Nghiên cứu ứng dụng công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt bằng phương pháp giá thể sinh học di động (mbbr)

bằng phương pháp giá thể sinh học di động (MBBR) giảm thì những vi sinh vật tùy tiện chiếm ưu thế hơn những vi sinh vật khác . Trong những lớp này, quá trình Nitrat hoát xảy ra khi Nitrat trở thành chất nhận điện tử đối với vi sinh vật tùy tiện. Vì vậy, những vi sinh vật ở lớp màng biofilm hay dính bám trên bề mặt giá thể sẽ bị ảnh hưởng bởi sự khuyếch tán oxy và cơ chất giảm dần qua lớp màng. Khi những vi sinh vật dính bám trên lớp màng biofilm ban đầu yếu thì hoạt động xáo trộn những giá thể đó sẽ bị rửa trôi lớp màng biofilm ra khỏi giá thể. Hình 2.11. Nồng độ của chất nền theo chiều sâu lớp màng 2.4.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình xử lý bằng công nghệ MBBR 2.4.4.1. Giá thể Diện tích thực tế của giá thể lớn, do đó nồng độ biofilm cao trong bể xử lý đến dẫn thể tích bể nhỏ. Theo các báo cáo cho thấy, nồng độ biofilm dao động từ 3000 – 4000 gTSS/m3, tương tự với những giá trị có được trong quá trình bùn hoạt tính với tuổi bùn cao. Điều này được suy ra rằng, vì tải trọng thể tích trong MBBR cao hơn gấp vài lần trong quá trình xử lý bằng bùn hoạt tính nên sinh khối sinh ra trong bể MBBR cao hơn nhiều. Mật độ của các giá thể trong bể MBBR nhỏ hơn 70% so với thể tích nước trong bể, với 67% là giá trị đặc trưng [10]. Tuy nhiên mật độ của giá thể được yêu cầu dựa trên đặc tính của nước thải và mục tiêu xử lý cụ thể. Giá trị thấp hơn 67% thường được sử dụng. Sự gia tăng nồng độ chất nền, mg/l Nông độ chất nền (lớp bùn hoạt tính dính bám trên giá thể) Luận văn Thạc Sĩ 30 Phạm Lê Hoàng Duy Nghiên cứu ứng dụng công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt bằng phương pháp giá thể sinh học di động (MBBR) 2.4.4.2. Độ xáo trộn Yếu tố khác có ảnh hưởng đến hiệu suất là dòng chảy và điều kiện xáo trộn trong bể xử lý. Độ xáo trộn thích hợp là điều kiện lý tưởng đối với hiệu suất của hệ thống. Lớp màng biofilm hình thành trên giá thể rất mỏng, phân tán và vận chuyển cơ chất và oxy đến bề mặt biofilm. Vì vậy, lớp màng biofilm dày và mịn không được mong đợi đối với hệ thống. Độ xáo trộn thích hợp có tác dụng loại bỏ những sinh khối dư và duy trì độ dày thích hợp cho biofilm. Độ dày của biofilm nhỏ hơn 100 micromet đối với việc xử lý cơ chất luôn được ưu tiên. Độ xáo trộn thích hợp cũng duy trì vận tốc dòng chảy cần thiết cho hiệu suất quá trình. Độ xáo trộn cao sẽ tách sinh khối ra khỏi giá mang và chính vì vậy sẽ làm giảm hiệu suất của quá trình xử lý. Thêm vào đó, sự va chạm và sự ma sát của giá thể trong bể phản ứng làm cho biofilm tách rời khỏi bề mặt phía ngoài của giá thể Kaldnes (giá mang được sử dụng thực nghiệm). Vì điều này, giá mang MBBR được cung cấp với các rìa bên ngoài để bảo vệ sự hao hụt của biofilm và đẩy mạnh sự phát triển của biofilm.Diện tích bề mặt của các rìa bên ngoài không được tính vào diện tích thực tế của biofilm. Diện tích trung bình hiệu quả của giá mang MBBR được báo cáo là khoảng 70% tổng diện tích bề mặt để màng biofilm dính bám vào giá thể ở phía bên ngoài ít hơn của giá mang. Có thể nhận thấy điều này qua hình 2.18. Theo nghiên cứu của S. Winogradsly (1980), sau khi quan sát dưới kính hiển vi lớp màng lọc trong bể lọc sinh học nhỏ giọt, đã tìm thấy rất nhiều vi khuẩn Zoogleal, các vi khuẩn hình que, vi khuẩn hình sợi, nấm sợi, protozoa và một số động vật bậc cao. Một trong những nghiên cứu nhằm ước lượng các loại khuẩn trong hệ thống lọc sinh học nhỏ giọt được tiến hành bởi M. Hotchkiss năm 1923. Kết quả là đã tìm thấy nhiều loại vi khuẩn khác nhau ở độ sâu khác nhau trong bể lọc. Các nhóm vi khuẩn bao gồm: vi khuẩn khử nitrate, sulfate tạo thành từ protein, phân hủy anbumin, khử sulfate, oxy hóa sulfite được tạo thành từ các protein nhiều nhất ở độ sâu 0,3m và giảm dần qua lớp lọc; vi khuẩn khử sulfate hiện diện nhiều ở bề mặt và Luận văn Thạc Sĩ 31 Phạm Lê Hoàng Duy Nghiên cứu ứng dụng công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt bằng phương pháp giá thể sinh học di động (MBBR) vi khuẩn oxy hóa sulfua có nhiều nhất ở độ sâu 1,6m; các dạng vi khuẩn nitrit gia tăng theo độ sâu và có số lượng lớn hơn các dạng vi khuẩn nitrate. Hình 2.12. Lớp biofilm dính bám trên bề mặt giá thể. 2.4.4.3. Tải trọng thể tích Vì sự không thể xác định chính xác diện tích thực được bao bọc bởi biofilm trên bề mặt của giá mang, người ta đưa ra hiệu suất quá trình theo thể tích bể phản ứng thay vì diện tích bề mặt giá thể. Tuy nhiên, việc đánh giá thể tích bể phản ứng có thể là hệ thống được so sánh với những hệ thống khác mà sử dụng toàn bộ thể tích bể phản ứng để xử lý. Nếu chỉ xử lý thứ cấp, hiệu quả tải tương đương 4-5 kgBOD7 /m3.ngày đến 12- 15 kgBOD7 /m3.ngày ở mức 67% giá mang được lấp đầy (cung cấp 335 m2 diện tích bề mặt giá thể trên m3 thể tích bể phản ứng). Những giá trị BOD7 không có trong tiêu chuẩn của Hoa Kỳ. Tuy nhiên, chúng phù hợp với Phương pháp tiêu chuẩn của Nauy và những ứng dụng của chúng đối với việc thiết kế bể phản ứng ở Mỹ phải được thực hiện một cách thận trọng. Rusten đã báo cáo rẳng 60g BOD5/ngày tương đương với 70 g BOD5/ngày, mặc dù nó không được cụ thể hóa xem thử giá trị BOD nào là giá trị tổng hoặc là giá trị hòa tan được. Mặc dù vậy, sự quy đổi này sẽ được sử dụng để đổi các giá trị tải thành giá trị BOD5 cơ bản. Môi trường lớp gai bên ngoài Môi trường lớp biofilm bên trong Luận văn Thạc Sĩ 32 Phạm Lê Hoàng Duy Nghiên cứu ứng dụng công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt bằng phương pháp giá thể sinh học di động (MBBR) 2.4.5 Các ứng dụng khác nhau của hệ thống xử lý bằng phương pháp MBBR 2.5. Những thuận lợi và hạn chế 2.5.1. Thuận lợi – Giảm chi phí hoạt động, tự động, dễ vận hành và bảo trì. – Phù hợp vớihệ thống quy mô nhỏ có thể đượcsản xuất hàng loạt với một phạm vi khác nhau của lưu lượng dòng chảy. – Tiết kiệm một lượng đáng kể lao động và tiền bạc để điều tra, thiết kế, xây dựng, lắp đặt. – Mật độ vi sinh vật xử lý trên một đơn vị thể tích cao: Mật độ vi sinh vật xử lý trên một đơn vị thể tích cao hơn so với hệ thống xử lý bằng phương pháp bùn hoạt tính lơ lửng, vì vậy tải trọng hữu cơ của bể MBBR cao hơn. – Ổn định theo biến tải. Luận văn Thạc Sĩ 33 Phạm Lê Hoàng Duy Nghiên cứu ứng dụng công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt bằng phương pháp giá thể sinh học di động (MBBR) – Chủng loại vi sinh vật xử lý đặc trưng: lớp màng biofilm phát triển tùy thuộc vào loại chất hữu cơ và tải trọng hữu cơ trong bể xử lý. – Phát sinh bùn ít. – Hiệu quả xử lý cao. 2.5.2. Hạn chế Còn khá mới mẻ tại Việt Nam, đòi hỏi người vận hành phải có kinh nghiệm. 2.6. Tình hình nghiên cứu công nghệ ngoài nước và trong nước 2.6.1. Nghiên cứu ngoài nước Công nghệ sử dụng bể giá thể di động MBBR (Moving Bed Biofilm Reactor) trên thế giới áp dụng khá phổ biến. Một số công trình điển hình tiêu biểu trên thế giới mà tác giả đã tham khảo phục vụ cho đề tài luận văn như sau:  Đề tài “Ứng dụng loại hình mới của màng giá thể di động trong phản ứng sinh học hiếu khí (Bể hiếu khí – SBR)” [5], Suntud Sirianuntapiboon*, Suriyakit Yommee, Khoa Kỹ thuật Môi trường, Trường Năng lượng và Vật liệu, Đại học Kỹ thuật Thonburi, Bangkok, Thái Lan, tháng 11 năm 2004. Đề tài chủ yếu nghiên cứu về giá thể di động trong bể SBR với mật độ vật liệu di động là 1.925±0.21 g/cm3, hiệu quả loại bỏ BOD5, TKN cao hơn 10 – 12% so với SBR. Ngoài ra, hiệu quả loại bỏ BOD5 và COD của-MB SBR-aerobic cao hơn 95% ngay cả khi hệ thống được vận hành với nước thải tổng hợp có chứa 800 mg /l BOD5 với HRT rất thấp là 1,5 ngày.  Đề tài “Quá trình động học loại trừ nitrogen và carbon hữu cơ ra khỏi nước thải bằng công nghệ MBBR”, Yen – Hui Lin, Khoa Kỹ thuật Môi trường, An toàn và Sức khỏe, trường Đại học Khoa học và Công nghệ Đài Loan, tháng 01 năm 2005. Đề tài đã nghiên cứu trong điều kiện hệ thống hoạt động bình thường, ổn định, quá trình loại bỏ NH4+ –N, NO3 –N và COD tương ứng 75%, 92% và 70%.  Đề tài “Đánh giá hiện tượng ô nhiễm sinh học trong những hệ thống màng sinh học lơ lửng và bám dính”, K. Sombatsompopa, C. Visvanathan*a, R. Ben Aimb, Chương trình Quản lý và Công nghệ Môi trường, Viện Kỹ thuật Châu Á, tháng 12 năm 2005. Luận văn Thạc Sĩ 34 Phạm Lê Hoàng Duy Nghiên cứu ứng dụng công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt bằng phương pháp giá thể sinh học di động (MBBR) 2.6.2. Nghiên cứu trong nước Công nghệ xử lý kết hợp giữa quá trình tăng trưởng lơ lửng và dính bám được nghiên cứu chủ yếu ở Việt Nam bằng các vật liệu sơ dừa, chỉ cước khá nhiều. Tuy nhiên, công nghệ sử dụng bể giá thể di động MBBR (Moving Bed Biofilm Reactor) vẫn còn khá mới mẻ. Hiện tại, có Công ty Giày Ngọc Hà, Gia Lâm – Hà Nội ứng dụng công nghệ MBBR để xử lý nước thải sinh hoạt 80 m3/ngày.đêm do Công ty MelViet là nhà thiết kế xây dựng vào năm 2009. Luận văn Thạc Sĩ 35 Phạm Lê Hoàng Duy Nghiên cứu ứng dụng công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt bằng phương pháp giá thể sinh học di động (MBBR) CHƯƠNG 3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3.1. Đối tượng nghiên cứu 3.1.1. Nước thải Nước thải được lấy từ bể thu gom của hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt (Nước đen sau khi qua bể tự hoại từ chung cư Nguyễn Kim) với thành phần, tích chất nước thải được trình bày ở bảng 3.1. Bảng 3.1. Tính chất nước thải sinh hoạt nghiên cứu STT Chỉ tiêu Đơn vị tính Giá trị QCVN 14:2008/BTNMT, cột B Số lần vượt 1 pH 7 – 8 5,5 – 9 2 COD mg/l 350 – 450 - 3 BOD5 mg/l 100 – 150 50 2 – 3 4 TSS mg/l 100 – 200 100 1 – 2 5 N-NH4+ mg/l 60 – 70 10 6 – 7 6 TKN mg/l 65 – 75 - 7 N-NO3- mg/l 0,06 – 0,12 50 8 P-PO43- mg/l 11 – 13 10 9 Nhiệt độ 0C 25 – 30 Nghiên cứu đánh giá hiệu quả, hiệu quả xử lý chất hữu cơ (TSS, COD, BOD5 ) và dinh dưỡng (P-PO43-, N-NH3, N-NO2,N-NO3, TKN) trong nước thải sinh hoạt bằng phương pháp MBBR thiếu khí nối tiếp MBBR hiếu khí với các thời gian lưu nước khác nhau 10h, 7h và 4h tương ứng với khoảng tải trọng chất hữu cơ lần lượt 1 kgCOD/ m3.ngày, 1.5 kg COD/m3.ngày; 2 kg COD/m3.ngày. Đặc điểm của lớp màng biofilm dính bám trên giá thể: MLSS, MLVSS, tỉ lệ MLSS/MLVSS, màu sắc và hình dạng của màng Luận văn Thạc Sĩ 36 Phạm Lê Hoàng Duy Nghiên cứu ứng dụng công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt bằng phương pháp giá thể sinh học di động (MBBR) 3.1.2. Giá thể di động Hình 3.1. Giá thể di động kiểu K3 Bảng 3.2. Thông số đặc trưng của giá thể sử dụng trong đề tài Loại giá thể Chất liệu Kích thước (DxL) Diện tích hữu dụng, m2/m3 Khối lượng riêng, kg/m3 K3 Polyetylen 25mm x 10mm 350 0,19  Tổng diện tích bề mặt là 800 m2/m3, trong đó diện tích bề mặt tạo màng là 500 m2/m3.  Nơi sản xuất: Việt Nam.  Mật độ giá thể K3 trong bể thiếu khí và hiếu khí chiếm 40% thể tích bể.  Nguyên nhân chọn giá thể K3 vì:  Khối lượng riêng vừa phải  Chất liệu polyetylen => tuổi thọ cao, 15 – 20 năm tùy vào quá trình vận hành và đặc tính nước thải.  Diện tích hữu dụng cao  Tuổi thọ cao: khoảng 20 năm.  Kích thước nhỏ => khó làm MLSS.  Kích thước to => ko phù hợp với mô hình.  Thương mại hóa. Luận văn Thạc Sĩ 37 Phạm Lê Hoàng Duy Nghiên cứu ứng dụng công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt bằng phương pháp giá thể sinh học di động (MBBR) 3.2. Mô hình nghiên cứu 3.2.1. Thiết kế mô hình Mô hình áp dụng công nghệ sinh học kết hợp công nghệ sinh học thiếu khí và hiếu khí.Sau đây là sơ đồ dây chuyền công nghệ của mô hình nghiên cứu. Hình 3.2.Sơ đồ dây chuyền công nghệ của mô hình nghiên cứu  Nguyên lý hoạt động Nước thải sau khi lấy tại lô S chung cư Nguyễn Kim được, nước thải được cho vào can nhựa 30 lít rồi vận chuyển về kho chứa mẫu có nhiệt độ lưu trữ là 16oC. Sau đó nước thải được châm liên tục mỗi ngày vào bể chứa, điều chỉnh lưu lượng bơm để cố định tải trọng.Bơm sẽ bơm từ thùng chứa lên bể thiếu khí, tại đây có môtơ cánh khuấy quay với vận tốc 30 vòng/phút nhằm duy trì DO khoảng 0.5 mg/l và tạo điều kiện cho giá thể chuyển động. Nước thải tiếp tục được dẫn vào bể hiếu khí qua lỗ tràn và khe dẫn xuống dưới đáy bể hiếu khí, tại đây có hệ thống phần phối khí được cấp khí nhờ máy thổi khí, lưu lượng khia được điều tiết nhơ van điều chỉnh lưu lượng khí. Một phần nước đầu ra sau bể hiếu khí được tuần hoàn về bể thiếu khí với lưu lượng bằng lưu lượng của dòng vào, phần nước còn lại được dẫn vào bể lắng, phần nước trong phía trên bể lắng được dẫn vào bể chứa, phần bùn bể Giá thể di Luận văn Thạc Sĩ 38 Phạm Lê Hoàng Duy Nghiên cứu ứng dụng công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt bằng phương pháp giá thể sinh học di động (MBBR) lắng được tuần hoàn về bể thiếu khí với lưu lượng cũng bằng với lưu lượng của dòng vào, bể lắng có van xả đáy để xả bùn dư. Hình 3.3. Sơ đồ bố trí mô hình Ghi chú: 1. Bể chứa nước thải đầu vào 2. Bể thiếu khí 3. Bể hiếu khí 4. Bể lắng 5. Bể chứa nước thải sau xử lý 6. Bơm nước thải đầu vào 7. Bơm tuần hoàn nước thải từ bể hiếu khí về bể thiếu khí. 8. Bơm tuần hoàn bùn. 9. Mô tơ khuấy trộn. 10. Máy thổi khí. 11. Van xả bùn. 12. Van điều tiết khí 12 Luận văn Thạc Sĩ 39 Phạm Lê Hoàng Duy Nghiên cứu ứng dụng công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt bằng phương pháp giá thể sinh học di động (MBBR) Hình 3.4. Mô hình thực tế 3.2.2. Kích thước của các bể Hình 3.5. Kích thước bể lắng, bể thiếu khí và bể hiếu khí Luận văn Thạc Sĩ 40 Phạm Lê Hoàng Duy Nghiên cứu ứng dụng công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt bằng phương pháp giá thể sinh học di động (MBBR) 3.2.3. Thông số kỹ thuật của các thiết bị trong mô hình  Bơm đầu vào và bơm bùn hiệu CHEM-FEED model C-6125P. Qmax = 30 L/h ; công suất : 45 W; áp lực: 2.1 kg/cm2.  Bơm tuần hoàn nước thải từ bể hiếu khí về thiếu khí hiệu CHEM-FEED model C-645P. Qmax = 11.5 L/h; Công suất 45 W; Áp lực: 5.6 kg/cm2. Hình 3.6. Bơm tuần hoàn  Mô tơ khuấy tại bể thiếu khí hiệu OM ORIENT MOTOR model PSH425- 401P. Số vòng quay: 50Hz: 90~1400 r/min; công suất: 25W  Máy thổi khí bể hiếu khí hiệu RESUN model ACO-001. Lưu lượng khí: 0.038 m3/phút, công suất: 18W, áp lực: 0.02Mpa Hình 3.7.Mô tơ khuấy Hình 3.8. Máy thổi khí RESUN Luận văn Thạc Sĩ 41 Phạm Lê Hoàng Duy Nghiên cứu ứng dụng công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt bằng phương pháp giá thể sinh học di động (MBBR) 3.2.4. Thông số kiểm soát a. Kiểm soát lưu lượng Lưu lượng nước thải vào và ra mô hình được kiểm tra mỗi ngày nhằm đảm bảo đủ lượng nước cho mô hình .Việc điều chỉnh lưu lượng đến giá trị mong muốn được thực hiện bằng cách điều chỉnh lưu lượng trên bơm. Đồng thời luôn đảm bảo dòng tuần hoàn sao cho tỉ lệ lưu lượng đầu vào, lưu lượng tuần hoàn bùn, lưu lượng tuần hoàn nước từ bể hiếu khí về thiếu khí là 1:1:1. b. Kiểm soát các yếu tố khác Bảng 3.3. Các thông số kiểm soát Thông số kiểm soát Giá trị kiếm soát DO 0.1 – 0.5 mg/l pH 6.5 – 8 Tỉ số F/M 0.2 – 0.6 ngày-1 MLVSS tại bể thiếu khí 3000 mg/l MLVSS tại bể hiếu khí 2000 mg/l MLSS tại bể lắng 5000 – 6000 mg/l 3.3. Trình tự thực hiện Trình tự thực hiện thí nghiệm trình bày trong sơ đồ dưới đây Luận văn Thạc Sĩ 42 Phạm Lê Hoàng Duy Nghiên cứu ứng dụng công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt bằng phương pháp giá thể sinh học di động (MBBR) Hình 3.9. Các nội dung nghiên cứu thực hiện 3.3.1. Giai đoạn 1 Ở giai đoạn 1 của thí nghiệm, sẽ tiến hành tạo màng biofilm cho giá thể. Sau khi chạy giai đoạn thích nghi sẽ tiến hành chạy ở 3 tải trong COD khác nhau lần lượt là 1 kg COD/m3.ngày, 1.5 kg COD/m3.ngày, 2 kg COD/m3.ngày với thời gian lưu nước thải tương ứng là 10h, 7h và 4h. Điểm đáng lưu ý ở giai đoạn 1 là tuần hoàn nước thải từ bể hiếu khí và bể lắng với tỷ lệ bằng lượng nước thải đầu vào, tương ứng với 1:1:1. 3.3.1.1. Thí nghiệm thích nghi  Tạo màng biofilm cho giá thể động  Bước 1: Thể tích của từng bể thiếu khí và hiếu khí là 20 lít, đong 8 lít giá thể di động K3 cho vào bể. Chuẩn bùn hoạt tính để cho vào bể thiếu khí, hiếu khí và bể lắng sao cho MLVSS tại mỗi bể lần lượt là 3000 mg/l, 2000 mg/l, 5000mg/l NỘI DUNG NGHIÊN CỨU Thí nghiệm thích nghi Giai đoạn 1 (1:1:1) Giai đoạn 2 (1:3:1) Thí nghiệm 1 Thí nghiệm 2 Thí nghiệm 3 Thí nghiệm 4 Thí nghiệm 5 Thí nghiệm 6 HRT:18h OLR:0.3 kg COD/m3.ngày Q=1l/h HRT:10h OLR:1 kg COD/m3.n gày Q=1l/h HRT:10h OLR:1 kg COD/m3.n gày Q=1l/h HRT:7h OLR:1.5 kg COD/m3.n gày Q=2,9l/h HRT:7h OLR:1.5 kg COD/m3.n gày Q=2,9l/h HRT:4h OLR:2 kg COD/m3.n gày Q=5l/h HRT:4h OLR:2 kg COD/m3.n gày Q=5l/h Thí nghiệm 7 HRT:4h OLR:2 kg COD/m3.n gày Q=5l/h, không giá thể Luận văn Thạc Sĩ 43 Phạm Lê Hoàng Duy Nghiên cứu ứng dụng công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt bằng phương pháp giá thể sinh học di động (MBBR)  Bước 2: Giá thể được cho vào bể thiếu khí và hiếu khí, DO duy trì tại bể thiếu khí khoảng 0.5 mg/l, tại bể hiếu khí khoảng 2.5 mg/l. Ta nuôi màng thích nghi bằng nước thải nhân tạo có tỉ lệ COD:N:P tương ứng là 100:5:1.  Bước 3: Khi màng có lớp màng mỏng, ta thực hiện rút hết bùn trong bể lắng để tạo điều kiện cho vi sinh vật bám dính trên giá thể phát triển.  Thành phần nước thải nhân tạo Bảng 3.4. Thành phần nước thải nhân tạo Thành phần Tải trọng 0.3 kgCOD/m3.ngày Nông độ (mg/l) Glucose 221.4 NaHCO3 90 NH4Cl 42.3 K2HPO4 17.8 CaCl2.2H2O 10 MgSO4.7H2O 4 FeCl3 1.2 Vi lượng (1ml/l) bao gồm H3BO3 0.15 g/l; CoCl2.6H2O 0.15 g/l; CuSO4.5H2O 0.03 g/l; FeCl3.6H2O 1.5 g/l; MnCl2.2H2O 0.12 g/l; N2Mo4O24. 2H2O 0.06g/l; ZnSO4.7H2O 0.12 g/l; KI 0.03 g/l. (Sử dụng nước thải nhân tạo có các thành phần được lấy theo môi trường nuôi cấy của Thanh và cộng sự (2008)) Với các thành phần trên, nồng độ COD của nước thải nhân tạo là 200 mg/l; nồng độ N-NH3 là 8.67 mg/l; nông độ Phospho tổng là 4.33 mg/l. Tỉ lệ COD:N:P tương ứng 100:5:1. Bùn nuôi cấy được sử dụng cho bể sinh học là bùn được lấy từ khu công nghiệp Vĩnh Lộc, huyện Bình Chánh, thành phố Hồ Chí Minh có nồng độ MLVSS 3000 mg/l. Luận văn Thạc Sĩ 44 Phạm Lê Hoàng Duy Nghiên cứu ứng dụng công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt bằng phương pháp giá thể sinh học di động (MBBR) Các chỉ tiêu theo dõi: pH, DO, COD. Chế độ vận hành của thí nghiệm thích nghi được liệt kê chi tiết ở bảng sau. Bảng 3.5. Thông số vận hành thí nghiệm thích nghi Thông số Chỉ số Đơn vị Thời gian thích nghi 27 ngày (20/09-25/10) Ngày/tháng Tải trọng 0.3 kgCOD/m 3.ngày Lưu lượng vào 1 l/h Lưu lượng tuần hoàn bùn 1 l/h Lưu lượng tuần hoàn nước từ bể hiếu khí về bể thiếu khí 1 l/h 3.3.1.2. Thí nghiệm 1 Sau khi hiểu quả xử lý COD ở thí nghiệm thích nghi ổn định, hình thành lớp màng mỏng bám dính trên giá thể, ta bắt đầu tiến hành thí nghiệm 1 ứng với tải trọng 1 kgCOD/m3.ngày. Các chỉ tiêu theo dõi: pH, DO, TSS, COD, BOD5, POସଷି, N-NH3, N-NO2,N-NO3, TKN. Bảng 3.6. Thông số vận hành thí nghiệm 1 Thông số Chỉ số Đơn vị Thời gian 34 ngày (27/10-30/11) Ngày/tháng Tải trọng 1 kgCOD/m 3.ngày Lưu lượng vào 2 l/h Lưu lượng tuần hoàn bùn 2 l/h Lưu lượng tuần hoàn nước từ bể hiếu khí về bể thiếu khí 2 l/h 3.3.1.3. Thí nghiệm 2 Sau khi hiểu quả xử lý COD ở thí nghiệm 1 ổn định, ta bắt đầu tiến hành thí nghiệm 2 ứng với tải trọng 1.5 kgCOD/m3.ngày, ta tiến hành tăng tải trọng bằng Luận văn Thạc Sĩ 45 Phạm Lê Hoàng Duy Nghiên cứu ứng dụng công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt bằng phương pháp giá thể sinh học di động (MBBR) cách giảm thời gian lưu tại bể thiếu khí còn 7h. Các chỉ tiêu theo dõi: pH, DO, TSS, COD, BOD5, PO43-, N-NH3, N-NO2,N-NO3, TKN. Chế độ vận hành của thí nghiệm 2 được liệt kê chi tiết ở bảng sau: Bảng 3.7. Thông số vận hành thí nghiệm 2 Thông số Chỉ số Đơn vị Thời gian 25 ngày (01/12/2010- 26/12/2010) Ngày/tháng Tải trọng 1.5 kgCOD/m 3.ngày Lưu lượng vào 2.9 l/h Lưu lượng tuần hoàn bùn 2.9 l/h Lưu lượng tuần hoàn nước từ bể hiếu khí về bể thiếu khí 2.9 l/h 3.3.1.4. Thí nghiệm 3 Sau khi hiểu quả xử lý COD ở thí nghiệm 2 ổn định, ta bắt đầu tiến hành thí nghiệm 3 ứng với tải trọng 2 kgCOD/m3.ngày, ta tiến hành tăng tải trọng bằng cách giảm thời gian lưu tại bể thiếu khí còn 4h. Các chỉ tiêu theo dõi: pH, DO, TSS, COD, BOD5, P-PO43-, N-NH3, N-NO2,N-NO3, TKN. Chế độ vận hành của thí nghiệm 3 được liệt kê chi tiết ở bảng sau: Bảng 3.8. Thông số vận hành thí nghiệm 3 Thông số Chỉ số Đơn vị Thời gian 25 ngày (28/12/2010 – 21/01/2011) Ngày/tháng Tải trọng 2 kgCOD/m 3.ngày Lưu lượng vào 5 l/h Lưu lượng tuần hoàn bùn 5 l/h Lưu lượng tuần hoàn nước từ bể hiếu khí về bể thiếu khí 5 l/h Luận văn Thạc Sĩ 46 Phạm Lê Hoàng Duy Nghiên cứu ứng dụng công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt bằng phương pháp giá thể sinh học di động (MBBR) 3.3.2. Giai đoạn 2 Ở giai đoạn 2 của thí nghiệm, cũng tiến hành chạy ở 3 tải trong COD khác nhau lần lượt là 1 kg COD/m3.ngày, 1.5 kg COD/m3.ngày, 2 kg COD/m3.ngày với thời gian lưu nước thải tương ứng là 10h, 7h và 4h. Điểm khác biệt của giai đoạn 2 so với giai đoạn 1 là tuần hoàn nước thải từ bể hiếu khí về bể thiếu khí bằng 3 lần lưu lượng đầu vào, tỷ lệ tương ứng là 1:3:1. Mục đích của quá trình tăng tuần hoàn nước thải từ bể hiếu khí về bể thiếu khí là nhằm nâng cao hiệu suất khử nitrat sau khi trải qua quá trình nitrat hoá tại bể hiếu khí. 3.3.2.1. Thí nghiệm 4 Ta bắt đầu tiến hành thí nghiệm 4 ứng với tải trọng 1 kgCOD/m3.ngày. Thời gian lưu nước thải tại bể thiếu khí là 10h. Các chỉ tiêu theo dõi: pH, DO, TSS, COD, BOD5, POସଷି, N-NH3, N-NO2,N-NO3, TKN. Bảng 3.9.Thông số vận hành thí nghiệm 4 Thông số Chỉ số Đơn vị Thời gian 30 ngày (20/03/2011- 20/04/2011) Ngày/tháng Tải trọng 1 kgCOD/m 3.ngày Lưu lượng vào 2 l/h Lưu lượng tuần hoàn bùn 6 l/h Lưu lượng tuần hoàn nước từ bể hiếu khí về bể thiếu khí 2 l/h 3.3.2.2. Thí nghiệm 5 Sau khi hiệu quả xử lý COD ở thí nghiệm 5 ổn định, ta bắt đầu tiến hành thí nghiệm 2 ứng với tải trọng 1.5 kgCOD/m3.ngày, ta tiến hành tăng tải trọng bằng cách giảm thời gian lưu tại bể thiếu khí còn 7h. Các chỉ tiêu theo dõi: pH, DO, TSS, COD, BOD5, PO43-, N-NH3, N-NO2,N-NO3, TKN. Chế độ vận hành của thí nghiệm 5 được liệt kê chi tiết ở bảng sau: Luận văn Thạc Sĩ 47 Phạm Lê Hoàng Duy Nghiên cứu ứng dụng công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt bằng phương pháp giá thể sinh học di động (MBBR) Bảng 3.10. Thông số vận hành thí nghiệm 5 Thông số Chỉ số Đơn vị Thời gian 30 ngày (21/04/2011- 21/05/2011) Ngày/tháng Tải trọng 1.5 kgCOD/m 3.ngày Lưu lượng vào 2.9 l/h Lưu lượng tuần hoàn bùn 8,1 l/h Lưu lượng tuần hoàn nước từ bể hiếu khí về bể thiếu khí 2.9 l/h 3.3.2.3. Thí nghiệm 6 Sau khi hiểu quả xử lý COD ở thí nghiệm 6 ổn định, ta bắt đầu tiến hành thí nghiệm 3 ứng với tải trọng 2 kgCOD/m3.ngày, ta tiến hành tăng tải trọng bằng cách giảm thời gian lưu tại bể thiếu khí còn 4h. Các chỉ tiêu theo dõi: pH, DO, TSS, COD, BOD5, P-PO43-, N-NH3, N-NO2,N-NO3, TKN. Chế độ vận hành của thí nghiệm 6 được liệt kê chi tiết ở bảng sau: Bảng 3.11. Thông số vận hành thí nghiệm 6 Thông số Chỉ số Đơn vị Thời gian 30 ngày (22/05/2011- 21/06/2011) Ngày/tháng Tải trọng 2 kgCOD/m 3.ngày Lưu lượng vào 5 l/h Lưu lượng tuần hoàn bùn 15 l/h Lưu lượng tuần hoàn nước từ bể hiếu khí về bể thiếu khí 5 l/h Luận văn Thạc Sĩ 48 Phạm Lê Hoàng Duy Nghiên cứu ứng dụng công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt bằng phương pháp giá thể sinh học di động (MBBR) 3.3.2.4. Thí nghiệm 7 Ta tiến hành thí nghiệm 7 ứng với tải trọng 2 kgCOD/m3.ngày và không có sự hiện diện giá thể sinh học. Các chỉ tiêu theo dõi: TSS, COD, BOD5, P-PO43-, N- NH3, N-NO3. Chế độ vận hành của thí nghiệm 7 được liệt kê chi tiết ở bảng sau: Bảng 3.12. Thông số vận hành thí nghiệm 7 Thông số Chỉ số Đơn vị Thời gian 20 ngày (23/06/2011- 13/07/2011) Ngày/tháng Tải trọng 2 kgCOD/m 3.ngày Lưu lượng vào 5 l/h Lưu lượng tuần hoàn bùn 15 l/h Lưu lượng tuần hoàn nước từ bể hiếu khí về bể thiếu khí 5 l/h Luận văn Thạc Sĩ 49 Phạm Lê Hoàng Duy Nghiên cứu ứng dụng công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt bằng phương pháp giá thể sinh học di động (MBBR) 3.4. Quy trình lấy mẫu và phân tích 3.4.1. Lấy mẫu Hình 3.10. Các vị trí lấy mẫu Bảng 3.13. Chú thích các vị trí lấy mẫu Vị trí Tên vị trí lấy mẫu Chỉ tiêu phân tích 1 Lấy mẫu nước thải đầu vào DO, pH, TSS, PO43-, COD, BOD5, N- NH3, N-NO3, N-NO2, TKN 2 Lấy mẫu sau bể thiếu khí pH, PO43-, COD, N-NH3, N-NO3, N- NO2, TKN, 3 Lấy mẫu sau bể hiếu khí pH, N-NH3, N-NO3, N-NO2, TKN, MLSS, MLVSS 4 Lấy mẫu nước thải đầu ra DO, TSS, PO43-, COD, BOD5, N-NH3, Luận văn Thạc Sĩ 50 Phạm Lê Hoàng Duy Nghiên cứu ứng dụng công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt bằng phương pháp giá thể sinh học di động (MBBR) Vị trí Tên vị trí lấy mẫu Chỉ tiêu phân tích N-NO3, N-NO2, TKN 5 Lấy mẫu tại bể thiếu khí DO, pH, MLSS, MLVSS 6 Lấy mẫu tại bể hiếu khí DO, pH, MLSS, MLVSS 7 Lấy mẫu tại bể lắng MLSS,