Đề tài Nghiên cứu phương pháp sinh học xử lý nước thải nhà máy bia

nh vật ảnh hưởng của nước và nồng độ các chất dinh dưỡng . Nước đóng vai trò rất quan trọng trong hoạt động sống của vi sinh vật. Nước hoà tan các chất dinh dưỡng nhờ đó mà chất dinh dưỡng dễ dàng thẩm thấu qua màng tế bào để cho vi sinh vật sử dụng. Nồng độ các chất dinh dưỡng trong nước phải phù hợp với đặc điểm sinh lý của tế bào. Nồng độ các chất dinh dưỡng cao quá mức giới hạn tế bào sẽ mất nước, nguyên sinh chất trong tế bào bị keo tụ lại làm hoạt động trao đổi chất bị ngưng trệ. Ngược lại trong nước cất tế bào bị trương lên do xảy ra hiện tượng thẩm thấu của nước qua màng tế bào làm cho tế bào bị vỡ. Tỉ lệ các chất dinh dưỡng có ảnh hưởng lớn đến hoạt động sống của vi sinh vật. Mỗi loài vi sinh vật cũng có nhu cầu khác nhau về tỷ lệ các chất dinh dưỡng. Tỷ lệ C : N : P phổ biến cho nhiều loài là 100 : 10 : 1. * Nhiệt độ : Mỗi loại vi sinh vật có độ giới hạn nhiệt độ phát triển thích hợp khác nhau. Đối với mỗi loại vi sinh vật có các giới hạn nhiệt độ phát triển tối thiểu (Tomin), nhiệt độ phát triển tối đa (Tomax) và nhiệt độ phát triển thích hợp (Toopt) . Nấm mốc, xạ khuẩn có To opt phổ biến từ 26-30oC, nấm men có Toopt vào khoảng 30-37oC. Trong khi đó ở vi khuẩn có sự khác biệt rất lớn về Toopt. Phần lớn vi khuẩn có Toopt 30-37oC , có nhiều loài vi khuẩn có Toopt thấp 10-20oC (vi sinh vật ưa lạnh) và có nhiều loài Toopt khá cao lớn 50-60oC (vi sinh vật ưa nhiệt). Trong xử lý nước thải hầu như việc điều chỉnh nhiệt độ không thể thực hiện được mà thường xử lý ở nhiệt độ tự nhiên của môi trường. Vì vậy người ta thường chọn các loại vi sinh vật có sẵn trong tự nhiên của khu vực để chúng có khả năng thích nghi với nhiệt độ môi trường tự nhiên. * pH: Cũng tương tự như nhiệt độ pH cũng là yếu tố ảnh hưởng lớn đến tốc độ sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật. Phần lớn các vi sinh vật có pH phát triển tối ưu từ 5,5-7,5 có một số loài phát triển tối ưu ở pH thấp (8). ở pH không thích hợp hệ enzim của vi sinh vật hoạt động yếu hoặc bị bất hoạt do đó ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình trao đổi chất của vi sinh vật. Để vi sinh vật sinh trưởng và phát triển tốt cần duy trì pH thích hợp trong suốt thời gian nuôi cấy . * oxy hoà tan : Mối quan hệ của vi sinh vật đối với oxy rất khác nhau. Vi sinh vật hiếu khí cần oxy để sinh trưởng và phát triển. Vi sinh vật yếm khí oxy lại là tác nhân gây độc. Nhóm vi sinh vật trung gian giữa hai nhóm này là nhóm hiếu khí tuỳ tiện. Trong xử lý nước thải ở các bể aroten cần cung cấp đủ oxy để vi sinh vật hiếu khí oxy hoá các chất hữu cơ có trong nước thải. Còn xử lý yếm khí thì lại tiến hành trong các bể kín để oxy không tan được vào trong nước thải gây ức chế các vi sinh vật yếm khí. 2.3. Quá trình sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật Trong nuôi cấy vi sinh vật người ta đã xác định quá trình phát triển, sinh trưởng của chúng gồm bốn pha: * Pha tiềm phát: Là pha thích nghi của vi sinh vật với môi trường nuôi cấy. ở pha này tế bào đang ở trạng thái nghỉ được trương dần lên do nước và chất dinh dưỡng thẩm thấu qua màng tế bào. Số lượng tế bào của vi sinh vật ở pha này hầu như không tăng lên, nhưng sinh lý sinh hoá của tế bào thay đổi mạnh. Các enzim nội bào được hoạt hoá và quá trình trao đổi chất bắt đầu diễn ra. Tuỳ từng loại vi sinh vật pha tiềm phát có thể ngắn hay dài, thông thường với vi khuẩn pha tiềm phát thường kéo dài khoảng 2-4h còn ở nấm men, nấm mốc pha tiềm phát thường kéo dài từ 4-6h. * Pha log: Sau khi pha tiềm phát kết thúc vi sinh vật bắt đầu phát triển mạnh , số lượng tế bào tăng theo số mũ. Cơ chất được vi sinh vật sử dụng hàm lượng các chất dinh dưỡng trong môi trường giảm nhanh. Đối với vi khuẩn pha log thường kéo dài khoảng 8-10h nấm mốc, xạ khuẩn khoảng 20-24h, nấm men 12-16h. * Pha cân bằng: Khi nồng độ các chất dinh dưỡng trong môi trường đã cạn dần tốc độ của vi sinh vật cũng chậm lại và đạt mức cân bằng. ở pha này số lượng tế bào hình thành và số lượng tế bào chết gần tương đương nhau. Đồ thị sinh trưởng có dạng nằm ngang và kéo dài cho đến khi các chất dinh dưỡng trong môi trường cạn kiệt. * Pha suy vong: Khi nguồn dinh dưỡng cạn kiệt số lượng tế bào sống giảm theo luỹ thừa, vi sinh vật giảm nhanh số lượng. Trong xử lý nước thải cần phải xác định thời điểm bắt đầu xuất hiện pha suy vong để kết thúc quá trình xử lý. Vì khi vi sinh vật chết tế bào bị phân huỷ các chất hữu cơ của tế bào hòa tan vào môi trường nước làm cho COD, BOD tăng lên gây hiện tượng tái ô nhiễm trở lại. III. Các phương pháp xử lý nước thải Để xử lý nước thải có rất nhiều phương pháp được sử dụng. Tuỳ thuộc vào đặc tính của nước thải và yêu cầu làm sạch của nước ở mức độ nào thì người ta chọn phương pháp xử lý thích hợp. Các phương pháp dùng để xử lý nước thải có thể phân chia như sau: Phương pháp cơ học Phương pháp hoá học Phương pháp hoá lý Phương pháp sinh học. Trong số các phương pháp trên thì phương pháp hoá lý và phương pháp sinh học được sử dụng nhiều nhất. 3.1. Phương pháp cơ học Phương pháp này chỉ sử dụng trong trường hợp nước thải có nồng độ các chất không hoà tan cao, lượng chất hoà tan thấp. Xử lý cơ học được tiến hành trong các bể lọc có các chứa các chất lọc như cát, sỏi, màng lọc... Đối với nước bị ô nhiễm dầu tràn với hàm lượng lớn người ta thường sử dụng phương pháp thu gom, vớt [8,9]. 3.2. Phương pháp hoá học Phương pháp này dựa trên các phản ứng hoá học diễn ra giữa các chất trong nước thải với các hoá chất đưa vào. Những phản ứng này xảy ra là những phản ứng oxy hoá khử, phản ứng tạo kết tủa, và phản ứng phân huỷ. Phương pháp này nhờ quá trình oxy hoá khử, tách các tạp chất, chất mang tính độc có trong nước thải được chuyển thành các chất không độc, một phần ở dạng lắng cặn [8,9]. Các nhà khoa học Nhật Bản đã tìm ra phương pháp hữu hiệu để xử lý nước thải của các nhà máy rượu bằng cách xục ozôn để tạo ra kết tủa xốp dễ dàng tách ra khỏi nước thải[13]. Nước thải được xử lý bằng ozôn giảm tới 70-80% COD và được tiếp tục được xử lý sinh học, rút ngắn quá trình xử lý. Nước thải sau khi xử lý hoàn toàn sạch gần tương đương chất lượng nước uống. 3.3. Phương pháp hoá lý Các phương pháp hoá lý để xử lý nước thải công nghiệp đều dựa trên cơ sở ứng dụng các quá trình keo tụ, hấp thụ, hấp thụ trích ly, bay hơi, tuyển nổi, trao đổi ion, tinh thể hoá, dialyz qua màng bám thấm. Keo tụ: Sử dụng các chất keo tụ và các chất trợ keo tụ để liên kết các chất bẩn ở dạng lơ lửng xuống. Nhờ quá trình này nước được làm trong và khử được mầu của nước thải. Tuyển nổi: Sử dụng các chất keo tụ nhẹ và trợ keo tụ để liên kết các chất bẩn tạo thành bọt xốp thu hút chúng lại và kéo theo chúng nổi lên bề mặt nước để thu gom. Có thể tăng cường quá trình tạo bọt keo tụ bằng cách xục không khí vào hỗn hợp nước thải và chất keo tụ nhẹ. Hấp thụ và hấp phụ: Tách chất bẩn và khí hoà tan bằng cách liên kết các chất đó lên bề mặt chất rắn (hấp phụ). Các chất hấp phụ là những chất có hoạt tính bề mặt như bentônit, than hoạt tính, nhựa hấp phụ... Trích ly: Sử dụng các dung môi không tan trong nước và độ hoà tan chất bẩn lớn hơn độ hoà tan chất bẩn của nước. Sau đó tách dung môi và chất bẩn ra khỏi nước, cất thu hồi dung môi để loại chất bẩn. Cô chân không: Nước thải được đưa vào hệ thống cô để bay hơi, nước được tách ra dưới dạng ngưng tụ và được quay vòng lại sản xuất. Các chất khô còn lại được đưa vào hệ thống sấy khô có thể sử dụng như là các chất bổ xung vào thức ăn chăn nuôi. Dạng này sử dụng phổ biến ở các nhà máy sản xuất sinh khối nấm men với chu trình nước khép kín ở Liên Xô cũ như nhà máy Kirov [22]. Trao đổi ion: Là phương pháp thu hồi các cation và anion bằng các chất trao đổi ion. Phương pháp này thường sử dụng để tách các ion kim loại nặng ra khỏi nước. Tách thẩm tích: Là phương pháp tách các chất bẩn ra khỏi nước bằng cách phân ly thẩm tích qua màng bán thấm. Đốt để thu hồi các hoá chất: Phương pháp này thường được sử dụng ở các nhà máy sản xuất bột giấy nấu sunphat. Dịch kiềm đen trong đó có chứa Na2S, NaOH và các chất hữu cơ được đưa vào lò hơi đốt cùng với than hoặc dầu để tạo ra năng lượng. Chất tro có chứa NaOH được tái sử dụng trong sản xuất. 3.4. Phương pháp xử lý sinh học Đây là phương pháp sử dụng phổ biến nhất để làm sạch nước thải, đặc biệt là đối với nước thải công ngiệp có chứa nhiều hợp chất hữu cơ dễ phân huỷ. Ưu điểm lớn của phương pháp này là rẻ tiền hiệu quả cao và làm sạch nước thải một cách triệt để đảm bảo tiêu chuẩn thải ra môi trường. Phương pháp sinh học được chia ra nhiều phương pháp dựa vào bản chất của quá trình sinh học. Theo cách phân chia này có phương pháp xử lý hiếu khí, phương pháp xử lý hỗn hợp, phương pháp yếm khí. Theo công nghệ xử lý người ta chia các phương pháp như sau: Phương pháp xử lý tự nhiên Phương pháp xử lý cưỡng bức. 3.4.1. Phương pháp xử lý tự nhiên Bản chất của phương pháp này là nước thải tự làm sạch ở các lưu vực chứa dưới tác dụng của vi sinh vật và các sinh vật thuỷ sinh có sẵn trong tự nhiên. Phương pháp này bao gồm: 3.4.1.1. Cánh đồng lọc Bản chất của phương pháp này là sử dụng khu hệ vi sinh vật tự nhiên có trong đất kết hợp với canh tác. Phương pháp này có hiệu quả kinh tế cao không phải đầu tư, không tốn năng lượng. Nhưng phương pháp này chỉ áp dụng với nước thải có độ ô nhiễm thấp, không độc với sản xuất nông nghiệp và chỉ áp dụng với các nhà máy ở gần khu vực sản xuất nông nghiệp, có hệ thống mương dẫn nước ra ngoài cánh đồng. Tuy nhiên phương pháp này ít sử dụng vì khó chọn được địa điểm thích hợp để xây dựng nhà máy. 3.4.1.2. Hồ sinh học Hồ sinh học là các lưu vực được đảm nhiệm luôn chức năng để xử lý nước thải bằng sinh học, nước thải trong hồ tự làm sạch trên cơ sở tác dụng của vi sinh vật tự nhiên kết hợp với các sinh vật khác chủ yếu là tảo và động vật nguyên sinh (protoroa). Ưu nhược điểm của phương pháp này: Ưu điểm: Vận hành đơn giản. Không đòi hỏi quản lý thường xuyên. Vốn đầu tư ít. Nhược điểm: Đòi hỏi ở diện tích rộng. Căn cứ vào đặc tính của vi sinh vật và cơ chế xử lý người ta chia làm 3 loại hồ: hồ kỵ khí, hồ hiếu kỵ khí hỗn hợp, hồ hiếu khí. * Hồ kỵ khí: Dùng để lắng và phân huỷ cặn lắng bằng phương pháp sinh hoá tự nhiên dựa trên cơ sở hoạt động của vi sinh vật kỵ khí. Loại hồ này thường dùng để xử lý nước thải công nghiệp, có độ nhiễm bẩn cao, chiều sâu của hồ phải >4m. * Hồ hiếu kỵ khí hỗn hợp Với hồ này thường gặp trong điều kiện tự nhiên phần lớn là ao, hồ. ở hồ này thường xảy ra 2 quá trình: quá trình ôxy hoá hiếu khí và phân huỷ kỵ khí. Hồ này hoạt động ở ba vùng khác nhau: Lớp trên là vùng hiếu khí, lớp giữa là vùng trung gian, lớp dưới là vùng kỵ khí, chiều sâu của hồ từ 2-3m. Nguồn ôxy cung cấp cho quá trình ôxy hoá các hợp chất hữu cơ ở vùng hiếu khí chủ yếu là ôxy được giải phóng ra trong quá trình quang hợp của rong, tảo dưới tác dụng của bức xạ mặt trời, ôxy khuếch tán qua mặt nước dưới tác dụng của sóng gió. ở vùng kỵ khí các cặn bẩn hữu cơ được vi sinh vật kỵ khí phân huỷ tạo thành CO2 và H2O, H2 và các axit hữu cơ. Các hợp chất này khuếch tán lên phía trên và được vi sinh vật hiếu khí ở vùng trung gian sử dụng tạo thành CO2 được tảo ở lớp trên sử dụng trong quá trình quang hợp. * Hồ hiếu khí Quá trình ôxy hoá các chất hữu cơ nhờ vi sinh vật hiếu khí có trong tự nhiên, ôxy cung cấp cho quá trình ôxy hoá chủ yếu cho sự khuếch tán không khí qua mặt nước và quá trình quang hợp của thực vật thuỷ sinh (rong, tảo). Để đảm bảo ánh sáng cho lớp thực vật thuỷ sinh ở đáy hồ, độ sâu của hồ không lớn (0,6-1,2m). Hồ có tải trọng không cao khoảng 100-300 kg BOD/3 ngày. Thời gian lưu của nước thải 3-7 ngày phụ thuộc vào nhiệt độ của từng mùa. 3.4.2. Phương pháp xử lý sinh học hiếu khí cưỡng bức (nhân tạo) 3.4.2.1. Bản chất quá trình xử lý Bản chất của quá trình xử lý hiếu khí cũng diễn ra theo cơ chế ôxy hoá với tác nhân là vi sinh vật. Điểm khác cơ bản của phương pháp xử lý sinh học hiếu khí cưỡng bức so với phương pháp xử lý tự nhiên ở 2 điểm. - ôxy được cung cấp cho quá trình xử lý cưỡng bức nhờ các hệ thống máy nén khí, guồng hoặc bơm hồi lưu qua dàn mưa. - Vi sinh vật sử dụng là tổ hợp vi sinh vật có trong bùn hoạt tính được đưa vào bằng cách quay vòng bùn. Quá trình ôxy hoá các hợp chất hữu cơ bao gồm: + ôxy hoá các hợp chất hữu cơ theo phương trình phản ứng sau. Với các hợp chất không chứa Nitơ: Với hợp chất có chứa Nitơ. Một phần chất hữu cơ có được chuyển hoá thành sinh khối vi sinh vật ( các protein của tế bào) bằng quá trình oxy hoá. + Sinh khối vi sinh vật nếu không được tách ra khỏi nước thải đã xử lý sẽ bị phân huỷ tiếp trong quá trình oxy hoá. (C4-H6NCOOH) + O2à5 CO2+ NH3+ 2H2O Trong điều kiện dư oxy, NH3 dễ dàng oxy hoá tiếp tục để tạo thành NO2- và tiếp tục sau đó tạo thành NO3- 3.4.2.2. Vi sinh vật sử dụng trong xử lý nước thải Vi sinh vật sử dụng trong xử lý nước thải phải có các yêu cầu sau: - Có khả năng oxy hoá mạnh các hợp chất hữu cơ. - Kích thước của vi sinh vật lớn, không phải là dạng sợi, tạo nha bào, có khả năng tạo bông hạt kết dính với nhau để tạo bùn sinh học. - Trong một số trường hợp nước thải có chứa các chất hữu cơ phức tạp như các hợp chất clo hữu cơ cần chọn các chủng vi sinh vật đặc biệt có hệ enzim phân huỷ được chúng [10] Với các đặc điểm trên phần lớn các vi sinh vật sủ dụng là vi khuẩn. Ngoài ra một số trường hợp xử lý có thể kết hợp với ,nấm mốc, xạ khuẩn để phân huỷ các chất hữu cơ khó phân huỷ như các hợp chất PCB, Polyclocatechol, polyclophxol... [10] Các vi khuẩn thường dùng để tạo bùn hoạt tính trong xử lý nước thải Pseudononas, Nitrobacter, flavobacterium, Alcaligenes... - Vi khuẩn hiếu khí tuỳ tiện bao gồm các chi: Cellulomonas, Rodopseudomonas, Nitromonas. Ngoài ra tuy không mong muốn nhưng trong bùn hoạt tính sử dụng trong quá trình xử lý nước thải thường gặp vi khuẩn dạng sợi (vi hiếu khí) như microthrix, thiothrix, Besgiata... Trong bùn hoạt tính còn có một thành phần quan trọng là nguyên sinh động vật (Flagellata, Cillata...) Các nguyên sinh động vật có tác dụng làm cho bùn xốp dễ kết lắng và một số loại sử dụng xác vi khuẩn chết làm nguồn thức ăn tạo cho bùn có tỷ lệ vi khuẩn sống cao, hoạt tính mạnh. 3.4.2.3. Các hệ thống xử lý hiếu khí 3.4.2.3.1. Bể aeroten Bể aeroten được dùng phổ biến nhất trong xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học. Vi sinh vật được đưa vào dưới dạng huyền phù (bùn hoạt tính) không khí được cấp vào cưỡng bức dưới dạng khí nén hoặc do khuấy bằng tuyếc bin. Sơ đồ hoạt động của hệ thống aeroten được trình bày ở bảng 1 Nướcthải bẩn 1 2 3 4 5 6 Khí Nén Chắn rác Hình 1: Sơ đồ nguyên lý của hệ thống aeroten. Chắn rác. Bể lắng sơ bộ, điều hoà lưu lượng điều chỉnh pH và bổ sung các khoáng chất dinh dưỡng. Bể aeroten. Bể lắng. Bơm bùn. Bể xử lý bùn. Bể aeroten có nhiều dạng được phân loại theo nhiều cách khác nhau: Phân loại theo nguyên lý làm việc. Hệ thống có quay vòng bùn. Hệ thống không có tái sinh bùn. Phân loại theo các dạng cấp khí: Bể aeroten có dạng cấp khí sau: 3.4.2.3.2. Cấp khí theo tầng: Thường dùng với các aeroten có chiều sâu lớn,COD ban đầu cao. Phương pháp này giúp giảm chi phí khi nén và làm cho bể aeroten hoạt động hiệu quả ở tất cả các tầng theo chiều sâu của bể. Bể Aerotank Lắng đợt 1 Lắng cuối Nước thải ra sau xử lý Bùn thải Nước thải chưa sử lý Hồi lưu bùn Hình 2 : Sơ đầu cấp khí theo tầng 3.4.2.3.3. Cấp khí theo chiều dọc: Hình thức bố trí ở phía đầu vào mật độ các phân tán, khí dày hơn phía cuối bể. 3.4.2.3.4. Cấp khí theo ngăn: Bể aeroten được chia thành các ngăn. Nước thải đi từ ngăn đầu đến ngăn cuối. Mức độ cấp khí ở các ngăn khác nhau vừa đảm bảo xử lý triệt để vừa giảm chi phí khí nén. 3.4.2.3.5. Bể hiếu khí khuấy trộn hoàn toàn. Bể này thường áp dụng khi nước thải được chảy liên tục vào bể aeroten có thiết bị khuấy hoạt động. Nước thải sau khi lắng và bùn hồi lưu được đưa vào nhiều điểm trên bể aeroten. Chất hữu cơ cho vào và nhu cầu ô xy đồng đều theo chiều dài của aeroten, thời gian lưu 3-5 ngày, tải trọng 0,8-2kg BOD5/m3/ngày, thời gian bùn lưu từ 5-15 ngày. 3.4.2.3.6. Bể hiếu khí ổn định - tiếp xúc. Quá trình ổn định - tiếp xúc gồm 2 bể riêng biệt hoặc 2 ngăn riêng biệt để xử lý nước thải và ổn định bùn hoạt tính. Bùn hoạt tính sau khi đã ổn định trộn với nước thải đưa vào (đã qua lắng hoặc không qua lắng) trong bể tiếp xúc. Sau bể tiếp xúc nước thải qua bể lắng thứ cấp và bùn hồi lưu đưa về ổn định. Phương pháp này được sử dụng để xử lý nước thải với BOD chủ yếu ở dạng lơ lửng và dạng keo, thời gian lưu trong bể ổn định 1,5-5 giờ, thời gian lưu trong bể tiếp xúc hiếu khí 20-40 phút. Tải trọng từ 0,6-0,75 kg/m3/ngày. Hiệu quả xử lý cao. Bể lắng1 Bể lắng1 Bể ổn định bùn Bể tiếp xúc Nước ra Nước thải vào Bùn thải Bùn hồi lưu Hình 3: Sơ đồ bể hiếu khí ổn định - tiếp xúc 3.4.2.3.7. Các thông số cơ bản của aeroten: Trong quá trình vận hành việc theo dõi các thông số của bể aeroten giúp cho quá trình xử lý có hiệu quả và tiết kiệm, đồng thời giảm khả năng tái nhiễm do vi sinh vật trong bùn hoạt tính bị phân huỷ. Các thông số cần theo dõi là: Thời gian lưu của nước thải: CODv - CODR t = x ( 1 - Zb )K Trong đó: CODv, CODR: Là COD đầu vào và đầu ra.(mg/l). x- là lượng sinh khối vi sinh vật trong bể( mg/l). Zb: Hệ số bùn lắng. K: Hệ số oxy hoá của quần thể vi sinh vật trong bùn hoạt tính. (Biểu thị bằng gam BOD/g sinh khối thời gian 1 giờ). Chỉ số thể tích bùn SVI (Slugde volume index). Vl SVI = . 1000 (mg/l) x Trong đó : Vl: diện tích lắng(mg/l). X: Hàm lượng sinh khối có trong 1 mg/l. Chỉ số SVI là thông số biểu thị dung tích lắng của 1g bùn. - Tải trong của bể aeroten.(Kg COD/ m3 ngày). (CODv - CODR) . Df T = . 24 V Trong đó: CODv, CODR là COD đầu vào và ra (mg/l). Df: Vận tốc dòng chảy vào bể (m3/h). V: Thể tích của bể.(m3). Chỉ số tải trọng là khả năng oxy hoá các chất hữu cơ của 1m3 dung tích làm việc của bể aeroten/ ngày. 3.4.2.3.8. Bùn hoạt tính Phương pháp xử lý bùn hoạt tính là phương pháp xử dụng rộng rãi nhất. Bùn hoạt tính là tập hợp vi sinh vật và các chất rắn đã được hoạt hoá. Quá trình hoạt hoá: làm tăng số lượng vi sinh vật trong bùn và làm cho vi sinh vật thích nghi với môi trường nước thải để cho chúng có khả năng sử dụng mạnh các chất hữu cơ có trong nước thải. 3.4.2.4. Lọc sinh học Lọc sinh học là dạng xử lý hiếu khí cũng được sử dụng khá phổ biến. Vi sinh vật trong trường hợp này được sử dụng dưới dạng cố định trên các chất mang. Có hai loại lọc sinh học là loại ngược chiều và xuôi chiều. ở loại đầu nước thải đi từ trên xuống ngược chiều với dòng không khí từ dưới lên. ở loại thứ hai nước thải và khí nén đi cùng chiều từ dưới lên. Ưu điểm chính của lọc sinh học là đỡ tốn diện tích xây dựng. hiệu quả xử lý cao, lượng bùn trong nước thải thấp do đó không gây ô nhiễm thứ cấp cho môi trường. 3.4.2.5. Đĩa quay sinh học RBC RBC bao gồm hệ thống đĩa plastic tràn mỏng được sắp xếp với nhau và được ngâm 40% diện tích vào bể có nước thải chảy qua. Trục quay nằm ngang và các đĩa quay tròn trong môi trường nước thải. Vi sinh vật tạo thành màng sinh học cố đinh trên mặt đĩa, khi đĩa quay vào nước thải, các chất hữu cơ có trong nước bị vi sinh vật hấp phụ và phân huỷ. Khi màng quay ra khỏi mặt nước, nhờ oxy của không khí vi sinh vật sẽ oxy hoá các chất hữu cơ đã hấp thụ trên mặt đĩa. Ưu, nhược điểm của phượng pháp này. Ưu điểm: - Diện tích không rộng. Trang thiết bị đơn giản. khả năng tải trọng cao. Nhược điểm: - Màng vi sinh vật dễ bị vỡ trong quá vận hành làm giảm hiệu quả xử lý. - Không sử dụng được với nước thải có COD ban đầu cao. Màng vi sinh vật là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hoạt động của RBC. Lớp màng này dày khoảng 0,16- 0.323 cm. Vi sinh vật trong màng sinh học, đĩa quay thường là các loại vi khuẩn hiếu khí tuỳ tiện như: Preudomonas, micrococcurs, còn các vi khuẩn hiếu khí là Bacillus ở lớp trên màng sinh học. Nhịêt độ mức 20-32oC không ảnh hưởng đến quá trình hạot động của hệ thống xử lý nước thải kiểu này. Tuy nhiên nhiệt độ giảm xuống dưới 13oC thì hiệu quả xử lý giảm đáng kế. Để đạt hiệu quả xử lý cao, phía trên của hệ thống cần phải thoáng khí. 3.4.2.6. Phương pháp xử lý bể yếm khí (bể biogar) Là phương pháp sử dụng phổ biến để xử lý nước thải sinh hoạt, nước thải có các chất hữu cơ chứa hàm lượng nitơ cao như các nước thải nhà máy chế biến thuỷ sản, lò mổ, nước thải chăn nuôi. Xử lý được tiến hành ở các bể biogar. Có hai quá trình xảy ra trong khi xử lý yếm khí. - Quá trình thuỷ phân và axit hoá các chất hữu cơ. - Quá trình Metan hoá. Sản phẩm thu được của quá trình xử lý yếm khí là khí metan và nước thải đã được xử lý khỏi các chất hữu cơ [7]. Ưu, nhược điểm của phương pháp xử lý. Ưu điểm: - Quá trình xử lý yếm khí là các hợp chất Nitơ không bi Nitơrat hoá. Trong xử lý yếm khí xảy ra quá trình khử nitơrat tạo ra NH4+ do đó nước thải không còn độc đối với hệ sinh thái. Nhược điểm: - Thời gian xử lý kéo dài. - Tốn diện tích. Phần II: Vật liệu và phương pháp 1. Vật liệu 1.1. Mẫu nước thải - Nước thải được lấy tại các điểm đầu vào của bể chứa dây chuyền bia Phúc Yên và bia Tây Hồ. Mẫu của nước thải được bảo quản ở 4oC trong tủ lạnh. Sau đó dùng để phân tích và xử lý. - Bùn của nước thải bia Tây Hồ và làng bún Phú Đô. 1.2. Hoá chất * Sử dụng các hoá chất thông dụng trong phòng thí nghiệm nuôi cấy vi sinh vật. *Hoá chất phân tích dùng loại PA. . K2HPO4 Việt Nam . KH2PO4 Việt Nam . K2Cr2O7 Đức . (NH4)Fe(SO4)2 Muối Morh . FeCl3.6H2O Đức . CaCl2 Việt Nam . MnSO4.2H2O Trung Quốc . MgSO4 Việt Nam . Na2SO3 Việt Nam . Na2S2O3 chuẩn 0,1N Việt Nam . KOH Việt Nam . NaOH Việt Nam . KI Trung Quốc . I2 Trung Quốc . NaN3 Đức . Tinh bột tan Trung Quốc 1.3. Thiết bị Kính hiển vi quang học Olimpus(Nhật). Cân phân tích (Anh). Bình xác định BOD chuẩn(Mỹ, Thuỵ Điển). - Bình xác định COD (Trung Quốc). Máy lắc. Máy ly tâm T24(Đức). Máy xục khí. Tủ ấm(Liên Xô). Máy đo pH (pH rueter Mettr Toledo 320)Anh. Máy so màu pharmacia (Thuỵ Điển). Sinh hàn ngược (Trung Quốc). Pipet tự động (Nhật) 2. Xác định thành phần vi sinh vật Số lượng vi sinh vật trong mẫu được xác định theo phương pháp pha loãng tới hạn, đếm số lượng khuẩn lạc trên môi trường thạch [1]. - vi khuẩn xác định trên môi trường MPA Nấm mốc xác định trên môi trường Czapek nấm men xác định trên môi trường Hansen 3. Phương pháp nghiên cưú nước thải 3.1. Chuẩn bị mẫu Mẫu cần được xác định phải ly tâm để tách hết sinh khối, được xác định ngay hoặc bảo quản trong tủ lạnh trong trường hợp chưa kịp xác định. 3.2. Xác định COD COD được tiến hành xác đinh theo phương pháp hồi lưu hở với K2Cr2O7 [17,18,21]. Phương pháp bicromat được thể hiện ở phương trình sau: 6e- (chất khử) + 14 H+ + Cr2O72- = 2Cr3+ + 7H2O. * Hoá chất của phương pháp. - Dung dịch H2SO4 + AgSO4: Cân 4g Ag2SO4 cho hoà tan 1lit H2SO4 đặc lắc để tan qua một ngày mới dùng. -K2Cr2O7 (0,25N): Cân 12,258g K2Cr2O7 pha vào 1 lít nước cất. -Chỉ thị màu Nphenyl antralic axit: Cân 0,25g pha trong 12ml dung dịch NaOH 0,1N . Sau đó pha loãng H2O đến 250ml bằng nước cất. -Muối FAS (0,25N): Cân 98g muối Fas pha vào 500ml nước cất cho tan bổ sung thêm 20ml H2SO4 đặc. Định mức đủ 1000 ml. Chuẩn độ theo K2Cr2O7: Nồng độ thật của dung dịch muối FAS được tính theo công thức Lượng dung dịch K2Cr2O7 N(Fas) = . 0,25 Lượng dung dich Fas tiêu tốn,ml * Cách tiến hành: Lấy 25ml mẫu cho vào bình phản ứng dung tích 250ml. Bổ sung 50 ml K2Cr2O7 0,25N . Cho 3ml H2SO4đặc đã pha AgSO4. Cho 0,4g HgSO4. Vài mảnh thuỷ tinh. Lắp vào hệ thống sinh hàn ngược. Bổ sung tiếp 72ml H2SO4đặc có pha Ag2SO4 qua sinh hàn. Đun sôi nhẹ 2 giờ. Để nguội, rửa sinh hàn bằng 100 ml nước cất. Cho 5-10 giọt chỉ thị màu. Chuẩn độ bằng dung dịch muối Fas 0,25N . Dung dịch từ màu vàng đỏ chuyển sang mầu vàng xanh thì kết thúc. Song song với mẫu thí nghiệm, tiến hành với mẫu trắng các bước như trên nhưng thay 25ml mẫu bằng 25ml nước cất. Tính COD theo công thức: (A - B). N . 8000 COD = ,[ mgO2/l] ml mẫu Trong đó: A - Là số ml dung dịch Fas đã chuẩn mẫu trắng. B - Số ml dung dịch Fas đã chuẩn mẫu nước thải. N - Nồng độ mol của dung dịch Fas. 3.3. Xác định DO[17,18,21] Để xác đinh BOD thường tiến hành xác định DO trước và sau khi nuôi. * Hoá chất xác định BOD. - Đệm phophat: pH = 7,2. Cân 8,5g KH2PO4 + 21,75 K2HPO4 + 33,4g Na2HPO4.7H2O + 1,7g NH4Cl pha trong một lít nước cất. Dung dịch MgSO4 cân 22,5g MgSO4.7H2O pha trong một lít H2O cất. Dung dịch CaCl2 cân 27,5g trong một lít H2O cất. FeCl3.6H2O: Cân 0,25g pha trong 1lít H2O cất. MnSO4.2H2O: Cân 480g pha trong 1lít nước cất. KOH: Cân 700g KOH + 150 KI pha trong 700ml nước cất . Cân tiếp 10g NaN3 pha trong 40ml nước cất. Định mức đến 1 lít. Na2S2O3: Cân 12,4g Na2S2O3.5 H2O và 0,2g Na2SO3 pha trong một lít nước cất.hoặc dùng nồng độ chuẩn 0,1N pha loãng tới nồng độ 0,025N H2SO4đặc. Tinh bột tan 0,5% : Cân 0,5g tinh bột pha trong 5ml nước cất, đun sôi 90ml nước cất cho tinh bột vào khuấy tan hết đưa đến 100ml. * Cách tiến hành: Cho lượng nước pha loãng + mẫu vào bình BOD tối màu dung tích 250-300ml. Đậy nút cho tràn nước để không tạo bọt khí trong bìn