Luận văn Nghiên cứu nâng cao hiệu quả xử lý của các bể hiếu khí bằng cách điều chỉnh dinh dưỡng thích hợp cho vi khuẩn đối với hệ thống xử lý nước thải của nhà máy giấy Bãi Bằng

Yếm khí Tên vi sinh Clostridium thermocellum Clostridium omelianskii Ruminococcus flavefeciens Ruminococcus albus Bacteroides succinogenes Butyrivibrio fibrisolvens Phân giải lignin Trong gỗ, lignin chiếm khoảng 20 – 30%; đây là một thành phần tương đối khó phân hủy bằng phương pháp sinh học. Từ lâu, người ta đã nghiên cứu phân hủy lignin bằng con đường sinh học nhưng mãi tới cuối những năm 1970 mới thu được những tiến bộ đáng kể. Những hiểu biết cho đến nay thấy rằng sự phân hủy lignin nhanh nhất và phổ biến nhất trong tự nhiên là các loại nấm. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng Actinomices, Streptomyces có thể phân hủy lignin ở các loài gỗ. Các loại nấm phân hủy hầu hết các thành phần của gỗ, kể cả lignin được chia thành 3 nhóm: Nấm mục trắng (whitw-rot fungi), nấm mục nâu (brow-rot fungi) và nấm mục mềm (soft-rot fungi) trong đó nấm mục trắng (chủ yếu là Basidiomycetes và một số Ascomycetes) là nhóm phân hủy lignin hữu hiệu nhất [16]. Một đặc điểm của nước thải nhà máy giấy và bột giấy, đặc biệt là nước thải công đoạn nấu, rửa bột là pH rất kiềm (hoặc rất axit), nên mật độ vi sinh vật có trong nước thải là rất thấp. Để tăng mật độ vi sinh vật ban đầu, rút ngắn thời gian xử lý cần phải bổ sung thêm một lượng vi sinh vật có khả năng phân hủy các chất có trong nước thải. Việc nghiên cứu tìm ra tập đoàn vi sinh vật có khả năng thích nghi và phân hủy nhanh các chất ô nhiễm trong nước thải đóng vai trò quan trọng trong công nghệ xử lý bằng vi sinh. Cơ chế xử lý nước thải bằng vi sinh [16] Sinh trưởng lơ lửng (bùn hoạt tính) Vi sinh vật sinh sản và phát triển trong các bông cặn bùn hoạt tính ở trạng thái lơ lửng trong các bể xử lý sinh học. Các vi sinh vật này tạo thành bùn hoạt tính có vai trò phân huỷ các chất hữu cơ để xây dựng tế bào mới và tạo thành sản phẩm cuối cùng dạng khí. Chúng sinh trưởng ở trạng thái lơ lửng và xáo trộn cùng với nước, cuối cùng các chất dinh dưỡng cạn kiệt, các bông cặn lắng thành bùn. Bùn này được gọi là bùn hoạt tính. Bùn hoạt tính có dạng màu nâu, dễ lắng. Vi khuẩn trong bùn hoạt tính phần lớn là Pseudomonas, Achomobacter, Alcaligenes, Bacillus, Micrococus, Flavobacterium,...[19, 41] Hệ thống xử lý mới đưa vào hoạt động chưa có bùn hoạt tính, người ta phải tạo bùn hoạt tính. Khi đó cần chú ý tới một số yếu tố ảnh hưởng đến sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật có trong bùn hoạt tính như nhiệt độ, pH, các nguyên tố có tính độc làm kìm hãm sinh trưởng của vi sinh vật, hàm lượng chất dinh dưỡng... Sinh trưởng bám dính (hay màng sinh học) Trong quá trình xử lý sinh học, các vi sinh vật phân huỷ các chất hữu cơ phát triển thành màng dính bám hay gắn kết vào các vật liệu trơ như đá, xỉ, chất dẻo,... Màng cứ dày dần thêm và thực chất đây là sinh khối vi sinh vật dính bám hay cố định trên các chất mang. Màng này có khả năng oxi hoá chất hữu cơ có trong nước khi chảy qua hoặc tiếp xúc, ngoài ra màng này còn có khả năng hấp phụ các chất bẩn lơ lửng hoặc trứng giun sán,...[19, 47] Màng này được tạo thành từ hàng triệu đến hàng tỉ tế bào vi khuẩn, các vi sinh vật khác và cả động vật nguyên sinh. Màng chứa chủ yếu là vi khuẩn hiếu khí, tuy nhiên màng còn có các vi khuẩn tuỳ tiện và kỵ khí. Lớp ngoài cùng màng là lớp hiếu khí, trung gian là các vi khuẩn tuỳ tiện, lớp sâu trong màng là kỵ khí [1]. Nhu cầu dinh dưỡng vi sinh vật Chất dinh dưỡng đối vi sinh vật là bất kỳ chất nào được vi sinh vật hấp thụ từ môi trường xung quanh và được chúng sử dụng làm nguyên liệu để cung cấp cho các quá trình sinh tổng hợp tạo ra các thành phần của tế bào hoặc để cung cấp cho các quá trình trao đổi năng lượng. Như vậy, chất dinh dưỡng phải là những hợp chất có tham gia vào quá trình trao đổi chất nội bào [18, 46]. Nguồn thức ăn cacbon của vi sinh vật Tuỳ từng nhóm vi sinh vật mà nguồn cacbon được cung cấp dưới dạng cacbon vô cơ (CO2,..) hoặc cacbon hữu cơ và nguồn năng lượng là ánh sáng mặt trời hay nguồn năng lượng là sản phẩm của trao đổi chất (ATP). Trên thế giới hầu như không có hợp chất cacbon hữu cơ nào mà không bị vi sinh vật phân giải. Không ít những vi sinh vật có thể đồng hoá được cả các hợp chất cacbon rất bền vững như cao su, chất dẻo, dầu mỏ,... Đối với những chất hữu cơ không tan trong nước hoặc có khối lượng phân tử lớn, để hấp thụ được các chất này thì vi sinh vật phải tiết ra các enzym ngoại bào thuỷ phân để chuyển hoá chúng thành những hợp chất dễ hấp thụ (đường, axit amin,...). Người ta thường dùng đường làm nguồn thức ăn cacbon khi nuôi cấy phần lớn các vi sinh vật dị dưỡng. Để nuôi cấy các vi sinh vật khác nhau, người ta thường dùng các nồng độ đường không giống nhau. Đối với vi sinh vật dị dưỡng, nguồn thức ăn cacbon làm cả hai chức năng: nguồn dinh dưỡng và nguồn năng lượng [9, 16]. Nguồn thức ăn nitơ của vi sinh vật Nguồn nitơ dễ hấp thụ nhất đối với vi sinh vật là NH3 và NH4+. Muối amoni vô cơ rẻ hơn nhưng thường làm chua môi trường, làm ức chế sự phát triển của vi sinh vật. Thường dùng urê làm nguồn nitơ vì tạo môi trường trung tính. Đa số các vi sinh vật không có khả năng đồng hóa N2 trong không khí. Tuy nhiên có những vi sinh vật có thể chuyển hoá N2 thành NH3 nhờ hoạt động xúc tác của một hệ thống enzym có tên là nitrogenaza [46]. Đối với nguồn thức ăn nitơ hữu cơ, vi sinh vật có khả năng đồng hoá rất tốt. Các thức ăn này sẽ vừa làm nguồn cacbon vừa là nguồn cung cấp nitơ cho vi sinh vật. Nguồn thức ăn khoáng của vi sinh vật Nhu cầu của vi sinh vật đối với các nguyên tố khoáng là không giống nhau tuỳ thuộc vào từng loài, từng giai đoạn phát triển. Các nguyên tố khoáng chia làm 2 loại: Nguyên tố đa lượng: là các nguyên tố mà vi sinh vật sử dụng với lượng lớn. Đó là các nguyên tố: P, K, S, Mg, Na, Cl, Ca, Fe,... Nguyên tố vi lượng : là các nguyên tố mà vi sinh vật chỉ đòi hỏi một lượng rất nhỏ: B, Mo, Cu, Zn, Mn,... Hàm lượng các nguyên tố khoáng ở nguyên sinh chất của vi sinh vật khác nhau là khác nhau, tuỳ loài, tuỳ giai đoạn, tuỳ điều kiện nuôi cấy. Nhu cầu một số muối khoáng của vi sinh vật được nêu trong Bảng 1.8. Bảng 1.8. Nhu cầu cần thiết về muối khoáng đối với vi khuẩn, nấm và xạ khuẩn [3] Muối khoáng Nhu cầu cần thiết (mg/l) Vi khuẩn Nấm và xạ khuẩn K2HPO4 0.2 ¸ 0.5 1 ¸ 2 KH2PO4 0.2 ¸ 0.5 1 ¸ 2 MgSO4.7H2O 0.1 ¸ 0.2 0.2 ¸ 0.5 MnSO4.4H2O 0.005 ¸ 0.01 0.02 ¸ 0.1 FeSO4.7H2O 0.005 ¸ 0.01 0.005 ¸ 0.02 ZnSO4.7H2O 0.001 ¸ 0.005 0.02 ¸ 0.1 CoCl2 < 0.03 < 0.06 CaCl2 0.01 ¸ 0.03 0.02 ¸ 0.1 CaSO4.5H2O 0.001 ¸ 0.005 0.01 ¸ 0.05 Khi sử dụng môi trường thiên nhiên để nuôi cấy vi sinh vật như pepton, nước thịt, giá đậu,.... thì không cần bổ sung các nguyên tố khoáng. Nhưng nếu sử dụng môi trường tổng hợp (nguyên liệu là hoá chất) thì phải bổ sung các nguyên tố khoáng. Ảnh hưởng của các yếu tố vật lý và hóa học đến sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật trong nước Sự phát triển của vi sinh vật trong các thuỷ vực chịu ảnh hưởng của nhiều nhân tố vật lý và hoá học; những nhân tố này tác dụng cùng nhau và tương hỗ theo nhiều kiểu. Chúng ảnh hưởng đến độ lớn, thành phần loài của các quần thể, đến hình thái và sinh lý của vi sinh vật. Đó là các nhân tố: pH, nhiệt độ, độ đục, hàm lượng muối, các chất hữu cơ, các chất vô cơ, các khí hoà tan. Hàm lượng oxy hoà tan DO là hàm lượng oxy hoà tan trong nước để duy trì sự sống cho các vi sinh vật trong nước. Đây là điều kiện đầu tiên đảm bảo cho vi sinh vật hiếu khí có khả năng oxi hoá các chất bẩn hữu cơ. Do đó, trong quá trình xử lý phải đảm bảo cung cấp đủ lượng oxi mà chủ yếu dưới dạng hoà tan trong môi trường lỏng. Để đáp ứng được lượng oxi hoà tan trong bể hiếu khí người ta thường chọn giải pháp khuấy trộn cơ học hoặc sục khí. Khi nồng độ oxy hoà tan dưới 0,5mg/l thì quá trình xử lý nước thải bằng vi sinh vật hiếu khí hầu như ngưng trệ. Lượng oxy hoà tan tốt nhất trong khoảng 1,5¸4,0 mg/l [16, 19]. Khuấy trộn hoặc sục khí làm tăng sự tiếp xúc giữa bùn hoạt tính và các chất thải trong nước, làm cho khả năng làm sạch nước thải của vi sinh vật tăng lên. Nhiệt độ Nhiệt độ nước thải ảnh hưởng rất lớn tới chức năng hoạt động của vi sinh vật. Khi nhiệt độ tăng thì tốc độ oxy hoá của sinh vật tăng, nhưng độ hoà tan oxy trong nước giảm. Nhiệt độ đa số vi sinh vật có thể hoạt động được là từ 6¸400C. Khi nhiệt độ tăng hoặc giảm quá ngưỡng sẽ ảnh hưởng đến khả năng hoạt hoá của các enzym. Vì vậy, vi khuẩn sẽ ngừng hoạt động, cuối cùng dẫn đến tử vong, còn nhiệt độ quá thấp thì tốc độ làm sạch sẽ bị giảm, quá trình thích nghi của vi sinh vật với môi trường mới sẽ chậm lại [16, 19, 30]. Độ pH Đây là thông số ảnh hưởng rất lớn đến các quá trình sinh học xảy ra trong nước (quá trình trao đổi chất,43 quá trình sinh sản và phát triển của vi sinh vật, động thực vật trong nước). pH cũng ảnh hưởng đến các quá trình vật lý và các phản ứng hoá học xảy ra trong môi trường nước. Đối với đa số vi sinh vật, thường sinh trưởng và phát triển ở pH 6,0 ¸ 8,5. Khi pH nằm ngoài khoảng trên sẽ làm giảm hoạt lực của bùn hoạt tính, do đó làm giảm hiệu suất của quá trình xử lý [30]. Việc đo pH là rất cần thiết để điều khiển quá trình lý học, hoá học, sinh học. Thông số pH được xác định bằng máy đo pH. Thành phần các chất trong nước Thành phần nước thải có vai trò quyết định tới sự sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật. Mỗi loài sinh vật chỉ sinh trưởng và phát triển trong một dải nồng độ thức ăn nhất định, nếu lớn hơn dải nồng độ đó sẽ ảnh hưởng tới sự phát triển của chúng. Mỗi một loài sinh vật có thể sử dụng một số thức ăn nhất định, chúng sẽ đồng hoá những loại thức ăn dễ đồng hoá trước, thức ăn khó đồng hoá sau. Thành phần và chất lượng nước thải thể hiện qua các thông số sau: Nhu cầu oxy sinh hóa BOD BOD được định nghĩa là lượng oxy cần thiết mà các vi sinh vật đã sử dụng để oxy hoá cacbon hữu cơ thành CO2 và nitơ hữu cơ thành NO3- [37]. Phương trình tổng quát như sau: Chất hữu cơ + O2 vi khuẩn CO2+ H2O + tế bào mới + sản phẩm cố định Chất hữu cơ + O2 vi khuẩn NO3- + H2O + tế bào mới + sản phẩm cố định Chỉ số BOD chỉ ra lượng oxy mà vi khuẩn tiêu thụ trong phản ứng oxy hoá các chất hữu cơ trong nước ô nhiễm, chỉ số BOD càng cao chứng tỏ lượng chất hữu cơ có khả năng phân huỷ sinh học trong nước càng lớn. Trong thực tế, người ta không thể xác định lượng oxi cần thiết để phân huỷ hoàn toàn chất hữu cơ vì tốn quá nhiều thời gian mà người ta thường chỉ xác định lượng oxi cần thiết trong 5 ngày đầu ở nhiệt độ 200C, kí hiệu BOD5. Tại thời điểm này đã có 70 – 80% các chất hữu cơ bị oxy hoá [16, 19, 37]. Nhu cầu oxy hoá hoá học COD COD được định nghĩa là lượng oxy cần thiết cho quá trình oxy hoá hoá học các chất hữu cơ trong mẫu nước thải thành CO2 và H2O. Chỉ số COD biểu thị cả lượng các chất hữu cơ có thể và không thể bị oxy hoá bằng vi sinh vật, do đó, nó có giá trị cao hơn BOD. Phép phân tích COD có ưu điểm là cho kết quả nhanh nên đã khắc phục được nhược điểm của phép đo BOD [37, 39]. Đối với nhiều loại nước thải, giữa chỉ số COD và BOD có mối tương quan nhất định. Vì vậy, khi thiết lập được mối quan hệ tương quan này có thể sử dụng phép đo COD để vận hành và kiểm soát hoạt động của nhà máy xử lý nước thải. Hàm lượng nitơ Nitơ là nguyên tố rất cần thiết cho quá trình tổng hợp các chất hữu cơ chứa nitơ trong cơ thể vi sinh vật. Để tiến hành quá trình đồng hoá được các hợp chất chứa nitơ có trong môi trường nước, vi sinh vật phải tổng hợp được các enzym ngoại bào sẽ phân giải protein thành các amino axit và các thành phần khác [31]. Chính vì thế mà trong môi trường nước thường tồn tại các dạng nitơ sau: nitơ amin, nitơ amoniac, nitơ nitrit, nitơ nitrat, nitơ tự do. Xác định hàm lượng nitơ trong môi trường để ta có khái niệm về khả năng sử dụng phương pháp sinh học xử lý ô nhiễm nước và mức độ ô nhiễm nước. Khi thiếu nitơ lâu dài, ngoài việc cản trở quá trình sinh hoá, các chất hữu cơ còn tạo ra bùn hoạt tính khó lắng [18]. Trong kỹ thuật môi trường, người ta thường xác định nitơ bằng phương pháp Kjendahl, còn N – NH3, N – NO2- bằng phương pháp so màu. Hàm lượng photpho Trong môi trường nước, photpho tồn tại ở dạng: H2PO4-, HPO42-, PO43-, dạng polyphophat Na(PO3)6 và photpho hữu cơ. Photpho là nguyên tố rất quan trọng, có mặt trong thành phần của ATP, ADP, AMP, photpholipit... [19] Thông số photpho giúp ta đánh giá mức độ dinh dưỡng có trong nước. Thiếu photpho sẽ dẫn đến sự phát triển của vi khuẩn dạng sợi, làm bùn hoạt tính trương lên, khó lắng và bị cuốn ra khỏi hệ thống xử lý do đó làm giảm nồng độ của bùn hoạt tính trong bể xử lý. Để khắc phục điều này người ta đề xuất một tỷ lệ các chất dinh dưỡng cho xử lý nước thải bằng phương pháp hiếu khí như sau BOD : N : P = 100 : 5 : 1 (đối với 3 ngày đầu) còn đối với thời gian xử lý dài hơn thì tỷ lệ trên là 200 : 5 : 1 [7, 18]. Hàm lượng sunphat Sunphat sắt luôn có mặt trong nước bị ô nhiễm và trong nước thải. Lưu huỳnh có mặt trong một số aminoaxit cấu tạo nên protein (cystein và methionin). Lưu huỳnh sẽ được chuyển hoá theo phương trình sau trong điều kiện kị khí nhờ vi khuẩn: Chất hữu cơ + SO42- S2- + H2O + CO2 S2- + 2 H+ H2S Sự có mặt của lưu huỳnh dạng H2S trong nước làm cho nước có mùi thối. Hàm lượng các kim loại nặng Khi trong nước chứa các kim loại nặng như: chì (Pb), thuỷ ngân (Hg), Crom (Cr), Cadimi (Cd), Asen (As) thì ngoài việc gây hại cho con người, động thực vật sử dụng nguồn nước, các kim loại nặng này còn có ảnh hưởng nhiều đến hoạt động của các vi sinh vật trong nước. Các kim loại nặng ở hàm lượng nhất định nào đó có thể làm cho quá trình trao đổi chất của cơ thể vi sinh vật bị rối loạn do sự kìm hãm hoạt động của các enzym khi có mặt một số kim loại. Tuy nhiên đối với một vài kim loại nặng ở dạng vết thì lại có tác dụng tốt nhất định đối với sự phát triển sinh vật. Hiện trạng hệ thống xử lý nước thải của Công ty Giấy Bãi Bằng Công ty giấy Bãi Bằng - Tổng Công ty Giấy Việt Nam được xây dựng từ những năm 70 của thế kỷ trước, chính thức đi vào hoạt động từ năm 1982, đây là công trình viện trợ không hoàn lại của Chính phủ Thụy Điển với thiết kế chủ yếu để sản xuất bột giấy và giấy dùng cho nhu cầu trong nước. Nước thải phát sinh từ các công đoạn sản xuất với lưu lượng trung bình khoảng 26.000 m3/ngày đêm được thu gom bằng hệ thống cống rãnh ngầm, đưa về HTXLNT tập trung, sau đó được thải ra Sông Hồng. Trong những năm qua, Tổng công ty đã áp dụng nhiều các biện pháp để khép kín nguồn thải, giảm thiểu lượng nước thải và tải lượng các chất ô nhiễm môi trường. Tổng công ty đã đầu tư 6 tỷ đồng để hoàn thiện hệ thống thu gom nước thải: khép kín toàn bộ nước thải có chứa chất ô nhiễm vào cống ngầm để đưa về HTXLNT tập trung. Trong đầu tư giai đoạn I (năm 2003), Tổng công ty đã đầu tư 149 tỷ đồng để hoàn thiện HTXLNT, với công nghệ xử lý nước thải hiện đại, được sử dụng phổ biến cho ngành sản xuất bột giấy và giấy thế giới. thiết bị công nghệ được công ty PURAC Thụy Điển cung cấp. Nước thải được xử lý theo phương pháp: cơ, lý, hóa học kết hợp xử lý vi sinh bùn hoạt tính. Sơ đồ khối HTXLNT của Công ty Giấy Bãi Bằng được mô tả trên Hình 1.5. Hình 1.5. Sơ đồ hệ thống xử lý nước thải – Tổng Công ty Giấy Việt Nam Xử lý sơ cấp (bằng phương pháp cơ, lý, hoá học) Nước thải ô nhiễm của toàn bộ các phân xưởng sản xuất được thu gom bằng hệ thống cống ngầm và đưa về hệ thống xử lý nước thải tập chung. Nước thải chảy qua sàng chắn rác, tại đây các rác có kính thước lớn sẽ bị giữ lại và được loại bỏ. Nước thải chảy vào bộ phận phối trộn hoá chất (NaOH hoặc H2SO4 để đưa pH về trung tính và phèn nhôm làm tác nhân bông kết), sau đó chảy ra bể khuấy trộn và chảy sang bể lắng sơ cấp. Tại đây, các chất rắn lơ lửng được bông kết lại rồi lắng xuống đáy bể. Nước thải sau bể lắng sơ cấp chảy sang hệ thống xử lý sinh học; bùn lắng được bơm nhúng chìm bơm tới thiết bị tách nước và thải ra sân chứa. Bùn sơ cấp chủ yếu là xơ sợi được bán cho một số cơ sở sản xuất bìa Cactong. Xử lý sinh học Quá trình xử lý sinh học bằng phương pháp vi sinh bùn hoạt tính dựa trên nguyên tắc dùng các vi sinh vật hiếu khí để phân huỷ các chất bẩn (thường là chất hữu cơ) có trong nước thải và tạo thành sinh khối của chúng (bùn sinh học). Phần lớn lượng bùn sinh học này được quay vòng lại hệ thống làm tác nhân xử lý nước thải, chỉ còn một lượng bùn dư nhỏ được loại bỏ. Nước thải chảy từ bể lắng sơ cấp vào bể điều hòa để cân bằng lưu lượng, nồng độ trước khi đưa lên tháp làm mát. Từ bể điều hòa (bể cân bằng) nước thải được bơm lên tháp làm mát để điều chỉnh nhiệt độ (nhiệt độ yêu cầu từ 350C đến 370C). Nước sau khi làm mát được bơm sang bể lựa chọn, đây là nơi để lựa chọn các chủng vi sinh vật phù hợp với đặc tính nước thải cần xử lý. Tại đây sẽ cung cấp chất dinh dưỡng cho vi sinh vật và sục khí để cung cấp ôxy hoà tan, tạo điều kiện cho vi sinh vật hiếu khí phát triển. Sau đó nước thải được đưa sang bể sục khí, tại đây các vi sinh vật phân huỷ các chất bẩn và phát triển sinh khối của chúng. Từ bể phản ứng nước thải chảy sang bể dập khí để phá tan các bọt khí còn nằm trong các đám bùn sinh học làm tăng khả năng lắng của bùn. Cuối cùng nước thải được đưa sang bể lắng thứ cấp để lắng trong và chảy sang trạm bơm để bơm thải ra sông Hồng. Bùn lắng phần lớn được bơm quay lại bể lựa chọn, phần còn dư được bơm đến kho chứa bùn, sau đó được bơm đi tách nước bằng máy ép bùn và thải đi. Tuy nhiên, hiện nay HTXLNT của công ty còn tiếp nhận thêm các nguồn thải của một số nhà máy lân cận (như nhà máy sản xuất giấy vàng mã, nhà máy sản xuất giấy tái chế, nhà máy sản xuất giấy bao bì, nhà máy gia công vở). Chính vì vậy, nhiều nguồn thải với các đặc tính khác nhau, đã tác động làm ảnh hưởng không nhỏ đến sự ổn định và hiệu quả xử lý vi sinh của HTXLNT, khó khăn để thích ứng với sự thay đổi đột ngột nước thải đầu vào, gây nên hiện tượng vi sinh vật trong HTXLNT bị “sốc” và làm giảm khả năng hoạt động của chúng. Hiện tại, chỉ số thể tích bùn trong HTXLNT còn khá thấp, điều đó chứng tỏ tuổi của bùn hoạt tính trong hệ thống xử lý chưa đủ, đó cũng là nguyên nhân làm giảm khả năng phân hủy các chất hữu cơ hòa tan gây ô nhiễm. Xuất phát từ những cơ sở khoa học nêu trên, với mục đích nghiên cứu nâng cao tính ổn định và hiệu quả xử lý của các bể hiếu khí đối với HTXLNT của Công ty Giấy Bãi Bằng, tôi đã được lựa chọn để thực hiện luận văn này. Đề tài “Nâng cao hiệu quả xử lý của các bể hiếu khí bằng cách điều chỉnh dinh dưỡng thích hợp cho vi khuẩn đối với hệ thống xử lý nước thải của nhà máy Giấy Bãi Bằng” đã được thực hiện trong luận văn này. CHƯƠNG 2 THỰC NGHIỆM Đối tượng nghiên cứu Nước thải sử dụng trong quá trình nghiên cứu là nước thải lấy tại bể cân bằng sau bể xử lý keo tụ tạo bông (xử lý sơ cấp) của hệ thống xử lý nước thải của Công ty giấy Giấy Bãi Bằng – Thị trấn Phong Châu – Huyện Phù Ninh – Tỉnh Phú Thọ. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu Luận văn này tập trung vào “nghiên cứu nâng cao hiệu quả xử lý của các bể hiếu khí bằng cách điều chỉnh dinh dưỡng thích hợp cho vi khuẩn đối với hệ thống xử lý nước thải của nhà máy Giấy Bãi Bằng” sau khi đã qua xử lý hóa lý (keo tụ tạo bông, điều chỉnh pH, nhiệt độ) cụ thể là nghiên cứu các thống số dinh dưỡng để vận hành thích hợp hệ thống xử lý vi sinh thay thế dinh dưỡng N, P truyền thống, nhằm nâng cao hiệu quả xử lý và giảm chi phí hóa chất xử lý. Nội dung nghiên cứu trong luận văn tập trung vào khảo sát ảnh hưởng của các chất dinh dưỡng như hàm lượng amoni, photphat, hàm lượng các nguyên tố vi lượng, chỉ số thể tích bùn, đánh giá hiệu quả xử lý khác nhau khi bổ sung các nguyên tố vi lượng và không bổ sung các nguyên tố vi lượng. Ảnh hưởng các nguyên tố vi lượng tới hiệu quả xử lý COD trong quá trình xử lý nước thải giấy bằng phương pháp vi sinh hiếu khí cũng là một mục tiêu quan tâm của luận văn này. Đây cũng là cơ sở để nâng cao hiệu suất xử lý COD của hệ thống xử lý nước thải hiện tại. Những kết quả nghiên cứu là cơ sở để thiết kế, tính toán bổ sung hàm lượng các nguyên tố vi lượng vi lượng thay vì bổ sung chất dinh dưỡng (ure và axit photphoric) thông thường. Kỹ thuật xử lý nước thải giấy bằng phương pháp sinh học nói chung, sinh học hiếu khí nói riêng phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố, trong đó yếu tố quan trọng quyết định nhất chính là các vi sinh vật thực hiện nhiệm vụ phân giải, xử lý các thành phần ô nhiễm. Những thông tin chính xác về đặc tính sinh trưởng, phát triển của các vi sinh vật đặc biệt cần thiết. Một trong những mục tiêu của luận văn này là xác định nhu cầu của các chất vi lượng cần thiết đến sự phát triển của vi sinh vật tham gia vào quá trình xử lý nước thải giấy. Hóa chất, dụng cụ và thiết bị chính sử dụng cho nghiên cứu Hóa chất Bảng 2.1. Danh mục các hóa chất sử dụng trong nghiên cứu STT Hóa chất Mục đích sử dụng Ghi chú 1 Axit sunfuric, H2SO4 Xác định COD TKPT TKPT: Tinh khiết phân tích 2 Axit sunfủic, H2SO4 Điều chỉnh môi trường HCCN HCCN: Hóa chất công nghiệp 3 Xút, NaOH Pha dung dịch xecnhet, nessler để xác định NH4+ TKPT 4 Xút, NaOH Điều chỉnh môi trường HCCN 5 Bạc sunfat, Ag2SO4 Xác định COD TKPT 6 Kalidicromat,K2Cr2O7 Xác định COD TKPT 7 Thủy ngân (II) sunfat, HgSO4 Xác định COD TKPT 8 Kali natri tactrac, KNaC2H4O6.4H2O Pha dung dịch xecnhet xác định NH4+ TKPT 9 Kali iotdua, KI Pha dung dịch nessler xác định NH4+ TKPT 10 Thủy ngân (II) iotdua, HgI2 Pha dung dịch nessler xác định NH4+ TKPT 11 Ure, (NH2)2CO, 46% ure Bổ sung dinh dưỡng nitơ HCCN 12 Axit photphoric, H3PO4 Bổ sung dinh dưỡng photpho HCCN 13 Phân vi lượng (phân bón tổng hợp) N:P:K=20:20:20 Bổ sung dinh dưỡng vi lượng HCCN 14 Silicagen Sử dụng trong bình hút ẩm, đựng hóa chất và trong cân phân tích. HCCN 15 Chất phá bọt, Amidefoam AD – 5902 Phá bọt trong bể thí nghiệm Aeroten HCCN 16 Amonimolipdat, (NH4)6Mo7O24.4H2O Pha dung dịch vanadate molipdate xác định PO43- TKPT 17 Vanadate, NH4VO3 Pha dung dịch vanadate molipdate xác định PO43- TKPT 18 Axit clohydric, HCl Pha dung dịch vanadate molipdate xác định PO43- TKPT 19 Than hoạt tính, C Loại màu nước thải xác định PO43- TKPT Dụng cụ và thiết bị Bảng 2.2. Danh mục các thiết bị sử dụng trong nghiên cứu STT Tên thiết bị, dụng cụ Mục đích sử dụng 1 Cuvet thủy tinh Xác định COD 2 Cân kỹ thuật METTLER TOLEDO, PB – 602 – S và Setra systems, Inc. RS - 232 Xác định khối lượng 3 Cân phân tích HR – 200, max 210 g, d=0,1 mg Pha hóa chất sử dụng trong phân tích, xác định TSS và SVI 4 Cuvet thạch anh Xác định hàm lượng NH4+ và PO43- 5 ISUZU SF – 214S, MADE IN JAPAN. Sấy hóa chất, dụng cụ 6 Giấy lọc thường, giấy lọc băng xanh Xác định COD, SVI 7 pH INOLAB pH 720, made in Germany Xác định pH, nhiệt độ 8 Ống đong Lấy hóa chất, lấy mẫu 9 HANNA – HI 839800 – 02. Made in HUNGARY - Europe Xác định COD 10 UV-1601 UV-VISIBLE SPECTROPHOTOMETER Đo trắc quang xác định hàm lượng NH4+ và PO43- 11 Pipet Lấy mẫu, lấy hóa chất 12 Thiết bị khí nén Sục khí trong bể Aeroten 13 Aeroten reactor 50 lít và 1 m3 Nghiên cứu xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học 14 Bình định mức Xác định NH4+ và PO43- 15 Thiết bị hút chân không Xác định COD, NH4+ và PO43- 16 Phễu thủy tinh Xác định COD, NH4+ và PO43- 17 Bình hút ẩm Đựng hóa chất 18 Fume Hood RFS 120, Made in Japan Fume Hood ESCO Laboratory EFA–4UDRVW–8 Pha hóa chất 19 Máy cất nước 1 lần Gesellschaft für, labortechnik mbH D – 30938. Burgwedel Nước cất sử dụng trong các phép phân tích 20 Con khuấy từ Xác định PO43- 21 Máy khuấy từ Thermolyne cinarec®1, MADE IN U.S.A Xác định PO43- Bổ sung dinh dưỡng Nước thải từ quá trình sản xuất bột giấy nói chung và của công ty Giấy Bãi Bằng nói riêng thường chứa một lượng nhỏ nitơ và photpho, không đủ để các vi sinh vật sinh trưởng, phát triển và phân hủy các hợp chất hữu cơ. Để khắc phục hạn chế trên, ngoài nguồn cacbon có sẵn trong nước thải tồn tại dưới dạng các hợp chất hữu cơ, cần bổ sung thêm nitơ và photpho sao cho tỷ lệ BOD:N:P xấp xỉ 100:5:1, tỷ lệ này đôi khi được cho theo COD : N : P = 200 : 5 : 1. Ở đây nguồn nitơ và photpho được bổ sung theo hai cách: Cách thứ nhất: Bổ sung Nitơ và photpho dưới dạng đạm ure và axit photphoric (cách bổ sung dinh dưỡng thông thường đối với hệ thống xử lý nước thải bằng phương pháp vi sinh hiếu khí). Cách thứ hai: Bổ sung ure, axit photphoric và các nguyên tố vi lượng dưới dạng phân bón vi lượng do bộ môn Công Nghệ Hóa Học – Khoa Hóa Học – Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên – Đại Học Quốc Gia Hà Nội sản xuất. Thành phần của các chất dinh dưỡng và các nguyên tố vi lượng trong phân bón vi lượng là: N (20%), P (20%), K (20%), Fe (0,1%), Zn (0,05), Cu (0,05%), Mn (0,05%), Mg (0,05%), Bo (0,02%), Mo (0,0005%), Co (0,0005%), còn lại là các vitamin cần thiết, chất bám dính và chất kích thích. Cách tính toán lượng dinh dưỡng sử dụng trong luận văn có thể tham khảo ở phụ lục 2. Phương pháp nghiên cứu Nước thải sau khi đã quả xử lý hóa lý (keo tụ tạo bông) điều chỉnh pH, nhiệt độ vẫn có những thông số vượt xa so với các chỉ tiêu cho phép. Do đó nước thải cần phải tiếp tục được xử lý bằng phương pháp sinh học hiếu khí. Trong phương pháp này, nước thải sau khi đã qua tiền xử lý đã đạt đượ