Đồ án Thử nghiệm công nghệ Swim-Bed xử lý nước thải chế biến thủy sản mô hình phòng thí nghiệm

dài và rượu (acohol) - Thủy phân các acid béo dễ bay hơi (ngoại trừ acid acetic) - Hình thành khí methan từ acid acetic - Hình thành khí methan từ hydro và cacbonic + Giai đoạn thủy phân: Trong giai đoạn này dưới tác dụng của enzyme tiết ra, các phức chất và chất không tan (như polysaccharides, proteins, lipits) chuyển hóa thành các phức chất đơn giản hơn hoặc chất hòa tan (như đường, các amono acids béo). Quá trình này xảy ra chậm, tốc độ thủy phân phụ thuộc vào pH, kích thước hạt và đặc tính dễ phân hủy của cơ chất. Các chất béo thủy phân rất chậm. + Giai đoạn acid hóa : Trong giai doạn này, vi khuẩn lên men chuyển hóa các chất hòa tan thành các chất đơn giản như acid béo dễ bay hơi, alcohols, acid lactic, methanol, CO2, H2, NH3, H2S và sinh khối mới. Sự hình thành acid có thể làm giảm pH xuống 4,0. + Giai đoạn acetic hóa: Trong giai đoạn này, vi khuẩn acetic chuyển hóa các sản phẩm của giai doạn trước( acid hóa ) thành acetate, H2, CO2 và sinh khối mới. + Giai đoạn methan hóa: Đây là giai đoạn cuối cùng của quá trình kỵ khí, cacetic, H2, acid formic và methanol chuyển hóa thành methan, CO2, và sinh khối mới. 4H2 + CO2 à CH4 + H2O 4HCOOH à 3CO2 + CH4 + 2 H2O CH3COOH à CH4 + CO2 4CH3OH à CO2 + 3CH4 + 2 H2O 4(CH3)N + H2O à 3CO2 + 9CH4 + 6 H2O + 4NH3 Lưu ý: trong ba giai đoạn đầu ( thủy phân, acid hóa, acetic hóa ) COD trong dung dịch hầu như không giảm. COD chỉ giảm trong giai đoạn methan hóa. Ngược với quá trình hiếu khí, quá trình kỵ khí tải trọng tối đa không bị hạn chế bởi chất phản ứng như oxy, nhưng trong công nghệ kỵ khí cần lưu ý đến hai yếu tố quan trọng: Duy trì sinh khối càng nhiều càng tốt Tạo tiếp yếu tố trên được đáp ứng công trình kỵ khí có thể được áp dụng với tải trọng rất cao.xúc đủ giữa nước thải với sinh khối vi sinh vật Khi hai yếu tố trên được đáp ứng công trình kỵ khí có thể được áp dụng với tải trọng rất cao. 2.2.2.2 Công nghệ hiếu khí Nguyên tắc của quá trình sinh học hiếu khí: Phương trình phản ứng sinh hóa trong điều kiện hiếu khí: vi sinh vật Chất hữu cơ + O2 à CO2+ H2O + sinh khối mới Quá trình sinh học hiếu khí bao gồm 3 giai đoạn: Giai đoạn 1: oxy hóa các chất hữu cơ: enzyme CxHyOz + O2 à CO2 + H2O Giai đoạn 2: tổng hợp tế bào mới: enzyme CxHyOz + NH3 + O2 à CO2 + H2O + C5H7NO2 Giai đoạn 3: phân hủy nội bào: enzyme C5H7NO2 + 5O2 à 5CO2 + 2H2O + NH3 Tùy theo trạng thái tồn tại của vi sinh vật, quá trình xử lý sinh học hiếu khí nhân tạo có thể chia thành xử lý sinh học hiếu khí lơ lững và xử lý sinh học hiếu khí dạng dính bám. Xử lý sinh học sinh trưởng lơ lững (bùn hoạt tính) Quá trình bùn hoạt tính là quá trình sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật, chúng sống tập trung kết dính lại với nhau thành hạt bùn hoặc những bông bùn với trung tâm là chất nền rắn lơ lững (40%), những bông bùn này còn được gọi là bùn hoạt tính có kích thước từ 50-200 micromet. Bùn hoạt tính có màu vàng nâu dễ lắng. Bùn hoạt tính là khối quần thể vi sinh vật có khả năng ổn định chất thải dưới điều kiện hiếu khí. Chất nền trong bùn hoạt tính có thể chiếm tới 90% là chất rắn, rong, rêu, tảo. Những vi sinh vật có trong bùn hoạt tính thường là vi khuẩn đơn bào, nấm men, nấm mốc, xạ khuẩn, các động vật nguyên sinh, một số vi sinh vật bậc thấp... Các vi sinh vật này sẽ phân hủy các chất hữu cơ có trong nước thải và thu năng lượng để chuyển hóa thành tế bào mới. Chỉ có một phần chất hữu cơ bị oxy hóa hoàn toàn thành CO2, H2O, NO3-, SO42-… Xử lý sinh học sinh trưởng dính bám Phần lớn các vi sinh vật có khả năng xâm chiếm bề mặt của một vật rắn ( vật liệu lọc ) với các chất hữu cơ, muối khoáng và oxy. Việc dính bám được thực hiện nhờ một chất phụ trợ và keo động vật có nguồn gộc từ lâm ngọc hoài thu.docđầu được thực hiện ở một số điểm, và từ những điểm này màng sinh học bắt đầu nhân ra cho đến khi toàn bộ bề mặt chất rắn được bao phủ một lớp màng đơn bào. Từ đó các lớp tế bào sinh ra và bao phủ lên lớp ban đầu. Trên bề mặt ccác lớp màng nhầy này chủ yếu chứa các vi khuẩn. Chất hữu cơ trong nước thải thì được các vi khuẩn phân giải tạo thành CO2 và H2O. Oxy và các thức ăn đồng hóa được nước thải vận chuyển và khuếch tán qua bế mặt dày lớp màng sinh học cho đến khi các tế bào nằm ở phần sâu nhất không thể tiếp xúc được với oxy và thức ăn đồng hóa trực tiếp nữa. Sau một thời gian nhất định xuất hiện sự phân tầng với những lớp hiếu khí chồng lên những lớp kỵ khí. Ở lớp hiếu khí có sự khuếch tán oxy còn lớp kỵ khí thì không. Lớp màng kỵ khí không được tiếp xúc với oxy sẽ bị phân hủy kỵ khí sinh ra H2S, amoniac, axit hữu cơ … Những sản phẩm này được các vi khuẩn hiếu khí oxy hóa để tạo thành H2SO4, HNO3, CO2, H2O. Chất nến không còn khuếch tán tới nữa các vi sinh vật trong lớp ưa khí sẽ bị chết cà tự tiêu đi. Do đó xuất hiện các khoảng trống tế bào cho những sinh vật hiếu khí và kị khí khác. Khi chất nền thực sự can kiệt, việc tiêu hủy các tế bào còn lại làm cho lớp màng bị tách rời từng vùng ra khỏi bề mặt. Bề mặt này lại sẵn sàng tiếp nhận các vi sinh vật mới. Sự bong tróc của màng vi sinh vật được tạo ra và thúc đẩy bởi dòng nước chảy qua bề mặt. Dù cho lớp vật liệu lọc có làm bằng loại gì đi nữa thì quá trình xử lý cũng tuân thủ theo nguyên lý trên. 2.2.3 Vi sinh vật tham gia vào quá trình xử lý nước thải 2.2.3.1 Sự sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật Sự sinh trưởng của vi sinh vật là sự tăng sinh khối của nó do hấp phụ, đồng hóa các chất dinh dưỡng. Theo nghĩa rộng, sinh trưởng hay sự tăng sinh khối là tăng trọng lượng, kích thước hoặc số lượng tế bào. Như vậy, hiệu quả của sự sinh trưởng là quá trình tổng hợp các bộ phận của cơ thể, tế bào và sự tăng sinh khối – sức sinh trưởng (giảm BOD). Các quá trình diễn ra không đồng đều theo thời gian và không gian trong tế bào vi sinh vật. Nguồn: Wastewater Engineering: treatment, reuse, disposal, 1991 Hình 2.1: đồ thị biểu diễn sự tăng trưởng của vi sinh vật trong nước thải. Chu kỳ phát triển của các vi khuẩn trong bể xử lý bao gồm 4 giai đoạn: +       Giai đoạn chậm (lag-phase): xảy ra khi bể bắt đầu đưa vào hoạt động và bùn của các bể khác được cấy thêm vào bể. Đây là giai đoạn để các vi khuẩn thích nghi với môi trường mới và bắt đầu quá trình phân bào. Trong giai đoạn này vi sinh vật hầu như không tăng (hoặc tăng không đáng kể) về số lượng. +      Giai đoạn tăng trưởng (log-growth phase): giai đoạn này các tế bào vi khuẩn tiến hành phân bào và tăng nhanh về số lượng. Tốc độ phân bào phụ thuộc vào thời gian cần thiết cho các lần phân bào và lượng thức ăn trong môi trường. Giai đoạn này cần được kéo dài để tăng hiệu quả và tải trọng xử lý. +      Giai đoạn cân bằng (stationary phase): lúc này mật độ vi khuẩn được giữ ở một số lượng ổn định. Nguyên nhân của giai đoạn này là: thứ nhất các chất dinh dưỡngcần thiết cho quá trình tăng trưởng của vi khuẩn đã bị sử dụng hết, thứ hai là số lượng vi khuẩn sinh ra bằng với số lượng vi khuẩn chết đi. Trong thức tế ta không mong muốn đạt đến trạng thái này, vì đây là lúc vi sinh vật tăng trưởng cực đại tuy nhiên nó sẽ nhanh chóng chuyển sang pha suy vong sau khi vừa đạt giá trị tăng trưởng cực đại +       Giai đoạn chết (log-death phase): trong giai đoạn này số lượng vi khuẩn chết đi nhiều hơn số lượng vi khuẩn được sinh ra, do đó mật độ vi khuẩn trong bể giảm nhanh. Giai đoạn này có thể do các loài có kích thườc khả kiến hoặc là đặc điểm của môi trường. Cần chú ý rằng rằng đồ thị trên chỉ mô tả sự tăng trưởng của một quần thể vi khuẩn đơn độc. Thực tế trong bể xử lý có nhiều quần thể khác nhau và có đồ thị tăng trưởng giống nhau về dạng nhưng khác nhau về thời gian tăng trưởng cũng như đỉnh của đồ thị. Trong một giai đoạn bất kỳ nào đó sẽ có một loài có số lượng chủ đạo do ở thời điểm đó các điều kiện như pH, oxy, dinh dưỡng, nhiệt độ... phù hợp cho loài đó. Nguồn: Wastewater Engineering: treatment, reuse, disposal, 1991 Hình 2.2 Đồ thị về sự tăng trưởng tương đối của các vi sinh vật trong bể xử lý nước thải Như đã nói ở trên vi khuẩn đóng vai trò quan trọng hàng đầu trong xử lý nước thải. Do đó chúng ta phải duy trì một mật độ vi khuẩn cao tương thích với lưu lượng các chất ô nhiễm đưa vào bể. Phải tính toán chính xác thời gian tồn lưu của vi khuẩn trong bể xử lý và thời gian này phải đủ lớn để các vi khuẩn có thể sinh sản được. Điều kiện cần thiết cho quá trình tăng trưởng của vi khuẩn (pH, chất dinh dưỡng, nhiệt độ, khuấy trộn...) phải được điều chỉnh ở mức thuận lợi nhất cho vi khuẩn. 2.2.3.2 Đặc điểm chung của vi sinh vật tham gia vào quá trình xử lý nước thải - Kích thước rất nhỏ, chỉ có thể đo bằng micromet thậm chí là nanomet. - Hấp thụ nhiều, chuyển hóa nhanh. - Sinh trưởng nhanh, phát triển mạnh. - Năng lực thích ứng mạnh, dễ sinh biến dị. Trong quá trình tiến hóa lâu dài, để tồn tại, vi sinh vật đã tạo cho mình những cơ chế điều hòa trao đổi chất để thích ứng với điều kiện sống bất lợi của môi trường. Vi sinh vật rất dễ phát sinh biến dị bởivì thường đơn bào, đơn bội, sinh sản nhanh, số lượng nhiều, tiếp xúc trực tiếp với môi trường sống. Tần số biến dị của vi sinh vật thường là từ 10-5-10-10. Hính thức biến dị thường là đột biến gen và dẫn đến những thay đổi về hình thái, cấu tạo, kiểu trao đổi chất, tính kháng nguyên, tính đế kháng,… - Phân bố rộng, chủng loại nhiều. 2.2.3.3 Một số vi sinh vật đóng vai trò quan trọng trong quá trình xử lý nước thải Bảng 2.3: Một số vi khuẩn tham gia vào quá trình sinh học xử lý nước thải. STT Vi khuẩn Chức năng 1 Pseudomonas Phân huỷ Hiđrat cacbon, Protein, … và phản Nitrat 2 Arthrobacter Phân huỷ Hiđrat cacbon 3 Bacillus Phân huỷ Hiđrat cacbon, Protein … 4 Cytophaga Phân huỷ các Polime 5 Zooglea Tạo thành chất nhầy (Polisaccarit), chất keo tụ 6 Acinetobacter Tích luỹ Poliphosphat, phản Nitrat 7 Nitrosomonas Nitrit hoá 8 Nitrobacter Nitrat hoá 9 Sphaerotilus Sinh nhiều tiêu mao, phân huỷ các chất hữu cơ 10 Alkaligenes Phân huỷ Protein, phản Nitrat hoá 11 Flavobacterium Phân huỷ Protein 12 Nitrococus denitrificans Phản Nitrat hoá (khử nitrat thành N2) 13 Thiobaccillus denitrificans Phản Nitrat hoá (khử nitrat thành N2) 14 Acinetobacter Phản Nitrat hoá (khử nitrat thành N2) 15 Hyphomicrobium Phản Nitrat hoá (khử nitrat thành N2) 16 Desulfovibrio Khử sulfat, khử nitrat Ngoài các vi sinh vật có trong bảng thì một số vi sinh vật khác được chia thành các nhóm – sắp xếp theo chế độ hấp thụ các chất dinh dưỡng trong nước thải. Họ Pseudomonas (chiếm 50-80 lượng vi khuẩn) được chia làm các nhóm: Methannomonas : vi sinh vật lên men methan Nitrosomonas : vi sinh vật oxy hóa nitrit Hydrogenomonas : vi sinh vật oxy hóa phân tử Hydro, ngoài ra còn tích cực phân giải các hợp chất thơm và các chất hữu cơ mạch vòng. Sulfomonas, Thiobacillus : vi sinh vật hồi phục các hợp chất hữu cơ lưu huỳnh. Ngoài ra Sulfomonas còn hấp thụ tốt ác chất hữu cơ. Họ Bacterium (gồm 30 loài) chia thành: Bact. Aliphacitum, Bact. Naphtalinicus, Bact. Benzoni, Bact. Cycloclastes có khả năng hấp phụ dầu, sáp, phenol, mỡ… Bact. Mycoides có khả năng phân giải các hợp chất chứa Nitơ. Thyo Bacterium, Phiotrix có khả năng oxy hóa các hợp chất chứa lưu huỳnh Hình 2.3: Desulfovibrio Khử sulfat, khử nitrat Hình 2.4: Vi khuẩn Pseudomonas phân hủy hydratcacbon, protein, hợp chất hữu cơ và phản ứng nitrat hóa Hình 2.5:Bacillus Phân hủy cacbonhydrat và protein Hình 2.6 Cytophaga phân hủy polymer Hình 2.7: Zooglea Tạo chất nhầy (polisaccarit), chất keo tụ Vi khuẩn hình sợi – tác nhân bám dính: Hình 2.8: Microthrix parvicella 2.2.4 Các quá trình sinh hóa xảy ra trong xử lý nước thải 2.2.4.1 Quá trình oxy hóa cacbon Loại bỏ chất hữu cơ hòa tan Quá trình này diễn ra khi vi sinh vật sử dụng các chất này như nguồn thức ăn, chuyển hóa một phần cacbon thành sinh khối mới và phần còn lại thành CO2. Khí CO2 sẽ bay đi còn sinh khối mới tạo thành sẽ được loại bỏ bằng quá trình lắng. Do một lượng lớn cacbon trong chất hữu cơ ban đầu bị oxy hóa thành CO2 nên quá trình loại bỏ các chất hữu cơ hòa tan còn gọi là quá trình oxy hóa cacbon. Quá trình vi sinh hiếu khí thích hợp dung để loại bỏ chất hữu cơ có nồng đô COD từ 50- 4000 mg/l. Ở nồng độ thấp hơn, quá trình hấp phụ bằng than hoạt tính thường đảm bảo kinh tế hơn. Tuy nhiên, quá trình sinh hóa cũng thường được sử dụng để sử lý nước ngầm với nồng độ COD thấp hơn 50mg/l. Quá trình kỵ khí thường được áp dụng với những loại nước thải có nồng độ hữu cơ cao, bởi vì quá trình này lkhông đòi hỏi cấp khí, sinh khối tạo thành ít, mặt khác còn thu được sản phẩm hữu ích là CH4. Cần lưu ý là khi áp dụng quá trình kỵ khí thì nồng độ được đề cập là các chất hòa tan. Các chất lơ lững và các hạt keo thường được loại bỏ bằng các tác nhân lý học hoặc hóa học. Một số ít trường hợp người ta cũng dung tác nhân sinh hóa để loại bỏ hỗn hợp gồm các chất hòa tan, hạt keo và các chất lơ lững. Sau quá trình kỵ khí người ta thường áp dụng kết hợp quá trình hiếu khí để dòng thải ra đạt tiêu chuẩn xả thải. Tuy nhiên nếu nồng độ COD cần khử lớn hơn 50.000 mg/l thì quá trình hóa hơi và đốt bỏ thường cho hiệu quả cao hơn. b) Ổn định các chất hữu cơ không tan Có nhiều loại nước thải chứa một lượng đáng kể các hạt keo hữu cơ lơ lững mà quá trình lắng không thể loại bỏ được. Nếu được xử lý bằng quá trình sinh hóa (thường được sử dụng để loại bỏ chất hữu cơ hòa tan), phần lớn các chất này sẽ bám lên sinh khối và chuyền thành sản phẩm cuối cùng có tính ổn định – rất khó cho các hoạt động sinh học sau đó. Sự hình thành sản phẩm trên được xem như quá trình ổn định. Một số quá trình diễn ra trong quá trình sinh hóa : + Ổn định các chất hữu cơ không hòa tan + Biến đổi thành chất vô cơ không tan 2.2.4.2 Quá trình loại bỏ N Nitrat hóa: Quá trình nitrat hóa là quá trình oxy hóa các hợp chất chứa nitơ, đầu tiên là ammonia (NH4-N) thành nitrit (NO2-N) sau đó oxy hóa nitrit thành nitrat (NO3-N). Bước 1: ammonium được chuyển hóa thành nitrit thực hiện bởi loài Nitrosomonas : NH4+ + 1.5 O2 à NO2- + 2 H+ + H2O Bước 2: nitrit chuyển thành nitrat nhờ loài Nitrobacter : NO2- + 0.5 O2 à NO3- Tổng hợp 2 phản ứng trên ta được NH4+ + 2 O2 à NO3- + 2 H+ + H2O Hai quá trình nitrit hóa và nitrat hóa tạo ra năng lượng cho sự sinh trưởng và phát triển của tế bào. Cùng với năng lượng đạt được ammonia được tiêu thụ vào trong tế bào. Phản ứng tạo sinh khối : 4 CO2 + HCO3- + NH4+ + H2O à C5H7NO2 + 5 O2. Nitrat hóa cần thiết cho quá trình xử lý nước thải vì : + Ammonia tiêu thụ lượng oxy hòa tan (DO) của nguồn tiếp nhậnvà gây độc cho cá và các sinh vật thủy sinh. + Để kiểm soát quá trình phú dưỡng hóa. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nitrat hóa gồm có: pH: + Tốc độ nitrat hóa đạt cực đại khi pH nằm trong khoảng 7,2 – 9,0. + Tốc độ nitrat hóa giảm tuyến tính khi pH < 7,2. + Tốc độ nitrat hóa ở pH = 6,8 là 42% tốc độ nitrat hóa ở pH = 7,8 tại 150C. Độ kiềm cần được thêm vào để duy trì pH phù hợp dưới dạng vôi, soda, natri bicacbonat ( NaHCO3). Độc tính : + Vi khuẩn nitrat hóa nhạy cảm với các hợp chất vô cơ/ hữu cơ, độc ở nồng độ thấp hơn nhiều so với vi khuẩn hiếu khí khử CHC. + Những hợp chất gây độc là các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi, tanin, phenol, benzen, rượu, ete, xianua…. Kim loại: Oxy hóa ammonia bị ức chế ở nồng độ 0,25 mg/l Ni, 0,25 mg/l Cr và 0,1 mg/l Pb. Ammonia: Oxy hóa ammonia bị ức chế khi nồng độ ammonia từ 5-20 mg/l. Nồng độ oxy hòa tan (DO): + Tốc độ oxy hóa tốt khi nồng độ DO đạt 4-7 mg/l. + Ở DO = 1 mg/l, tốc độ chỉ bằng 90% tốc độ ở nồng độ DO cao hơn. + Tốc độ nitrat hóa trong bùn hoạt tính tăng gấp đôi khi nồng độ DO tăng từ 1 lên 3mg/l. Nitơ hữu cơ ( protein, urê ) Nitơ ammonia Nitơ hữu cơ ( tế bào vi khuẩn ) Nitơ hữu cơ (tế bào chết xả theo bùn ) Nitrit ( NO2- ) Nitrat ( NO3+-) Khí nitơ ( N2 ) Đồng hóa O2 tự oxy hóa và tự phân hủy Nitrat Hợp chất chứa cacbon Hóa O2 Hình 2.9: Chuyển hóa nitơ trong quá trình xử lý sinh học. b) Khử nitrat hóa: Khử nitrat hóa là bước thứ hai sau quá trình nitrat hóa, là quá trình khử nitrat (NO3-N) thành khí nitơ (N2) trong môi trường thiếu khí (anoxic) và đòi hỏi một chất cho electron hữu cơ hay vô cơ. Phản ứng khử nitrat hóa bao gồm các bước sau: NO3- à NO2- à NO à N2O à N2 Chất cho điện tử từ 1 trong 3 nguồn : + BOD trong nước đầu vào. + Nguồn cacbon của tế bào trong quá trình phân hủy nội bào. + Nguồn từ bên ngoài như methanol hoặc acetate Nước thải: C10H19O3N + 10 NO3- à 5 N2 + 10 CO2 + 3H2O + NH3 + 10 OH- Methanol: 5 CH3OH + 6 NO3- à 3N2 + 5 CO2 + 7 H2O + 6 OH- Acetate: 5 CH3COOH + 8NO3- à 4 N2 + 10 CO2 + 6 H2O + 8OH- Hầu hết vi khuẩn khử nitrat hóa là dị dưỡng, chúng lấy cacbon cho tổng hợp tế bào từ các hợp chất hữu cơ. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình khử nitrat hóa: Dạng và nồng độ chất nền chứa cacbon: Chất nền chứa cacbon tan, phân hủy sinh học nhanh sẽ thúc đẩy tốc độ khử nitrat nhanh nhất. Methanol được sử dụng rộng rãi nhất, ngoài ra có thể dùng các chất thải hữu cơ công nghiệp như chất thải bia và cất rượu. Nồng độ DO: Loài Psuedomonas bị ức chế ở nồng độ DO >= 0,2 mg/l. Tốc độ khử nitrat hóa ở nồng độ DO = 0,2 mg/l chỉ bằng một nủa tốc độ khử ni trat ở nồng độ DO = 0 mg/l. DO tăng lên 2 mg/l thì tốc độ khử nitrat chỉ bằng 10% tốc độ khử ở nồng độ DO là 0 mg/l Độ kiềm và pH: Độ kiềm tạo ra trong phản ứng khử nitrat làm tăng nhẹ pH, thay vì bị giảm trong phản ứng nitrat hóa. Vi khuẩn khử nitrat hoạt động mạnh ở pH = 6,5 – 8,5. Thời gian lưu cặn: Lượng nitrat khử dược với lượng chất nền chứa cacbon đã cho phụ thuộc vào thời gian lưu bùn. Thời gian lưu bùn lâu hơn, thành phần electron trong chất nền (chất cho electron) sẽ đi đến chất nhận nhiều hơn đi vào sinh khối. Lượng nitrat sẽ bị khử nhiều hơn. Lắng Nitrathóa (hiếu khí) Khử nitrat (anoxic) Nước vào nước ra Bùn tuần hoàn Bùn dư Hình 2.10: Quá trình bùn hoạt tính 2.2.4.3 Quá trình loại bỏ P Vi khuần sử dụng phospho để tổng hợp thành tế bào và vận chuyển năng lượng, kết quả là 10-30% lượng phospho bị khử trong quá trình khử BOD. Khử phospho được thực hiện bằng cách lắng thành cặn để loại bỏ các tế bào chứa lượng phospho trong quá trình sinh sản và hoạt động. Cơ chế của quá trình khử phospho bằng phương pháp sinh học diễn ra như sau: + Trong điều kiện kỵ khí các acid béo bay hơi được vi khuẩn đồng hóa thành các sản phẩm chứa bên trong tế bào, đồng thời với việc giải phóng phospho. Trong điều kiện hiếu khí, một số loài vi sinh vật như Acinetobacter, Psuedomonas, Aerobacter, Moraxella, E.coli, Mycobacterrium, Beggiatoa, gọi chung là vi khuẩn poly phospho có khả năng tích lũy phospho với lượng lớn hơn nhu cầu của tế bào, khoảng 1-3% trọng lượng khô của tế bào. + Khi các tế bào này tạo thành bông cặn và lắng xuống đáy bể lắng, phospho chứa trong cặn lắng sẽ được thu hồi và xử lý riêng. Mặt khác người ta có thể tận dụng cặn này như là chất men để tác dụng với acid béo bay hơi làm tăng hiệu quả quá trình khử phospho. + Đặc điểm chung của tất cả các phương án sinh hóa xử lý phospho là sự luân phiên thay đổi của quá trình kỵ khí và hiếu khí. Như vậy việc khử phospho đòi hỏi phải đồng thời xảy ra hai quá trình sinh học hiếu khí và kỵ khí. Bể hiếu khí Bể yếm khí Nước vào Bể lắng bể lắng Tuần hoàn bùn Cặn dư Hình 2.11: Sơ đồ dây chuyền xử lý phospho Dể khử phospho đòi hỏi trong nước thải phải có BOD/P lớn hơn 10/1 để cung cấp đủ chất nền cho việc phát triển vi sinh khử phospho. Quá trình thay đổi điều kiện yếm khí, hiếu khí trong dây chuyền xử lý bằng cách tuần hoàn lại sinh khối qua bể yếm khí hoặc qua bể hiếu khí. Bể hiếu khí Bể thiếu khí Bể yếm khí Nước vào Bể lắng Tuần hoàn bùn Cặn dư Hình 2.12: Sơ đồ dây chuyền khử nitơ và phospho kết hợp 2.3. GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI ĐƯỢC XỬ DỤNG PHỔ BIẾN ĐỂ XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHẾ BIẾN THỦY SẢN HIỆN NAY Hiện nay nhìn chung các công ty, xí nghiệp, nhà máy, xưởng … chế bến thủy sản hiện nay thường áp dụng công nghệ kỵ khí UASB vì lượng chất hữu cơ trong nước thải quá cao. Công nghệ UASB có thể giải quyết tương đối vấn đề này. Hình 2.13: Quy trình xử lý nước thải của nhà máy chế biến thủy sản Gia Hòa + Thuyết minh quy trình: - Nước thải từ quá trình sản xuất và chế biến thủy sản bên trong công ty theo mạng lưới thoát nước sẽ đi vào hố thu H01 của hệ thống xử lý, qua song chắn rác thô để loại bỏ các tạp chất có kích thước lớn hơn 12mm. Các tạp chất này định kỳ được vớt bỏ bằng phương pháp thủ công hoặc cơ giới và được thải bỏ cùng với rác thải sinh hoạt . - Sau khi qua song chắn rác thô, nước thải vào bể điều hòa lưu lượng B02, tại đây nước thải sẽ được điều hòa lưu lượng và chất lượng, không khí được cung cấp vào ngăn chứa nhằm mục đích hạn chế môi trường kỵ khí dẫn đến phát sinh mùi hôi và khử một phần chất hữu cơ. - Sau khi qua bể điều hòa lưu lượng và nồng độ, nước thải sẽ được bơm vào bể xử lý sinh học kỵ khí UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) B03. Thiết bị xử lý kỵ khí UASB có thể xử lý nước thải với tải trọng hữu cơ cao hơn rất nhiều lần so với các hệ thống xử lý hiếu khí truyền thống, do đó giảm được kích thước công trình, đồng thời còn thu hồi năng lượng từ khí methan sinh ra trong quá trình phân hủy chất hữu cơ trong nước thải. Mặt khác, tốc độ gia tăng lượng bùn trong thiết bị rất nhỏ, do đó giảm được chi phí và phương tiện xử lý bùn và giảm bớt công đoạn trong khi vận hành hệ thống. Thêm vào đó, công trình hiếu khí phía sau giảm được tải trọng chất hữu cơ, do đó giảm được thể tích công trình, giảm lượng bùn phát sinh và do đó giảm được kích thước của bể nén và hệ quả làm giảm được chi phí đầu tư. Trong thiết bị UASB, nước thải theo đường ống phân phối đi từ dưới lên qua lớp bùn vi sinh vật, chất hữu cơ được vi sinh vật hấp thụ ở bề mặt và bắt đầu quá trình phân hủy kỵ khí tạo ra CH4, CO2, và tế bào vi sinh vật mới. Theo kết quả thí nghiệm thời gian lưu nước trong bể từ 4 – 8 giờ thì khả năng phân hủy chất hữu cơ (COD) từ 85 – 95%, với COD đầu vào bể UASB từ 800mg/l – 4000mg/l thì sau khi qua công trình này hàm lượng COD vào công trình đơn vị kế tiếp (bể hiếu khí) từ 100mg/l – 400mg/l. - Sau khi công đoạn xử lý tại bể UASB , nước thải sẽ được dẫn về bể xử lý sinh học FBR – B04. Bể FBR có chế độ hoạt động liên tục theo cơ chế tăng trưởng dính bám trên vật liệu dính bám, rất thích hợp và linh hoạt để xử lý nước thải thủy sản. Bể B04 sẽ xử lý chất bẩn hữu cơ trong nước thải bằng bùn hoạt tính chứa vi sinh dính bám trong bể. Khí oxy được cung cấp từ máy thổi khí để duy trì hoạt động của vi sinh vật, tiến hành quá trình trao đổi chất. Các vi khuẩn hiếu khí sẽ tiêu thụ các chất hữu cơ trong nước và biến chúng thành CO2, H2O và một phần tế bào mới dưới dạng bùn sinh học. Cùng với chất trợ lắng polymer, bùn sinh học sẽ được lắng xuống đáy Bể lắng – B05 và tách ra định kỳ sang Bể phân hủy bùn – B07. - Sau khi lắng cặn tại bể B05, nước thải đi qua bể khử trùng B06. Bể khử trùng B06 thiết kế bằng công nghệ khử trùng Clorine. Hóa chất clorine sẽ oxi hóa các chất ô nhiễm còn lại, đồng thời tiêu diệt các vi khuẩn, vi rút và các hệ sinh vật gây hại trong nước thải trước khi xả ra nguồn. - Sau cùng, nước sau xử lý được thải ra nguồn tiếp nhận và đạt quy chuẩn xả thải nước thải thủy sản QCVN 11:2008 loại B. CÔNG NGHỆ SWIM-BED 2.4.1. Giới thiệu Công nghệ Swim bed là công nghệ mới có liên quan tới vật liệu mới: sợi acryl mang sinh khối- hay còn gọi là sợi sinh học-BF (biofringe) đã làm tăng hiệu quả xử lý các chất hữu cơ trong nước thải. BF cho phép bám dính một lượng lớn sinh khối vào một sợi linh động trên một vị trí cố định. Bằng cách tiếp cận này, sự linh động của sợi được gây ra bởi dòng nước thải tạo ra một chuyển động “Swimming” để làm tăng sự vận chuyển chất dinh dưỡng đến sinh vật dính bám (màng sinh học). Vì vậy, công nghệ Swim-bed kết hợp những ưu điểm giữa giá thể cố định và giá thể tầng sôi, không phụ thuộc vào điều kiện thủy lực để tránh đóng cặn hoặc nổi lên của giá thể trung gian và không yêu cầu màng che hoặc vách ngăn để ngăn ngừa sự ra ngoài của giá thể. 2.4.2. Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động Swim-bed là bể phản ứng gồm 2 ngăn thông với nhau bởi một vách hướng dòng. Không khí được nạp vào sát đáy của một ngăn thông qua máy nén khí để trộn và cung cấp oxy cho nước thải đồng thời tạo dòng chảy lưu thông tuần hoàn trong bể phản ứng. Ngăn được nạp khí sẽ có dòng hướng lên được gọi là ngăn dòng hướng lên. Ngăn còn lại được gắn giá thể bio-fringe sẽ hình thành dòng chảy hướng xuống. Vật liệu bio-fringe được xoắn lại theo trục thẳng đứng trước khi được gắn vào bể. Những sợi ngang trên vật liệu có thể uốn cong linh hoạt trên sợi trục chính ở nhiều hướng khác nhau trong bể dưới tác dụng của dòng nước hình thành chuyển động bơi của sợi ngang. Chính điều này làm tăng cường hoạt động của sinh khối trên vật liệu. Vì vậy có thể khẳng định bể swim-bed là sự kết hợp những ưu điểm bể phản ứng giá thể cố định (fix-bed) và bể phản ứng tầng sôi (fluidized-bed). 2.4.3. Một số nghiên cứu trong và ngoài nước Joseph D.Rouse, 2004 đã nghiên cứu công nghệ Swim-bed sử dụng Bio-fringe làm giá thể bám dính. Hiệu quả xử lý chất hữu cơ cao với 80% COD được loại bỏ ở tải t