MỞ ĐẦU Phương pháp sinh học với giá thể di động (MBBR) đã được phát triển ở Nauy từ thập niên 80. MBBR đạt được hiệu quả xử lý sinh học cao cơ bản dựa trên sự kết hợp giữa hai quá trình màng sinh học và quá trình bùn hoạt tính, trong đó vi sinh vật phát triển trên bề mặt các hạt nhựa polyetylen (đệm) lơ lửng trộn lẫn với nước thải trong bể phản ứng. Không khí cấp vào bể vừa để cung cấp ôxy cho vi sinh vật sử dụng vừa là động lực cho các đệm chuyển động trong bể (các đệm plastic nhẹ, có khối lượng riêng xấp xỉ khối lượng riêng của nước). Công nghệ MBBR có khả năng xử lý hiệu quả rất cao đối với các nước thải có mức độ ô nhiễm hữu cơ và nitơ cao.
Ngày nay cùng với vấn đề gia tăng dân số và các hệ quả kèm theo nó đối với môi trường rất lớn. Trong đó nước thải sinh hoạt và các ngành công nghiệp chế biến thực phẩm, chăn nuôi gia súc gia cầm, …gia tăng cũng đặt ra thách thức cho các nhà môi trường. Hiện nay 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 hữu cơ. Tuy nhiên các nhà máy có thể thay đổi công nghệ sử dụng để đáp ứng được nhu cầu xử lý.
Một trong những công nghệ mới được nghiên cứu là công nghệ Moving Bed Biofilm Reactor (MBBR). Yếu tố quan trọng nhất trong công nghệ MBBR chính là khả năng xử lý nước thải của lớp màng vi sinh bám dính trên giá thể sinh học. Lớp màng sinh học là quần thể các vi sinh vật phát triển trên bề mặt giá thể. Chủng loại vi sinh vật trong màng sinh học tương tự như đối với hệ thống xử lý bùn hoạt tính lơ lửng.
Màng sinh học có thể bao gồm bất kỳ loại vi sinh vật, bao gồm tảo, nấm, vi khuẩn và động vật nguyên sinh trong hầu hết các màng sinh học tự nhiên, bao gồm các các cộng đồng vi khuẩn phức tạp với nhiều loài. Vì vậy, vấn đề nghiên cứu công nghệ MBBR xử lý nước thải giàu cacbon và nito là hết sức cần thiết. Nội dung của đề tài là nghiên cứu đánh giá hiệu quả xử lý nước thải giàu hợp chất hữu cơ và nitơ bằng sự kết hợp giữa công nghệ sinh học thiếu khí và hiếu khí có sử dụng giá thể di động K3 ở các tải trọng hữu cơ, tải trọng 1 nitơ đến hiệu suất xử lý COD và nitơ (1,0 kgCOD/m3/ngày.đêm và 0,2 kgN/m3/ngày.đêm; 1,25 kgCOD/m3/ngày.đêm và 0,25 kgN/m3/ngày.đêm; 1,5 kgCOD/m3/ngày.đêm và 0,3 kgN/m3/ngày. Dựa trên những kết quả đạt được, rút ra được ưu điểm, nhược điểm của quá trình để góp phần ứng dụng trong thực tế xử lý nước thải giàu cac bon và nitơ và làm căn cứ khoa học trong việc ứng dụng công nghệ xử lý nước thải bằng công nghệ MBBR.
2 CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN 1. Tổng quan về nƣớc thải giầu chất cacbon và nitơ cần nghiên cứu 1. Một số loại nƣớc thải giàu cacbon và nito a. Nƣớc thải sinh hoạt Nước thải được hình thành trong quá trình sinh hoạt của con người, một số hoạt động dịch vụ hoặc công cộng như bệnh viện, trường học, nhà ăn,…cũng tạo ra các loại nước thải có thành phần và tính chất nước thải giàu cacbon và nitơ.
+ Thành phần nước thải sinh hoạt Nước thải sinh hoạt chứa nhiều chất hữu cơ dễ bị phân hủy sinh học, ngoài ra còn có các thành phần vô cơ, vi sinh vật và vi trùng gây bệnh rất nguy hiểm. Ở những khu dân cư tập trung, điều kiện vệ sinh thấp kém, nước thải sinh họat không được xử lý triệt để sẽ là một trong những nguồn gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. Mức độ ô nhiễm phụ thuộc vào loại chất ô nhiễm, nồng độ của các chất ô nhiễm. Thành phần các chất trong nước thải sinh hoạt được trình bày trong hình dưới.
Nước thải sinh hoạt 99,9% là nước 0,1% các chất rắn 50 – 70% là chất hữu cơ Phục vụ 25% là 65% là 10% là Cát Muối Kim loại cacbonhydrat protein các chất béo Hình 1. Thành phần các chất trong nƣớc thải sinh hoạt [10.1] Chất lượng nước thải sinh hoạt chưa xử lý thông qua một số chỉ tiêu ô nhiễm đặc trưng theo bảng 1. Nồng độ các chất ô nhiễm trong nƣớc thải sinh hoạt chƣa xử lý [11] Loại nƣớc thải TT Tên chỉ tiêu Đơn vị Đậm Vừa Rất Loãng đặc phải loãng 1 pH 4,5-9 4,5-9 4,5-9 4,5-9 2 BOD5 mg/l 350 250 150 100 3 COD mg/l 740 530 320 210 4 Dầu mỡ, chất mg/l 100 70 40 30 béo 5 Tổng P mg/l 23 16 10 4 6 Tổng N mg/l 50 30 18 12 7 SS mg/l 450 300 190 120 8 Tổng Coliform MPN/100ml - - - - b. Nƣớc thải chăn nuôi Nước thải chăn nuôi là một loại nước thải rất đặc trưng và có khả năng gây ô nhiễm môi trường cao do có chứa hàm lượng cao các chất hữu cơ, cặn lơ lửng, N, P và VSV gây bệnh.
Theo kết quả điều tra đánh giá hiện trạng môi trường của Viện chăn nuôi (2006) [7],tại các cơ sở chăn nuôi lợn có quy mô tập trung thuộc Hà Nội, Hà Tây, Ninh Bình, Nam Định, Quảng Nam, Bình Dương, Đồng Nai cho thấy đặc điểm của nước thải chăn nuôi: Các chất hữu cơ: Hợp chất hữu cơ chiếm 70 – 80% bao gồm cellulose, protit, acid amin, chất béo, hidrat carbon và các dẫn xuất của chúng, thức ăn thừa. Hầu hết các chất hữu cơ dễ phân hủy, ngoài ra còn có các chất khó phân hủy sinh học: các hợp chất hydrat carbon, hợp chất vòng thơm, hợp chất đa vòng, hợp chất chứa clo hữu cơ. Các chất vô cơ chiếm 20 – 30% gồm cát, đất, muối, ure, ammonium, muối chlorua, SO42-… N và P: Khả năng hấp thụ N và P của các loài gia súc, gia cầm rất kém, nên khi ăn thức ăn có chứa N và P thì chúng sẽ bài tiết ra ngoài theo phân và nước tiểu. Trong nước thải chăn nuôi lợn thường chứa hàm lượng N và P rất cao.
Hàm lượng TN = 200 – 350 mg/l trong đó N-NH4+ chiếm khoảng 80 – 90%; TP = 60 – 100 mg/l. 4 Sinh vật gây bệnh: Nước thải chăn nuôi chứa nhiều loại vi trùng, virus và trứng ấu trùng giun sán gây bệnh. Chất lƣợng nƣớc thải theo điều tra tại các trại chăn nuôi tập trung [7] Chỉ TTNC Trại Đơn Trại Trại lợn Trại tiêu Lợn Cty Trung vị Đan Tam Hồng kiểm Thụy Gia bình Phuợng Điệp Điệp tra Phƣơng Nam pH - 7,15 7,26 7,08 6,78 6,83 7,02 ± 0,24 BOD5 mg/l 1339 1081 882 783 1221 1061 ± 278 2325 ± COD mg/l 3398 2225 1925 1252 2825 1073 TDS mg/l 4813 4568 3949 4013 4720 4413 ± 400 Tổng P mg/l 99,4 80,2 69,4 57,4 85,6 78 ± 21 Tổng N mg/l 333 280 251 205 275 267 ± 64 c. Nƣớc thải chế biến mủ cao su Trong chế biến cao su tự nhiên, thành phần nước thải phụ thuộc chủ yếu vào các thành phần có trong mủ cao su do trong các công đoạn sản xuất, bổ sung các loại hóa chất cũng như chất độn, ngoại trừ amoni và axit lần lượt bổ sung trong các công đoạn bảo quản, vận chuyển và công đoạn làm đông tụ sản phẩm.
Tùy theo các công đoạn sản xuất, thành phần và đặc tính của nước thải tại mỗi công đoạn sẽ khác nhau. Nước thải rơi vãi, phát sinh trong quá trình vận chuyển và tồn trữ mủ thường có pH và N-NH3 cao là do sử dụng amoni để chống đông tụ, dễ bảo quản. Trong khi đó, trong các công đoạn khác nước thải thường có độ pH thấp do sử dụng axít làm đông tụ và kết hợp với sự phân huỷ sinh học lipid và photpholipid trong khi tồn trữ nguyên liệu tạo thành các axít béo bay hơi. Như vậy nước thải chế biến mủ cao su tự nhiên có tính chất ô nhiễm nặng, chủ yếu thuộc 2 loại: Chất ô nhiễm hữu cơ và chất dinh dưỡng.
Theo trích dẫn của Perapong Tekasakul (2006) [22], nồng độ trung bình một số chất ô nhiễm chính trong nước thải chế biến cao su tại Thái Lan như sau: pH: 5,0 – 5,9; BOD: 1.069 mg/l; SS: 93 – 525 mg/l; TKN: 60,2 – 190,9 mg/l; TP: 14,9 – 21,6. 5 Tại nước ta, nước thải chế biến cao su tự nhiên là một trong những loại nước thải có hàm lượng chất ô nhiễm rất cao. Theo Nguyễn Trung Việt (1999) [9], nước thải chế biến cao su tự nhiên có thể có hàm lượng COD đến 9. Theo Trần Hiếu Nhuệ (2001) [9], nước thải chế biến cao su thường có độ pH thấp do việc sử dụng axit để làm đông tụ mủ cao su; nồng độ chất ô nhiễm rất cao bởi các thành phần COD, BOD, amonium, photpho, cụ thể: nồng độ COD có thể lên đến 28.450 mg/l và BOD khoảng 17.500 mg/l; nồng độ N-NH3 trong nước thải cao, có thể đạt gần 900 mg/l, chủ yếu do việc sử dụng amoniac là chất đông tụ trong quá trình thu hoạch, vận chuyển và tồn trữ mủ cao su; hàm lượng phốtpho trong nước thải cũng rất cao, có thể đạt 110 mg/l.
Ngoài ra, trong nước thải còn chứa hàm lượng chất rắn lơ lửng cao, có thể đạt 5.700 mg/l trong công đoạn đánh đông. Thành phần chất ô nhiễm trong nƣớc thải chế biến cao su [9] Công đoạn Thành Đơn TT Sản xuất mủ cốm Cống chung phần vị Sản xuất ly tâm Đánh đông Cán cắt cốm 1 pH 4,7 – 5,49 5,27 – 5,59 4,5 – 4,81 5,9 – 7,5 2 COD mg/l 4. Nƣớc thải lò giết mổ gia súc Trong hoạt động các lò giết mổ gia súc, nước được sử dụng hầu hết trong các công đoạn (giết, cạo lông, mổ và moi ruột, xẻ thịt, vệ sinh) với định mức khoảng 5 – 15 m3/tấn gia súc và lượng nước này gần như được chuyển toàn bộ thành nước thải [33]. Nước thải từ các lò mổ rất giàu các chất hữu cơ (protein, lipit, các axit amin, peptit, các axit hữu cơ), N-amoni, mecaptan… Ngoài ra còn có thể có vụn xương, thịt vụn, mỡ vẩn, lông, móng… BOD5 có thể lên tới 7.000 mg/l, COD có 6 thể lên tới 9.200 mg/l, N-amoni rất cao [7, 8].
Thành phần trung bình chất ô nhiễm trong nƣớc thải giết mổ gia súc [3] Thứ tự Thông số Đơn vị Hàm lƣợng và tính chất 1 pH - 5,3 – 8,9 2 Độ dẫn điện ms/cm 2,8 – 6,1 3 Clorit mg/l 1,1 – 390 4 BOD5 mg/l 1.400 7 Chất béo mg/l 115 – 300 8 NH4+ mg/l 230 – 1.120 9 Độ mặn mg/l 200 – 500 10 H2 S mg/l 0 – 20 11 Phospho tổng mg/l 1,6 – 5,3 e.
