ĐẶT VẤN ĐỀ Qúa trình sinh học (biologycal process) đã và đang là quá trình chính trong hầu hết nhà máy xử lý nước thải đặc biệt là quá trình bùn hoạt tính truyền thống CASP. Ngày nay, do xu hướng bảo vệ tài nguyên nước thông qua việc tuần hoàn, tái chế, tái sử dụng nước và tiêu chuẩn phát thải ngày càng nghiêm khắc hơn cho nên công nghệ bùn hoạt tính thông thường như CASP (conventional activated sludge proceess) sẽ dần dần không còn đáp ứng được nhu cầu. Hầu hết các hệ thống xử lý nước thải sử dụng quá trình sinh học bùn hoạt tính thông thường CASP có một số bất lợi như sản sinh ra lượng sinh khối dư cao, nồng độ chất rắn lơ lửng đầu ra cao, diện tích xây dựng công trình lớn, tải trọng xử lý thấp (0,5 – 2 kg COD/m 3. Hơn nữa, khả năng lắng của bùn hoạt tính truyền thống CASP thì khá thấp, điều này làm cho chi phí xây dựng và chi phí xử lý bùn gia tăng.
Thêm vào đó, CASP cần diện tích bề mặt lớn cho việc xây dựng công trình hoàn thiện gồm bể lắng đủ lớn mà không thể có được ở một số nơi mà đất thì không có sẵn hoặc giá cao. Từ những giới hạn trên của bùn hoạt tính truyền thống, Tijhuis và cộng sự, 1994 đã phát hiện ra bùn hạt hiếu khí. Bùn hạt hiếu khí (aerobic granule) có nhiều ưu điểm hơn hẳn bùn hoạt tính thông thường về nồng độ sinh khối đã lắng (settled biomass concentration), kích thước (size), hình dạng (shape), tính đồng đều (regularity) và khả năng lắng (settling ability). Đặc biệt, bùn hạt có khả năng lắng tốt thể hiện qua vận tốc lắng (settling velocity) lớn hơn 10 m/h, chỉ số thể tích bùn SVI (sludge volume index) đạt đến 30 ml/g (Linthin và cộng sự,2005), tải trọng hữu cơ và nitrogen (organic and nitrogenous loading rate) cao vì thế kích thước nhà máy xử lý sẽ rất nhỏ.
Với loại bùn hạt này tải trọng hữu cơ có thể đạt đến hơn 9 kg COD/m3.ngày (Tay và cộng sự,2003) và 15 kg COD/m3.ngày (Moy và cộng sự. Qua đó ta có thể thấy khả năng xử lý của bùn hạt hơn bùn hoạt tính thông thường CASP ít nhất 7 lần. Trong tương lai bùn hạt hiếu khí là một giải pháp thay thế khả thi cho các quá trình hoạt tính thông thường hiện nay. Những nghiên cứu gần đây đã chỉ ra những thuận lợi của hệ thống theo mẻ đối với sự hình thành, đặc tính và khả năng ổn định của hạt trong những hệ thống này (Beun và cộng sự, 2000).
Hơn nữa, có thể dễ dàng kết hợp loại bỏ nitơ và photpho trong hệ thống theo mẻ. Thêm vào đó, khi tạo hạt hiếu khí trong bể phản ứng theo mẻ SBR (Sequencing batch reactor), loại bể phản ứng này hoạt động hai trong một, nó xảy ra như bể hiếu khí và bể lắng trong cùng một công trình đơn vị mà tất cả các quá trình đều diễn ra ở đó. Điều này làm cho hệ thống đơn giản và gọn hơn. Sự xuất hiện của bùn hạt hiếu khí có thể tạo ra xu hướng mới trong xử lý nước thải.
Dựa vào những đặc tính riêng của bùn hạt có thể thấy được một số thuận lợi của bùn hạt như sau: (1) tải trọng hữu cơ cao ( lớn hơn 30 kg COD/m 3.dựa vào những thuận lợi của bùn hạt hiếu khí, bùn hạt có thể là một công nghệ xử lý hấp dẫn trong tương lai. Dù đã được chứng minh về những ưu điểm của bùn hạt hiếu khí so với bùn hạt truyền thống. Nhưng công nghệ bùn hạt hiếu khí vẫn còn trên nghiên cứu cơ bản, mà chủ yếu vẫn là trên nguồn nước thải tổng hợp với nguồn cacbon là glucose (Jang và cộng sự, 2003), acetate (Beun và cộng sự, 2001; Kreuk và cộng sự, 2005), mật rỉ đường (Loosdrecht và cộng sự, 1997), sucrose và peptone (Zheng và cộng sự, 2005),.hoặc trên nước thải sinh hoạt (Kreuk và cộng sụ, 2004). Chính vì vậy, cần có những nghiên cứu trên nguồn nước thải thực tế.
SVTH: Đỗ Văn Điền GVHD 1: ThS. Bùi Xuân Thành Trang 1 MSSV: 02127024 GVHD 2: ThS. Nguyễn Duy Hậu Nghiên cứu ứng dụng công nghệ bùn hạt hiếu khí trong xử lý nước thải giết mổ gia súc. Do đặc điểm công nghệ, ngành giết mổ đã sử dụng và thải ra một lượng nước khá lớn trong quá trình sản xuất và chế biến.
Nước thải ra từ ngành giết mổ gia súc có nồng độ ô nhiễm cao ( COD hoà tan khoảng 800 đến 5000 mg/l) (Masse và Masse’, 2000) mà chủ yếu là ô nhiễm chất hữu cơ bao gồm protein, lipid, gluxit là thành phần của tế bào động vật. Do đó, nước thải giết mổ gia súc rất thích hợp cho xử lý sinh học nếu có biện pháp tiền xử lý thích hợp. Lưu lượng lớn, nồng độ ô nhiễm hữu cơ cao và thích hợp cho xử lý sinh học, chính vì vậy nước thải giết mổ gia súc được chọn làm đối tượng nghiên cứu cho đề tài nghiên cứu bùn hạt hiếu khí.2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU Mục tiêu của nghiên cứu là tập trung vào khảo sát các đặc tính của bùn hạt hiếu khí đối với nước thải giết mổ gia súc bao gồm: 1 Nghiên cứu sự tạo thành hạt hiếu khí trong xử lý nước thải giết mổ gia súc. 2 Xác định các đặc tính của bùn hạt hiếu khí.
Trên các cơ sở kết quả nghiên cứu được sẽ rút ra các kết luận về các vấn đề đạt được và các kiến nghị cần thiết như sau: Các kết luận Sự tạo thành bùn hạt hiếu khí. Các yếu tố ảnh hưởng đến sự tạo thành và phát triển của bùn hạt hiếu khí. Biến đổi kích thước bùn hạt hiếu khí. Nồng độ bùn hạt trong thiết bị phản ứng và nồng độ bùn trong dòng ra.
Khả năng lắng của bùn hạt. Hiệu quả xử lý của bùn hạt. Các ưu điểm của bùn hạt so với bùn hiếu khí thông thường. Các kiến nghi Ứng dụng của bùn hạt.
Các nghiên cứu thêm về bùn hạt.3 GIỚI HẠN VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU Nghiên cứu này sử dụng bể phản ứng theo mẻ SBR (sequencing batch reactor) để nuôi cấy bùn hạt hiếu khí (aerobic granule) và theo dõi sự phát triển của hạt trong bể phản ứng. Nguồn cacbon và dinh dưỡng sử dụng lấy từ nước thải giết mổ gia súc của xí nghiệp chế biến thực phẩm Nam Phong, TP HCM, Việt Nam. Với COD của nước thải cho nuôi cấy từ 300 – 500 mg/l ( tải trọng 1,5 – 2,5 kg COD/m3. Đặc tính của hạt được khảo sát bằng việc xác định các thông số như COD, nồng độ sinh khối (biomass concentration), nồng độ sinh khối đã lắng (settled biomass concentration), chỉ số thể tích bùn SVI (sludge volune index), vận tốc lắng (settling velocity),.
sau khi hạt trưởng thành hình thành thì gia tăng tải trọng để theo dõi biến đổi đặc tính của hạt và hoạt tính sinh học của bùn hạt. 1 Hình thành (formation) hạt hiếu khí bằng bể phản ứng theo mẻ tại tải trọng 1,5 – 2,5 kg COD/m3.ngày với nước thải giêt mổ gia súc. SVTH: Đỗ Văn Điền GVHD 1: ThS. Bùi Xuân Thành Trang 2 MSSV: 02127024 GVHD 2: ThS.
Nguyễn Duy Hậu Nghiên cứu ứng dụng công nghệ bùn hạt hiếu khí trong xử lý nước thải giết mổ gia súc. 2 Khảo sát tính chất sinh hoá lý học của bùn hạt hình thành trong nước thải giết mổ gia súc. 3 Khảo sát khả năng ứng dụng của bùn hạt hiếu khí vào thực tế.4 Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI Từ những thuận lợi trên của bùn hạt hiếu khí, thì nghiên cứu này có thể tìm ra một kỹ thuật mới cho ứng dụng bùn hạt hiếu khí trong xử lý nước thải. Vấn đề đặt ra là công nghệ bùn hạt hiếu khí khi ứng dụng ở Việt Nam chúng ta có gặp vấn đề gì không.
Hơn nữa công nghệ bùn hạt hiếu khí còn khá mới ở Việt Nam. Trước tình hình đó cần có những nghiên cứu để công nghệ bùn hạt hiếu khí có thể ứng dụng ở Việt Nam, đồng thời cũng là góp phần tìm ra công nghệ thay thế khả thi cho tương lai. SVTH: Đỗ Văn Điền GVHD 1: ThS. Bùi Xuân Thành Trang 3 MSSV: 02127024 GVHD 2: ThS.
Nguyễn Duy Hậu Nghiên cứu ứng dụng công nghệ bùn hạt hiếu khí trong xử lý nước thải giết mổ gia súc. CHƯƠNG II: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1 GIỚI THIỆU Hầu hết các hệ thống xử lý nước thải (waste water treatment system) có một số bất lợi như sản sinh lượng sinh khối thừa (surplus biomass) lớn, tính linh động thấp với sự dao động của tải trọng, yêu cầu diện tích lớn cho bể phản ứng và đặc biệt là bể lắng, tải trọng hữu cơ thấp đối với quá bùn hoạt tính truyền thống (CASP) và quá trình màng sinh học (biofirm process) (0,5 – 2 kg COD/m3. Quá trình kỵ khí (anaerobic process) với bể phản ứng hiệu quả cao hơn nhiều đã được phát triển (đạt đến 40 kg COD/m3.ngày) chẳng hạn bể UASB (upflow anaerobic sludge blanket) (Eckenfelder và cộng sự, 1989). Hơn nữa, công trình lắng thì không cần thiết bởi vì bùn được tách kết hợp trong bể UASB.
Mặc dù quá trình UASB đã được sử dụng phổ biến nhưng kỹ thuật hình thành hạt vẫn là chủ đề thảo luận. Đối với hạt kỵ khí (methanogenic granule), người ta cho rằng các vi sinh (microorganisms) phát triển tạo thành hạt bởi vì sự tương tác giữa các tế bào vi khuẩn. Thực tế, sự phát triển hình thành hạt chỉ là một trường hợp của sự hình thành màng sinh hoc (biofilm). Gần đây, một số tác giả phát hiện sự hình thành hạt trong điều kiện hiếu khí như Tijhuis và cộng sự, 1994; Beun và cộng sự, 1999 &2002; Tay và cộng sự, 2001 & 2002; Arrojo và cộng sự, 2004; Wang và cộng sự, 2004; Jang và cộng sự, 2003; Qin và cộng sự, 2004; Linlin và cộng sự, 2005; Liu và cộng sự, 2003 Yang và cộng sự, 2004; Zheng và cộng sự, 2004; Toh và cộng sự, 2003; Thành, 2005.
Các Loài vi sinh hình thành hạt được tìm thấy gồm vi khuẩn acid hoá (acidifying bateria), vi khuẩn nitrat hoá (nitrifying bacteria), vi khuẩn khử nitơ (denitrifying bacteria) (Beun và cộng sự, 1999; Beun và cộng sự, 2002; Tsuneda và cộng sự, 2004; McSwain và cộng sự, 2004) và vi khuẩn dị dưỡng hiếu khí (aerobic heterotrophs) (Tijhuis và cộng sự, 1994; Van Benthum và cộng sự, 1996; Yang và cộng sự, 2004). Trong nhiều trường hợp, người ta nhận thấy rằng hệ thống theo mẻ (discontinuos system) thì thuận lợi hơn hệ thống liên tục trong việc nuôi cấy (cultivating) hạt hiếu khí.