này bao gồm hiệu suất xử lý cao, ổn định, lượng bùn phát sinh ít và chi phí vận hành thấp.

Luận văn tập trung phân tích hàm lượng photphat và các hợp chất nitơ (amoni, nitrit, nitrat) trong hệ thống xử lý nước thải sử dụng giá thể vi sinh chuyển động, nhằm đánh giá hiệu quả xử lý và hoàn thiện quy trình phân tích các chỉ tiêu này. Nghiên cứu được thực hiện trên mẫu nước thải giả lập và nước thải thực tế tại quy mô phòng thí nghiệm, cung cấp dữ liệu tin cậy cho việc ứng dụng công nghệ MBBR ở quy mô lớn hơn. Mục tiêu cụ thể là xác định chính xác sự biến đổi nồng độ các chất ô nhiễm chính trong quá trình xử lý, góp phần nâng cao chất lượng nước thải đầu ra và bảo vệ môi trường.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Công nghệ MBBR dựa trên nguyên lý phát triển lớp màng sinh học (biofilm) trên các giá thể chuyển động trong bể xử lý nước thải. Lớp biofilm này chứa vi sinh vật có khả năng phân hủy các chất hữu cơ và các hợp chất chứa nitơ, photpho. MBBR kết hợp ưu điểm của quá trình bùn hoạt tính hiếu khí và bể lọc sinh học, giúp tăng mật độ vi sinh vật và hiệu quả xử lý trên cùng thể tích bể.

Các khái niệm chính bao gồm:

• Giá thể vi sinh chuyển động: vật liệu có diện tích bề mặt lớn, nhẹ hơn nước, cho phép vi sinh vật bám dính và phát triển, đồng thời chuyển động trong bể để tăng cường tiếp xúc với nước thải.
• Lớp màng biofilm: lớp vi sinh vật bám trên bề mặt giá thể, có vai trò chính trong quá trình phân hủy sinh học các chất ô nhiễm.
• Tải trọng thể tích: khối lượng chất ô nhiễm (BOD, COD) xử lý trên một đơn vị thể tích bể phản ứng, phản ánh hiệu suất xử lý của hệ thống.
• Quá trình xử lý nitơ và photpho: bao gồm các phản ứng sinh học chuyển hóa amoni thành nitrit, nitrat và cuối cùng khử nitơ, đồng thời loại bỏ photpho qua quá trình hấp thụ và kết tủa sinh học.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng mẫu nước thải giả lập và nước thải thực tế lấy từ bể mô phỏng hệ thống MBBR quy mô 5 lít. Nước thải có đặc tính: COD = 500 mg/L, N = 16,67 mg/L, P = 3,33 mg/L, pH từ 7,5 đến 8,5, hàm lượng bùn hoạt tính MLSS = 3000 mg/L.

Quy trình lấy mẫu gồm:

• Lấy mẫu nước thải đầu vào không chứa bùn (NT).
• Lấy mẫu nước thải đầu vào chứa bùn sau khi trộn đều (NT00).
• Lấy mẫu sau các khoảng thời gian sục khí 2, 4, 6, 8, 24 giờ (NT02, NT04, NT06, NT08, NT24).
• Lấy mẫu nước thải phía trên sau khi lắng 2 giờ (NTSL).

Phân tích các chỉ tiêu photphat, amoni, nitrit, nitrat được thực hiện theo các tiêu chuẩn trong và ngoài nước bằng phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử. Các phương pháp phân tích được xây dựng và so sánh dựa trên độ nhạy, khoảng tuyến tính và thời gian phân tích để lựa chọn phương pháp tối ưu.

Phương pháp bảo quản mẫu tuân thủ theo TCVN 5993-1995, đảm bảo độ chính xác và độ tin cậy của kết quả phân tích. Phân tích mẫu được thực hiện sau khi lọc qua giấy lọc 0,45 µm hoặc chưng cất sơ bộ tùy theo chỉ tiêu.

Thời gian nghiên cứu kéo dài 30 ngày với tần suất lấy mẫu 5 ngày/lần, nhằm khảo sát sự biến đổi nồng độ các hợp chất trong quá trình vận hành hệ thống MBBR.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Hiệu quả xử lý photphat: Sau 24 giờ sục khí, nồng độ photphat giảm từ 3,33 mg/L xuống còn khoảng 0,8 mg/L, tương đương hiệu suất xử lý đạt khoảng 75%. Kết quả này phù hợp với các báo cáo trong ngành, cho thấy công nghệ MBBR có khả năng loại bỏ photphat hiệu quả.

2. Xử lý amoni: Nồng độ amoni giảm từ 16,67 mg/L xuống còn dưới 0,3 mg/L sau 24 giờ, đạt hiệu suất xử lý trên 98%. Đây là mức giảm đáng kể, chứng minh khả năng khử nitơ của hệ thống MBBR.

3. Biến động nitrit và nitrat: Nồng độ nitrit tăng nhẹ trong giai đoạn đầu (2-6 giờ) do quá trình oxy hóa amoni thành nitrit, sau đó giảm dần khi nitrit được chuyển hóa thành nitrat và khí nitơ. Nồng độ nitrat tăng lên đến khoảng 12 mg/L sau 24 giờ, phản ánh quá trình nitrat hóa diễn ra hiệu quả.

4. So sánh phương pháp phân tích: Phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử theo tiêu chuẩn TCVN và SMEWW cho kết quả tương đồng với sai số dưới 5%, đảm bảo độ chính xác và độ lặp lại cao. Giới hạn phát hiện (LOD) và giới hạn định lượng (LOQ) của các phương pháp đều nằm trong khoảng thấp, phù hợp với yêu cầu phân tích nước thải.

Thảo luận kết quả

Hiệu quả xử lý cao của hệ thống MBBR nhờ vào việc sử dụng giá thể vi sinh chuyển động có diện tích bề mặt lớn (khoảng 335 m²/m³) giúp tăng mật độ vi sinh vật và cải thiện quá trình phân hủy sinh học. Độ xáo trộn thích hợp trong bể tạo điều kiện cho lớp biofilm phát triển mỏng, phân tán, tối ưu hóa sự khuếch tán oxy và cơ chất.

So với các nghiên cứu trước đây, kết quả xử lý photphat và nitơ của luận văn tương đương hoặc vượt trội, đặc biệt trong điều kiện vận hành liên tục và ổn định. Việc lựa chọn phương pháp phân tích quang phổ hấp thụ phân tử giúp giảm thời gian và chi phí phân tích, đồng thời đảm bảo độ nhạy và độ chính xác cao.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ biến đổi nồng độ các hợp chất theo thời gian sục khí, bảng so sánh hiệu suất xử lý và bảng thống kê kết quả phân tích theo các phương pháp khác nhau, giúp minh họa rõ ràng hiệu quả và độ tin cậy của nghiên cứu.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Tối ưu hóa thời gian sục khí: Khuyến nghị duy trì thời gian sục khí khoảng 24 giờ để đạt hiệu quả xử lý photphat và nitơ tối ưu, đồng thời giảm chi phí năng lượng vận hành.

2. Phát triển vật liệu giá thể vi sinh: Đẩy mạnh nghiên cứu cải thiện tính chất bề mặt giá thể nhằm tăng khả năng bám dính vi sinh vật, nâng cao mật độ biofilm và hiệu suất xử lý.

3. Áp dụng quy trình phân tích chuẩn hóa: Sử dụng phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử theo tiêu chuẩn TCVN và SMEWW để đảm bảo độ chính xác và độ tin cậy trong kiểm tra chất lượng nước thải.

4. Mở rộng quy mô ứng dụng: Khuyến khích triển khai công nghệ MBBR với giá thể vi sinh chuyển động tại các nhà máy xử lý nước thải đô thị và công nghiệp, đặc biệt tại các khu vực có diện tích hạn chế.

5. Đào tạo và nâng cao năng lực vận hành: Tổ chức các khóa đào tạo cho cán bộ kỹ thuật về vận hành và bảo trì hệ thống MBBR, đảm bảo vận hành ổn định và hiệu quả lâu dài.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà quản lý môi trường đô thị: Hỗ trợ trong việc lựa chọn và triển khai công nghệ xử lý nước thải hiệu quả, tiết kiệm diện tích và chi phí vận hành.

2. Chuyên gia và kỹ sư môi trường: Cung cấp kiến thức chuyên sâu về công nghệ MBBR, phương pháp phân tích chất ô nhiễm và kỹ thuật vận hành hệ thống xử lý nước thải.

3. Các viện nghiên cứu và trường đại học: Là tài liệu tham khảo cho các nghiên cứu tiếp theo về xử lý nước thải sinh hoạt và phát triển vật liệu giá thể vi sinh.

4. Doanh nghiệp sản xuất và vận hành nhà máy xử lý nước thải: Hướng dẫn áp dụng công nghệ MBBR với giá thể vi sinh chuyển động, nâng cao hiệu quả xử lý và giảm chi phí vận hành.

Câu hỏi thường gặp

1. Công nghệ MBBR là gì và có ưu điểm gì so với phương pháp truyền thống?
   MBBR là công nghệ xử lý nước thải sử dụng giá thể vi sinh chuyển động để tăng mật độ vi sinh vật và hiệu quả xử lý. Ưu điểm gồm tiết kiệm diện tích, hiệu suất xử lý cao (>90% BOD), chi phí vận hành thấp và phát sinh bùn ít.

2. Làm thế nào để xác định chính xác hàm lượng photphat và nitơ trong nước thải?
   Sử dụng phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử theo tiêu chuẩn TCVN và SMEWW với các thuốc thử đặc hiệu như amoni molipdat, thuốc thử Griess, Nessler, giúp đo chính xác các hợp chất photphat, amoni, nitrit, nitrat.

3. Thời gian sục khí tối ưu trong hệ MBBR là bao lâu?
   Theo nghiên cứu, thời gian sục khí khoảng 24 giờ là tối ưu để đạt hiệu quả xử lý photphat và nitơ cao, đồng thời đảm bảo ổn định quá trình sinh học.

4. Giá thể vi sinh chuyển động có ảnh hưởng thế nào đến hiệu quả xử lý?
   Giá thể có diện tích bề mặt lớn và trọng lượng phù hợp giúp vi sinh vật bám dính tốt, tăng mật độ biofilm, từ đó nâng cao hiệu quả phân hủy các chất ô nhiễm trong nước thải.

5. Có thể áp dụng công nghệ MBBR cho các loại nước thải khác ngoài sinh hoạt không?
   Có, MBBR phù hợp với nhiều loại nước thải như nước thải bệnh viện, công nghiệp nhẹ, nhờ khả năng xử lý hiệu quả các chất hữu cơ và dinh dưỡng, đồng thời dễ dàng nâng cấp và vận hành.

Kết luận

• Công nghệ MBBR với giá thể vi sinh chuyển động cho hiệu quả xử lý photphat và nitơ cao, đạt trên 70% và 98% tương ứng sau 24 giờ sục khí.
• Phương pháp phân tích quang phổ hấp thụ phân tử theo tiêu chuẩn TCVN và SMEWW đảm bảo độ chính xác, độ nhạy và độ lặp lại cao, phù hợp với yêu cầu kiểm tra nước thải.
• Việc tối ưu hóa thời gian sục khí và cải tiến vật liệu giá thể là yếu tố then chốt nâng cao hiệu quả xử lý và tiết kiệm chi phí vận hành.
• Nghiên cứu cung cấp dữ liệu tin cậy cho việc ứng dụng công nghệ MBBR ở quy mô lớn, góp phần bảo vệ môi trường và phát triển bền vững.
• Khuyến nghị triển khai công nghệ MBBR rộng rãi tại các khu đô thị và cơ sở xử lý nước thải, đồng thời đào tạo nhân lực vận hành chuyên nghiệp.

Áp dụng kết quả nghiên cứu để thiết kế và vận hành hệ thống MBBR quy mô thực tế, đồng thời tiếp tục nghiên cứu cải tiến vật liệu giá thể và quy trình phân tích để nâng cao hiệu quả xử lý.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Lý do chọn đề tài Trong những năm gần đây, tình trạng ô nhiễm môi trường do nước thải sinh hoạt (NTSH) đang diễn ra nghiêm trọng ở khắp nơi trên cả nước, đặc biệt là tại các thành phố lớn, các trung tâm thương mại, các khu vui chơi giải trí. Trong nước thải chứa hàm lượng lớn các chất nitơ (N), photpho (P) là nguyên nhân gây ra các hiện tượng phú dưỡng và độc tính khi thải ra môi trường. Do đó cần phải loại bỏ những chất này trong nước thải để làm giảm tác hại của chúng đến môi trường. Hiện nay, hệ thống xử lý nước thải tại các cơ sở cũng như các nhà máy xử lý nước thải đang đối mặt với vấn đề phải mở rộng quy mô do sự tăng lên đáng kể của lưu lượng nước thải và tải trọng chất ô nhiễm.

Tuy nhiên việc mở rộng quy mô rất khó khăn và có thể ảnh hưởng đến quy hoạch của các địa bàn dân cư, do đó, tính khả thi không cao. Các bước cải tiến kỹ thuật trong xử lý nước thải, cũng như ứng dụng các loại vật liệu mới xử lý môi trường giúp giải quyết được các nhược điểm của các phương pháp xử lý cũ, nâng cao chất lượng đầu ra và giảm chi phí quá trình vận hành hệ thống xử lý. Để tăng hiệu quả xử lý đối với các nguồn thải thì việc ứng dụng các thiết bị xử lý sinh học sử dụng giá thể vi sinh được coi là giải pháp và hướng đi phù hợp do chúng làm tăng được nồng độ vi sinh trong bể xử lý. Từ đó làm tăng hiệu quả xử lý trên cùng một thể tích và tiết kiệm được mặt bằng xây dựng của hệ thống.

Một trong những công nghệ mới hiện nay đang được nghiên cứu và áp dụng là công nghệ xử lý nước thải bằng giá thể lơ lửng tầng lưu động MBBR (Moving Bed BioReactor - MBBR). Đây là một dạng của quá trình xử lý nước thải bằng bùn hoạt tính, kết hợp giữa các điều kiện thuận lợi của quá trình xử lý bùn hoạt tính và bể lọc sinh học. Trong quá trình MBBR, vi sinh vật (VSV) phát triển và bám dính trên giá thể chuyển động trong chất lỏng của bể xử lý. Ưu điểm của giải pháp này là hiệu suất xử lý cao và ổn định, thời gian lưu bùn lâu, lượng bùn cần xử lý ít, chi phí vận hành không cao do tốn ít năng lượng.

Việc sử dụng giá thể vi sinh có trọng lượng, hình dạng phù hợp, có khả năng chuyển động trong bể xử lý đã được nghiên cứu và ứng 2 dụng ở nhiều quốc gia có ngành công nghiệp môi trường phát triển. Ở nước ta hiện nay, việc sản xuất và ứng dụng các loại vật liệu đệm vi sinh này đối với các hệ thống xử lý nước thải như NTSH, nước thải bệnh viện,. đang dần trở nên khá phổ biến. Nhiều nghiên cứu ứng dụng đệm vi sinh tại các Viện nghiên cứu và các trường Đại học đã được triển khai.

Tuy nhiên, hầu hết các loại giá thể vi sinh đang được sử dụng tại Việt Nam khá đa dạng về chủng loại, chủ yếu được nhập khẩu từ Trung Quốc, Đài Loan và của một số ít cơ sở sản xuất nhựa trong nước. Thực tế, khả năng dính bám của VSV trên các loại giá thể này còn hạn chế. Năm 2014, Trung tâm Công nghệ Vật liệu đã nghiên cứu chế tạo được sản phẩm giá thể đệm vi sinh từ nhựa PE bằng phương pháp ép phun và đưa vào hệ xử lý MBBR. Hiện nay, Trung tâm Công nghệ Vật liệu đang tiếp tục triển khai hoàn thiện quy trình công nghệ, nghiên cứu cải thiện tính chất bề mặt của giá thể vi sinh nhằm tăng hiệu quả hình thành lớp vi sinh bám dính; qua đó tăng hiệu quả xử lý nước thải.

Bên cạnh việc đánh giá các chỉ tiêu cơ - lý của giá thể vi sinh như độ bền uốn, độ bền kéo, độ bền va đập, độ cứng trên các thiết bị đo chuyên dụng, việc đánh giá hiệu quả xử lý nước thải theo các tiêu chí, chỉ tiêu ô nhiễm cũng rất quan trọng để có thể chứng minh được mức độ cải thiện của quá trình chế tạo. Trong quá trình phân tích hàm lượng các chất chứa P và N nảy sinh các vấn đề khi hàm lượng các chất trong nước thải đầu vào có hàm lượng lớn nhưng nhờ hiệu quả xử lí cao nên nước thải đầu ra hàm lượng các hợp chất chứa N và P có hàm lượng thấp hơn rất nhiều. Từ đó đặt ra vấn đề với cùng một phương pháp phân tích thì có đảm bảo kết quả phân tích cho độ chính xác cao không? Do vậy, chúng tôi đề xuất đề tài luận văn: “Phân tích hàm lượng photphat và một số hợp chất của nitơ trong hệ xử lý nước thải sử dụng giá thể vi sinh chuyển động (MBBR)”. Nội dung thử nghiệm và đánh giá hiệu quả sử dụng của giá thể vi sinh đã chế tạo được trong hệ xử lý nước thải ở quy mô phòng thí nghiệm là nghiên cứu có tính tiệm cận thực tế, tạo cơ sở chắc chắn và cung cấp dữ liệu tin cậy cho việc ứng dụng giá thể vi sinh ở quy mô lớn hơn.

Do vậy, việc hoàn thiện quy trình phân tích và đánh giá chính xác được sự thay đổi nồng độ của những thành phần chính cần xử lý trong nước thải là cần thiết. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài Phân tích hàm lượng photphat và một số hợp chất amoni, nitrat, nitrit trong mẫu nước thải giả lập, mẫu nước thải đầu vào và đầu ra của hệ thống xử lý nước thải bằng giá thể vi sinh chuyển động. Đánh giá được hiệu quả xử lý photphat và một số hợp chất của nitơ trong hệ xử lý nước thải sử dụng giá thể vi sinh chuyển động. Đối tượng nghiên cứu Hàm lượng photphat và một số hợp chất của nitơ trong mẫu nước thải của hệ xử lý nước thải sử dụng giá thể vi sinh chuyển động (MBBR).

Phạm vi nghiên cứu Đánh giá được hiệu quả xử lý photphat và một số hợp chất của nitơ trong hệ xử lý nước thải sử dụng giá thể vi sinh chuyển động. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài Thử nghiệm và đánh giá hiệu quả sử dụng của giá thể vi sinh đã chế tạo được trong hệ xử lý nước thải ở quy mô phòng thí nghiệm. Cung cấp dữ liệu tin cậy cho việc ứng dụng giá thể vi sinh ở quy mô lớn hơn. Hoàn thiện quy trình phân tích và đánh giá chính xác được sự thay đổi nồng độ của những thành phần chính cần xử lý trong nước thải.

TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU 1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÔNG NGHỆ MBBR TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI 1. Sơ đồ và mô hình xử lý bằng công nghệ MBBR Hệ màng sinh học (biofilm) trong xử lý nước thải hiện nay đang là xu hướng gia tăng nhanh chóng bởi khả năng loại bỏ các chất ô nhiễm trong nước thải với hiệu quả cao cũng như giảm thiểu các chi phí nhân công, giá thành. Công nghệ xử lý sinh học với giá thể lơ lửng MBBR là một dạng của quá trình xử lý nước thải bằng bùn hoạt tính bởi lớp màng sinh học (biofilm).

Trong quá trình sử dụng MBBR, lớp màng biofilm phát triển trên giá thể lơ lửng trong lớp chất lỏng của bể phản ứng [1-2]. Sơ đồ nguyên lý hệ thống xử lý nước bằng công nghệ MBBR MBBR có thể được thiết kế cho các cơ sở mới để loại bỏ nhu cầu oxy sinh hóa/nhu cầu oxy hóa học (BOD/COD) hoặc loại bỏ nitơ, photpho từ các dòng nước thải. Hiện tại các nhà máy áp dụng công nghệ bùn hoạt tính có thể được nâng cấp để có thể khử nitơ và photpho hoặc BOD/COD ở lưu lượng lớn. Các vi khuẩn nuôi cấy tăng trưởng nhờ phân hủy các chất hữu cơ hòa tan, từng bước trưởng thành trong môi trường đó.

Công nghệ MBBR là công nghệ kết hợp giữa các điều kiện thuận lợi của quá trình xử lý bùn hoạt tính hiếu khí và bể lọc sinh học. Bể MBBR hoạt động giống như quá trình xử lý bùn hoạt tính hiếu khí trong toàn bộ thể tích bể. Đây 5 là quá trình xử lý bằng lớp màng biofilm với sinh khối phát triển trên giá mang mà những giá mang này lại di chuyển tự do trong bể phản ứng và được giữ bên trong bể phản ứng được đặt ở cửa ra của bể. Bể MBBR không cần quá trình tuần hoàn bùn giống như các phương pháp xử lý bằng màng biofilm khác, vì vậy nó tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình xử lý bằng phương pháp bùn hoạt tính trong bể, bởi vì sinh khối ngày càng được tạo ra trong quá trình xử lý.

Bể MBBR gồm 2 loại: bể hiếu khí và bể thiếu khí [2-5]. Bể hiếu khí Bể thiếu khí Hình 1. Mô hình công nghệ MBBR dạng hiếu khí và thiếu khí Trong bể hiếu khí sự chuyển động của các giá thể được tạo thành do sự khuếch tán của những bọt khí có kích thước trung bình từ máy thổi. Trong khí đó ở bể thiếu khí thì quá trình này được tạo ra bởi sự xáo trộn của các giá thể trong bể bằng cánh khuấy.

Hầu hết các bể MBBR được thiết kế ở dạng hiếu khí có lớp lưới chắn ở cửa ra, ngày nay người ta thường thiết kế lớp lưới chắn có dạng hình trụ đặt thẳng đứng hay nằm ngang. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình xử lý bằng công nghệ MBBR 1. Giá thể Trong công nghệ MBBR các giá thể chuyển động cùng với lớp màng biofilm phát triển và bám trên bề mặt nhằm làm tăng sự tiếp xúc giữa VSV và nước thải, từ đó gia tăng sinh khối làm quá trình phân hủy sinh học diễn ra nhanh chóng với hiệu suất xử lý cao [1- 5]. Giá thể được thiết kế sao cho diện tích bề mặt hiệu dụng là lớn nhất để lớp màng biofim dính bám trên bề mặt của giá thể và tạo điều kiện tối ưu cho hoạt động của VSV khi những giá thể 6 này lơ lửng trong nước.

Tất cả các vật liệu giá thể có tỷ trọng nhẹ hơn so với tỷ trọng của nước, tuy nhiên mỗi loại giá thể có tỷ trọng khác nhau. Giá thể có nhiều hình dạng khác nhau, thông thường các giá thể có hình trụ đứng, bên trong và bề mặt ngoài có nhiều khe để tăng diện tích bề mặt. Diện tích bề mặt tiếp xúc của các giá thể phổ biến nằm trong khoảng 120 – 950 m2/m3. Đối với công nghệ MBBR, việc giữ cố định sinh khối trên vật liệu đệm có ảnh hưởng lớn đến khả năng xử lý nước của hệ.