TỔNG QUAN
Tổng quan quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học
1.1.1 Nguyên lý của quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học
Quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học dựa vào hoạt động phân hủy các chất hữu cơ của vi khuẩn trong điều kiện hiếu khí hoặc yếm khí Vi sinh vật sử dụng chất hữu cơ và khoáng chất trong nước thải làm thức ăn để sinh trưởng, sản phẩm cuối cùng thường là khí (CO2, N2, CH4, H2S), chất vô cơ (NH4+, PO43-) và tế bào mới Quá trình phân hủy này được gọi là quá trình oxy sinh hóa, trong đó các chất hữu cơ hòa tan, keo và phân tán nhỏ cần được di chuyển vào tế bào vi sinh vật Theo quan điểm hiện đại, việc xử lý nước thải và thu hồi chất bẩn từ nước thải bao gồm ba giai đoạn chính.
Di chuyển các chất gây ô nhiễm từ pha lỏng đến bề mặt tế bào của vi sinh vật do khuếch tán đối lưu và vi sinh vật
Di chuyển chất từ bề mặt ngoài tế bào qua màng bán thấm bằng khuếch tán do sự chênh lệch nồng độ các chất ở trong và ngoài tế bào
Quá trình chuyển hóa chất trong tế bào vi sinh vật bao gồm sự sản sinh năng lượng và tổng hợp các chất mới thông qua việc hấp thụ năng lượng.
Các giai đoạn trong quá trình xử lý nước thải có mối liên hệ chặt chẽ và sự chuyển hóa các chất là yếu tố quan trọng trong quá trình này.
Theo Alexander (1961), từ 20% đến 40% carbon trong chất thải hữu cơ được vi khuẩn đồng hóa để tạo ra tế bào mới, trong khi phần còn lại được chuyển hóa thành CO2, đồng thời giải phóng năng lượng trong quá trình này.
1.1.2 Các quá trình sinh học chủ yếu trong việc xử lý nước thải
Xử lý nước thải sinh học sử dụng vi sinh vật, đặc biệt là vi khuẩn dị dưỡng hoại sinh, để loại bỏ chất bẩn hiệu quả Bằng cách tăng cường hoạt động của vi sinh vật trong các hệ thống xử lý nhân tạo, quá trình làm sạch nước thải diễn ra nhanh chóng và hiệu quả hơn.
Có 3 quá trình cơ bản trong xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học [7]:
Quá trình hiếu khí (aerobic processes)
Quá trình yếm khí (anaerobic proceses)
Quá trình nitrat hóa và khử nitrat (nitrification/denitrification)
Nguyên lý chung của quá trình hiếu khí
Khi nước thải tiếp xúc với bùn hoạt tính, các chất thải như chất hữu cơ hòa tan và các hạt keo nhỏ sẽ được hấp phụ và keo tụ sinh học trên bề mặt vi sinh vật Sau đó, các chất bẩn sẽ khuếch tán và được hấp thụ vào trong màng nguyên sinh của tế bào Dưới tác động của hệ enzym nội bào, các chất này sẽ được phân hủy Quá trình phân giải chất bẩn hữu cơ diễn ra trong tế bào chất thông qua các phản ứng oxy hóa khử.
Quá trình hô hấp trong tế bào vi sinh vật giúp oxy hóa các chất hữu cơ và một số khoáng chất, cung cấp năng lượng cần thiết cho việc tổng hợp các chất phục vụ cho sinh trưởng và sinh sản Nhờ vào năng lượng này, số lượng tế bào vi sinh vật liên tục gia tăng.
Các quá trình trên liên tục xảy ra Các thành phần thức ăn từ môi trường bên ngoài (nước thải) lại khuếch tán và bổ sung thay thế vào [11]
Quá trình hiếu khí gồm 2 quá trình chính [7]:
Quá trình oxy hóa (hay dị hóa):
(COHNS) + O2 + VK hiếu khí → CO2 + NH4+ + sản phẩm khác + năng lƣợng
Quá trình tổng hợp (hay đồng hóa):
(COHNS) + O2 + VK hiếu khí + năng lƣợng → C5H7O2N (tế bào vi khuẩn mới)
(COHNS) là chất hữu cơ
C5H7O2N là công thức hóa học phổ biến đại diện cho tế bào vi khuẩn Khi hàm lượng chất hữu cơ không đủ đáp ứng nhu cầu, vi khuẩn sẽ tiến hành hô hấp nội bào hoặc tự oxy hóa, sử dụng nguyên sinh chất của chính mình làm nguyên liệu.
C5H7O2N + 5O2 → 5CO2 + NH4+ + 2H2O + năng lƣợng Trong phương pháp hiếu khí, amôn cũng được loại bỏ bằng oxy hóa nhờ vi sinh vật dị dƣỡng (quá trình nitrat hóa)
Quá trình phân hủy hiếu khí cần được theo dõi và điều chỉnh các yếu tố môi trường để đảm bảo hiệu quả xử lý sinh học Các nhân tố ảnh hưởng đến quá trình này bao gồm nhiệt độ, độ ẩm, pH, và nồng độ oxy Việc quản lý tốt những yếu tố này sẽ giúp tối ưu hóa quá trình phân hủy và nâng cao hiệu quả xử lý chất thải.
Phải đủ lượng oxy hòa tan ở trong nước để cung cấp cho đời sống của vi sinh vật và phản ứng oxy hóa khử
Các chất hữu cơ trong nước, đặc biệt là các chất hòa tan, sẽ được vi sinh vật phân hủy hoặc sử dụng trước tiên Sau đó, các chất khó tan hoặc không tan cũng sẽ dần chuyển đổi thành dạng tan.
Để vi sinh vật tham gia hiệu quả vào quá trình oxy hóa nước thải, cần cung cấp đầy đủ các chất dinh dưỡng trong môi trường sống Lượng chất dinh dưỡng cần thiết cho sự sinh sản của vi sinh vật không được thấp hơn giá trị quy định trong bảng [11].
Bảng 1.1 Nồng độ các chất dinh dưỡng cần thiết (Theo M.X Moxitrep,1982)
BOD của nước thải (mg/l) Nồng độ nitrogen trong muối Amonium (mg/l)
Ngoài nhu cầu về Nitrogen và photpho đã được nêu trong bảng, các yếu tố dinh dưỡng khoáng khác như Kali (K), Canxi (Ca), và Lưu huỳnh (S) trong nước thải thường đã đủ để đáp ứng nhu cầu của vi sinh vật, do đó không cần phải bổ sung thêm.
Mô hình của tôi không bao gồm quá trình yếm khí, nhưng để bạn đọc có cái nhìn tổng quan về xử lý sinh học, tôi sẽ tóm tắt ngắn gọn về quá trình xử lý yếm khí.
Quá trình chuyển hóa chất hữu cơ nhờ vi khuẩn kỵ khí chủ yếu diễn ra theo nguyên lý lên men qua các bước sau [12]:
Thủy phân các chất hữu cơ phức tạp và chất béo thành các hợp chất hữu cơ đơn giản như monosacarit, amino axit hoặc muối pivurat là bước đầu tiên trong quá trình cung cấp dinh dưỡng và năng lượng cho vi khuẩn hoạt động.
Các nhóm vi khuẩn kỵ khí tiến hành quá trình lên men axit, chuyển đổi các chất hữu cơ đơn giản thành các axit hữu cơ phổ biến như axit axetic, glixerin và axetat.
Tổng quan về khu công nghiệp Suối Dầu
1.2.1 Giới thiệu sơ bộ về Công ty Cổ phần Khu công nghiệp Suối Dầu
SUDAZI được thành lập vào năm 1997 theo quyết định của Thủ tướng Chính phủ, với diện tích 152 ha nhằm phát triển cơ sở hạ tầng phục vụ đầu tư tại tỉnh Khánh Hòa Doanh nghiệp này thuộc Công ty Thương mại – Đầu tư Khánh Hòa Để quản lý và thực hiện dự án hiệu quả, Công ty đã thành lập Ban quản lý dự án KCN Suối Dầu, tiền thân của Xí nghiệp phát triển hạ tầng KCN Suối Dầu, hiện nay là Công ty Cổ phần KCN Suối Dầu.
SUDAZI được thiết kế để thu hút đầu tư trong và ngoài nước, tận dụng tối đa nguồn nguyên liệu địa phương Với vị trí giao thông thuận lợi qua đường bộ, đường sắt, đường thủy và hàng không, khu công nghiệp này có khả năng phát triển mạnh mẽ nhờ nguồn cung cấp điện và nước dồi dào Quy hoạch ban đầu của SUDAZI là 152 ha (giai đoạn 1: 78,1 ha) với khả năng mở rộng lên đến 300 ha (giai đoạn 2) Nằm cách Thành phố Nha Trang 25km, Cảng biển và sân bay Nha Trang 27km, cùng với Cảng biển Quốc tế Cam Ranh và Ba Ngòi 35km, SUDAZI thực sự là điểm hẹn công nghiệp quan trọng của miền Trung và cả nước.
Hiện tại, có khoảng 40 doanh nghiệp đầu tư vào SUDAZI, hoạt động trong nhiều ngành nghề và lĩnh vực khác nhau Dưới đây là danh sách một số doanh nghiệp đang hoạt động trong khu công nghiệp này.
Bảng 1.3 Các doanh nghiệp đang hoạt động tại KCN Suối Dầu
Loại hình sản xuất Tên doang nghiệp
1 Nhóm ngành chế biến thủy sản Công ty TNHH Phillips Seafood Việt Nam
Công ty TNHH Thông Thuận Công ty TNHH Thủy sản Hải Long Công ty TNHH Hải Vương
Công ty TNHH Thủy sản Bạc Liêu Công ty TNHH Tín Thịnh
Công ty TNHH Thịnh Hƣng Công ty TNHH T & T Công ty TNHH Thủy sản Nha Trang Công ty TNHH Cá Ngừ Việt Nam
2 Nhóm ngành dệt may Công ty TNHH Komega – X
Công ty đồ bơi Việt Nam
3 Nhóm ngành chế biến xuất khẩu gỗ
Công ty TNHH hàng nội thất Đại Nam
Xí nghiệp chế biến hàng song mây xuất khẩu Suối Dầu
1.2.2 Giới thiệu về Trung tâm xử lý nước thải KCN Suối Dầu
Hình1.1 Trung tâm xử lý nước thải KCN Suối Dầu
Trung tâm xử lý nước thải nằm trên đường số 2 trong KCN Suối Dầu với cơ sở hạ tầng tương đối đầy đủ, gồm:
Phòng thí nghiệm được trang bị đầy đủ thiết bị và hóa chất cần thiết để giám sát và kiểm tra các thông số chất lượng nước thải như COD, TN, TP, MLSS và pH Nhiệm vụ của phòng thí nghiệm là đảm bảo chất lượng nước thải đầu vào và đầu ra của hệ thống xử lý nước thải.
Trung tâm và của các doanh nghiệp trong KCN
Phòng điều hành: có nhiệm vụ vận hành và giám sát hệ thống xử lý nước tại Trung tâm
Trung tâm có nhiệm vụ tiếp nhận và xử lý nước thải từ các doanh nghiệp trong KCN Sau khi được xử lý sơ bộ đạt tiêu chuẩn QCVN 40/2011 cột B tại từng doanh nghiệp, nước thải sẽ được xả vào hệ thống của Trung tâm Tại đây, nước thải sẽ được xử lý để đạt tiêu chuẩn QCVN 40/2011 cột A-B trước khi xả ra môi trường.
Hệ thống xử lý nước thải của Trung tâm xử lý nước thải KCN Suối Dầu
Hình 1.2 Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải tại Trung tâm
Cấp khí Bùn hồi lưu
Bể khử trùng Nước thải
Hồ điều hòa sinh học Sân phơi Nguồn tiếp nhận bùn
Chú th ích: Đường đi của nước thải Đường đi của bùn Đường đi của khí
Thuyết minh quy trình công nghệ:
Doanh nghiệp thực hiện xử lý sơ bộ nước thải sản xuất trước khi xả vào hố gom, sau đó dẫn qua ống tới Trung tâm Tại đây, nước thải sẽ đi qua song chắn rác để loại bỏ các rác thải lớn và được đưa vào bể điều hòa.
Bể điều hòa có vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh lưu lượng và nồng độ các thành phần trong nước thải Để đảm bảo tính đồng nhất cho nước thải, quá trình cấp khí được thực hiện, sau đó nước thải sẽ được bơm lên bể lắng cát Tại đây, các chất thải vô cơ có trọng lượng riêng lớn như cát và sạn nhỏ sẽ lắng xuống và được đưa về sân phơi cát Cuối cùng, nước thải sẽ được dẫn sang bể lắng 1 để tiếp tục xử lý.
Tại bể lắng 1, nước thải được dẫn vào ống trung tâm từ dưới lên với thời gian lưu từ 2 - 6 giờ, tùy thuộc vào chất lượng nước đầu vào Bể lắng 1 có máy cào bùn tự động để loại bỏ bùn định kỳ Nước sau lắng tràn qua máng răng cưa vào máng thu và dẫn sang bể aerotank, nơi nước được cấp khí liên tục qua hệ thống ống đục lỗ dưới đáy bể Quá trình oxy hóa chất hữu cơ nhờ vi sinh vật hiếu khí giúp giảm COD và BOD, nhưng tạo ra lượng bùn lớn Thời gian lưu tại bể aerotank là 4-8 giờ Sau khi xử lý, nước thải vào bể lắng 2 để lắng các bông cặn (bùn hoạt tính) từ bể aerotank, trong đó 70% bùn thải loại sang sân phơi và 30% hồi lưu về bể tái sinh bùn Tại bể tái sinh, bùn hoạt tính được nuôi và cung cấp lại cho bể aerotank Nước thải sau lắng tràn vào máng dẫn qua bể lắng lamen, hỗ trợ lắng cặn lơ lửng trước khi vào bể khử trùng và hồ điều hòa sinh học Tại hồ điều hòa, bèo lục bình và rau muống giúp loại bỏ phospho, nito và ổn định nguồn nước trước khi thải ra nguồn tiếp nhận.
Tổng quan về nước thải Khu công nghiệp
1.3.1 Nguồn gốc của nước KCN
Nước thải khu công nghiệp phát sinh từ hoạt động sinh hoạt và nấu ăn của cán bộ, nhân viên, công nhân, cùng với nước thải từ quy trình sản xuất của các nhà máy trong khu vực này.
1.3.2 Đặc tính của nước thải KCN
1.3.2.1 Thành phần, tính chất nước thải các KCN
Nước thải KCN có thành phần và tính chất đa dạng phức tạp hơn với nhiều hình thức, loại hình sản xuất của từng nhà máy, khu chế xuất
Nước thải sinh hoạt của công nhân trong khu công nghiệp thường chứa các chất ô nhiễm như COD, BOD, nitơ, photpho, dầu mỡ và chất rắn lơ lửng Trong khi đó, nước thải sản xuất của các nhà máy có thành phần phức tạp hơn do sự đa dạng trong các loại hình kinh doanh Thành phần ô nhiễm trong nước thải công nghiệp thường biến động lớn theo thời gian và mùa vụ.
1.3.2.2 Thành phần, tính chất nước thải KCN Suối Dầu
Theo bảng 1.2, nhóm doanh nghiệp chế biến thủy sản chiếm khoảng 80% tổng số dự án tại KCN Suối Dầu Điều này dẫn đến việc nước thải tại khu công nghiệp này chứa đầy đủ các đặc trưng của nước thải chế biến thủy sản, với hàm lượng chất hữu cơ (COD, BOD), chất dinh dưỡng (N, P) và TSS ở mức rất cao.
Nước thải trong hệ thống xử lý nước thải thủy hải sản chủ yếu chứa các chất thải hữu cơ từ động vật như mảnh thịt vụn, ruột thủy sản, vảy cá và mỡ, với thành phần chính là protein và chất béo Khi xả vào nguồn nước, các chất như cacbonhydrat, protein và chất béo làm giảm nồng độ oxy hòa tan do vi sinh vật tiêu thụ oxy để phân hủy chất hữu cơ Bên cạnh đó, các chất rắn lơ lửng gây đục nước, hạn chế ánh sáng chiếu xuống tầng nước, ảnh hưởng đến quá trình quang hợp của tảo và rong rêu.
Nồng độ cao các chất dinh dưỡng như Nitơ (N) và Photpho (P) dẫn đến hiện tượng phú dưỡng trong nguồn nước, làm tăng sự phát triển của rong tảo và suy giảm chất lượng nước Vi khuẩn gây bệnh và trứng giun sán có trong nước là những nguồn ô nhiễm nghiêm trọng Khi con người sử dụng nguồn nước bị ô nhiễm hoặc tiếp xúc với các yếu tố lây bệnh, họ có nguy cơ mắc phải các bệnh truyền nhiễm như bệnh lỵ, thương hàn, bại liệt, nhiễm khuẩn đường tiết niệu, và tiêu chảy cấp tính.
Nước thải trong ngành này có chỉ tiêu COD từ 600 đến 2300 mg/L và BOD5 từ 400 đến 1800 mg/L, với thành phần hữu cơ cao gây ra sản phẩm phân hủy kị khí có mùi khó chịu, ảnh hưởng đến sức khỏe công nhân và môi trường Hàm lượng chất rắn lơ lửng (SS) từ 125 đến 400 mg/L chứa nhiều vụn thủy sản, dễ gây nghẽn đường ống Ngoài ra, hàm lượng nitơ và photpho cao (Ntc = 57 – 120 mg/L, Ptc = 13 – 90 mg/L) cho thấy mức độ ô nhiễm dinh dưỡng lớn, làm tăng nguy cơ phú dưỡng tại nguồn tiếp nhận.
Một số hệ thống xử lý nước thải của các khu công nghiệp
1.4.1 Khu công nghiệp Tân Tạo
Hình 1.3 Sơ đồ xử lý nước thải KCN Tân Tạo
Ƣu điểm: Sử dụng công nghệ bể bùn hoạt tính hiếu khí Công nghệ đơn giản, dễ vận hành
Nhƣợc điểm: Không đề phòng đƣợc sự cố kim loại nặng, dễ gây chết bùn
Nước thải từ các nhà máy (đã qua xử lý sơ bộ)
Bể gom bùn Máy ép bùn
1.4.2 Khu công nghiệp Biên Hòa II:
Hình 1.4 Sơ đồ xử lý nước thải KCN Biên Hòa II
Thiết bị hiện đại, dễ vận hành
Khử được chất dinh dưỡng Nito và Photpho sinh hóa có thể thực hiện bằng cách điều chỉnh quá trình hiếu khí, thiếu khí và kị khí trong bể thông qua việc thay đổi chế độ cung cấp oxy.
Hiệu quả xử lý cao
Không cần bể lắng 2 và hoàn lưu bùn
Công suất xử lý nhỏ
Đòi hỏi người vận hành có trình độ kỹ thuật cao
Bể keo tụ/ tạo bông
Hệ thống xử lý bùn Nước sau xử lý
1.4.3 Khu công nghiệp Linh Trung 1:
Hình 1.5 Sơ đồ xử lý nước thải KCN Linh Trung 1
Phương pháp xử lý nước thải SBR sử dụng công nghệ bùn hoạt tính mang lại nhiều ưu điểm nổi bật, bao gồm khả năng xử lý BOD cao và khử nitơ hiệu quả Ngoài ra, phương pháp này còn tiết kiệm diện tích và giảm thiểu nhu cầu về nhân công, giúp tối ưu hóa quá trình xử lý nước thải.
Nhược điểm: Đòi hỏi người vận hành phải có trình độ kỹ thuật cao, vận hành phức tạp, chi phí xây dựng tốn kém
Bể thu gom Đồng hồ đo lưu lượng
Bể chứa Bể lọc tinh Bể đệm Bể tiếp xúc
Máy ép bùn Bể nén bùn Bánh bùn
Bể lọc than hoạt tính Polymer Đầu ra
1.4.4 Khu công nghiệp Việt – Sing:`
Hình 1.6 Sơ đồ xử lý nước thải KCN Việt – Sing
Ƣu điểm: Sử dụng công nghệ vi sinh dính bám (lọc sinh học) kết hợp với bùn hoạt tính truyền thống Hệ thống hoạt động cho hiệu quả cao
Nhược điểm: Sử dụng trong trường hợp lưu lượng nước thải thấp
Nước sau xử lý Máy ép bùn
1.4.5 Khu công nghiệp Lê Minh Xuân:
Hình 1.7 Sơ đồ xử lý nước thải Khu công nghiệp Lê Minh Xuân
NaOCl Ƣu điểm: công nghệ đơn giản, dễ vận hành.Nhƣợc điểm: hiệu quả khử chất dinh dƣỡng không cao.
ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Đối tƣợng nghiên cứu
Nước thải tập trung của KCN Suối Dầu có những đặc điểm và thành phần hóa học đặc trưng Tính chất của nước thải đầu vào và đầu ra sau xử lý phải tuân thủ theo quy chuẩn QCVN 40:2011/BTNMT Việc phân tích và đánh giá chất lượng nước thải là cần thiết để đảm bảo tuân thủ các quy định về môi trường và bảo vệ sức khỏe cộng đồng.
Bùn hoạt tính: bùn hoạt tính đƣợc lấy từ bể tái sinh bùn của trung tâm xử lý nước thải KCN Suối Dầu
Hình 2.1 Bể lấy nước thải đầu vào (Bể lắng cát)
Cơ sở lý thuyết về bể bùn hoạt tính cải tiến USBF
2.2.1 Các nghiên cứu về bể USBF để xử lý nước thải
Bể USBF được phát triển dựa trên mô hình xử lý BOD, nitrification và dinitrification của Lawrence và McCarty, lần đầu tiên giới thiệu tại Mỹ vào những năm 1990 và được áp dụng ở châu Âu từ năm 1998 Hiện nay, mô hình này được tùy chỉnh để phù hợp với đặc điểm của từng quốc gia Tại Việt Nam, đã có một số nghiên cứu về công nghệ này, như nghiên cứu xử lý nước thải đô thị bằng công nghệ sinh học cải tiến USBF, được báo cáo tại hội nghị khoa học tháng 12/2005 và đăng trong Tuyển tập kết quả nghiên cứu khoa học 5 năm (2000 - 2005) của khoa môi trường Kết quả cho thấy hiệu quả xử lý ô nhiễm cao, với nước thải sau xử lý đạt chuẩn loại A, cụ thể: SS 96%, COD 97,5%, BOD5 99,2%, N 96,6%, P 95,24% Công nghệ USBF cũng được Vnxanh ứng dụng để xử lý triệt để nước thải cho khách sạn và tòa nhà cao cấp.
Khách sạn Novotel Phan Thiết – Bình Thuận
Resort Aquaba Mũi Né – Bình Thuận
Khu Du lịch Sinh Thái An Viên – Nha Trang
Cụm Công Nghiệp Kiến Thành – Long An
Trung Tâm Y Tế Q.11 – TP HCM
Nhà máy nước tương An Kim Thành– Long An
Bên cạnh đó, công nghệ USBF còn được ứng dụng ngoài nước:
Hình 2.2 Bể USBF băng thép không gỉ ở Strathmore, Alberta, Anh
2.2.2 Nguyên tắc hoạt động của bể bùn hoạt tính cải tiến USBF
Hình 2.3 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của mô hình bể USBF
Mô hình đƣợc thiết kế nhằm kết hợp các quá trình loại bỏ carbon (COB, BOD), quá trình nitrate hóa/ khử nitrate và quá trình loại bỏ dinh dƣỡng (N, P)
Nước thải được bơm vào ngăn thiếu khí, nơi diễn ra quá trình trộn lẫn với bùn tuần hoàn Ngăn này hoạt động như một ngăn chọn lọc thiếu khí, thực hiện cơ chế chọn lọc động học và chọn lọc trao đổi chất để tăng cường hoạt động của vi sinh vật tạo bông Điều này giúp nâng cao hoạt tính của bông bùn và hạn chế sự phát triển của vi sinh vật hình sợi, từ đó ngăn ngừa hiện tượng vón bùn và nổi bọt Trong ngăn này, quá trình loại bỏ carbon, khử nitrate và loại bỏ photpho cũng được thực hiện hiệu quả.
Nước thải chảy qua ngăn hiếu khí nhờ khe hở dưới vách tường ngăn USBF, nơi oxy được cung cấp qua ống cấp khí Sau đó, nước thải đi vào ngăn USBF và chảy từ dưới lên, ngược chiều với dòng bùn lắng Quá trình này kết hợp cả lọc và xử lý sinh học của bùn hoạt tính, thể hiện ưu điểm của hệ thống Nước trong đã được xử lý chảy tràn vào mương thu nước đầu ra, trong khi một phần hỗn hợp nước thải và bùn được tuần hoàn lại ngăn thiếu khí.
2.2.3 Các quá trình sinh học diễn ra khi hệ thống USBF hoạt động
2.2.3.1 Qúa trình khử Carbon Đây là một trong các quá trình chính đƣợc thiết kế cho mô hình USBF Quá trình này đóng vai trò quan trọng trong xử lý nước thải vì nó ảnh hưởng đến các quá trình khác Các vi sinh vật sử dụng nguồn carbon từ các chất hữu cơ của nước thải để tổng hợp thành các chất cần thiết cho sinh trưởng và phát triển, sinh sản tế bào mới… Trong mô hình USBF, quá trình khử carbon diễn ra trong cả 3 ngăn thiếu khí, hiếu khí và ngăn USBF
2.2.3.2 Quá trình nitrat hóa và khử nitrat hóa
Kết hợp quá trình nitrat hóa và khử nitrat là phương pháp hiệu quả nhất để loại bỏ nitơ, mang lại tính ổn định và giảm chi phí xử lý nhờ vào thiết kế hệ thống đơn giản và tiết kiệm diện tích Nghiên cứu này thực hiện hai quá trình này trong một hệ thống nhưng chia thành hai ngăn riêng biệt: ngăn thiếu khí và ngăn hiếu khí.
Quá trình nitrat hóa chủ yếu xảy ra trong môi trường hiếu khí, là một quá trình tự dưỡng quan trọng Trong quá trình này, vi khuẩn oxy hóa các hợp chất chứa nito, đặc biệt là amonia (NH4+), để thu nhận năng lượng cần thiết cho sự phát triển và sinh sản của chúng.
Dòng tuần hoàn bùn từ ngăn hiếu khí sang ngăn thiếu khí cung cấp nguyên liệu cho vi sinh vật, bao gồm cả NO3- từ quá trình nitrat hóa, đồng thời mang theo vi sinh vật và nguồn carbon cần thiết Ưu điểm nổi bật của mô hình này là khả năng kết hợp các modul trong một hệ thống đơn giản.
Photpho có mặt trong nước thải dưới dạng hợp chất vô cơ và hữu cơ, và vi sinh vật sử dụng photpho dưới dạng orthophosphate và polyphosphate để duy trì hoạt động, dự trữ, vận chuyển và phát triển tế bào mới Trong điều kiện thiếu khí (anoxic), vi khuẩn tác động đến các axit béo bay hơi có trong nước thải để giải phóng photpho.
Dòng nước chảy qua ngăn hiếu khí giúp vi khuẩn hấp thụ photpho ở mức cao hơn bình thường Photpho không chỉ cần thiết cho tổng hợp, duy trì tế bào và vận chuyển năng lượng, mà còn được vi khuẩn lưu trữ để sử dụng trong các giai đoạn hoạt động sau Khi các tế bào kết hợp thành bông cặn, photpho trong cặn được tái sử dụng như chất lên men, tương tác với các axit béo bay hơi, từ đó tăng cường hiệu quả quá trình khử photpho.
2.2.3.4 Quá trình sinh học trong ngăn lắng USBF
Ngăn USBF là một module quan trọng trong quá trình xử lý nước thải, nơi diễn ra quá trình lọc dòng ngược và lắng Ngăn này được chia thành ba vùng: vùng nước trong ở trên cùng, vùng bùn lơ lửng đóng vai trò như lớp lọc sinh học ở giữa, và vùng nén bùn lắng ở đáy Khi nước thải hỗn hợp và bùn đi vào ngăn USBF từ dưới lên, tốc độ dòng chảy giảm dần, khiến bùn hoạt tính lơ lửng lâu hơn trong vùng bùn lơ lửng do các yếu tố ảnh hưởng.
Ngăn USBF có thiết kế hình dạng với thể tích tăng dần từ dưới lên, tạo ra gradient vận tốc di chuyển của dòng nước và bùn hoạt tính, với tốc độ giảm dần theo chiều thẳng đứng từ đáy lên trên.
Các hạt bùn kết dính với nhau tạo thành các bông bùn, hình thành một lớp cản làm giảm tốc độ dòng chảy và hoạt động như một lớp lọc Khi các bông bùn đạt trọng lượng đủ lớn, chúng lắng xuống đáy, tạo ra gradient vận tốc di chuyển của dòng bùn lắng ngược chiều với dòng nước.
Sự tuần hoàn bùn hoạt tính tại đáy ngăn USBF tạo ra gradient vận tốc hướng xuống, giúp nâng cao hiệu suất lọc và cải thiện quá trình xử lý sinh học so với các bể truyền thống.
2.2.4 Các thông số thiết kế và vận hành bể USBF
Bể USBF là bể xử lý sinh học, thiết kế và vận hành nhằm đáp ứng nhu cầu của vi sinh vật, từ đó nâng cao hiệu quả loại bỏ chất hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học.
USBF là một phiên bản cải tiến của quy trình bể bùn hoạt tính cổ điển, do đó các thông số hoạt động của bể bùn hoạt tính cũng được áp dụng cho bể USBF.
Tỉ lệ thức ăn trên số lƣợng vi khuẩn F/M:
Phương pháp nghiên cứu
2.3.1 Phương pháp mô hình thực nghiệm:
2.3.1.1 Tạo sinh khối bùn hoạt tính và ổn định bùn:
Bùn hoạt tính được thu thập từ bể hồi lưu bùn của trung tâm xử lý nước thải tại KCN Suối Dầu Bùn này được nuôi trong thùng nhựa 60 lít, sử dụng nước thải tập trung từ KCN Suối Dầu và được sục khí liên tục 24/24 để duy trì quá trình xử lý hiệu quả.
Nước thải nuôi bùn cần được phân tích các chỉ tiêu đầu vào như pH, MLSS, TN, TP và COD để đánh giá và đảm bảo rằng các điều kiện hoạt động của vi sinh vật nằm trong khoảng thích hợp, cụ thể là pH từ 6,5 đến 8,5.
Sau khi nuôi bùn thấy bùn hoạt động và lắng khá tốt thì tiến hành thí nghiệm
Thí nghiệm được thực hiện với các thời gian lưu nước khác nhau tương ứng với các tải lượng nạp khác nhau, nhằm đánh giá hiệu quả xử lý nước thải thủy sản của bể USBF cải tiến Kết quả cho thấy thời gian lưu nước tối ưu là 20 giờ.
Mô hình USBF cải tiến được chạy với tổng thời gian lưu nước là 20 giờ và lưu lượng nước thải là 84 lít/ngày Trong đó, thời gian lưu trong ngăn thiếu khí là 6,91 giờ, ngăn hiếu khí là 11,64 giờ, và ngăn lắng là 2,46 giờ Nồng độ bùn hoạt tính trong ngăn thiếu khí dao động từ 3000mg/l đến 3800mg/l, trong khi ở ngăn hiếu khí, nồng độ này từ 3000mg/l đến 3500mg/l Nước thải đầu ra được lấy mẫu với 3 lần lặp lại, mỗi lần cách nhau 24 giờ, để phân tích các chỉ tiêu COD, TN, TP, và MLSS.
Để đánh giá hiệu quả xử lý nước thải thủy sản, bể USBF cải tiến được thí nghiệm với thời gian lưu 20 giờ, trong đó thời gian lưu nước là 12 giờ.
Theo các nghiên cứu trước đây, thời gian lưu nước tối ưu cho mô hình USBF là 12 giờ, đảm bảo hiệu quả kinh tế Do đó, tôi quyết định giảm thời gian lưu nước xuống 12 giờ để đạt được kết quả tốt nhất.
Nước đầu ra Nồng độ bùn 3000mg/l – 3500mg/l
Nồng độ bùn trong ngăn thiếu khí dao động từ 3000 mg/l đến 3800 mg/l, trong khi nồng độ bùn ở ngăn hiếu khí duy trì từ 3000 mg/l đến 3500 mg/l Mô hình bể USBF cho phép thời gian lưu nước giảm còn 12 giờ, với lưu lượng nạp nước thải là 140 lít/ngày Thời gian lưu nước được phân bổ như sau: 3,94 giờ ở ngăn thiếu khí, 6,65 giờ ở ngăn hiếu khí và 1,5 giờ ở ngăn lắng Để đánh giá hiệu quả xử lý nước thải thủy sản, mẫu nước thải được lấy với 3 lần lặp lại, mỗi lần cách nhau 24 giờ, nhằm phân tích các chỉ tiêu COD, MLSS, TN, TP.
Hình 2.5 trình bày các thông số cần thiết cho thí nghiệm với thời gian lưu 12 giờ Nghiên cứu này đánh giá hiệu quả xử lý nước thải thủy sản của bể USBF cải tiến với thời gian lưu nước là 10 giờ.
Sau khi thực hiện thí nghiệm với thời gian lưu nước là 12 giờ và phân tích dữ liệu đầu ra, tôi quyết định giảm thời gian lưu nước xuống còn 10 giờ nhằm tối ưu hóa quy trình.
Hoàn lưu bùn 100% với nồng độ bùn từ 3000mg/l đến 3500mg/l đã được nghiên cứu để đánh giá hiệu quả xử lý nước Tổng thời gian lưu nước là 10 giờ, với lưu lượng nạp nước thải là 168 lít/ngày Thời gian lưu nước tại ngăn thiếu khí là 3,29 giờ, ngăn hiếu khí là 5,54 giờ, và bể lắng là 1,17 giờ Nồng độ bùn trong ngăn thiếu khí duy trì khoảng 3000 mg/l đến 3800 mg/l, trong khi nồng độ bùn trong ngăn hiếu khí duy trì từ 3000 mg/l đến 3500 mg/l Mẫu nước thải đầu ra được lấy với 3 lần lặp lại, mỗi lần cách nhau 24 giờ để phân tích các chỉ tiêu như COD, MLSS, TN và TP.
Hình 2.6 Các thông số cần thiết cho thí nghiệm với thời gian lưu 10h
2.3.2 Phương pháp và phương tiện phân tích mẫu
Các mẫu nước thải đầu vào và đầu ra được phân tích tại phòng thí nghiệm của Trung tâm xử lý nước thải KCN Suối Dầu
Hoàn lưu bùn 100% Nồng độ bùn 3000mg/l – 3500mg/l
Chỉ tiêu Phương pháp phân tích Phương tiện phân tích pH Đo trực tiếp Đầu dò đo pH Waterproof pHTestr 30
DO Đo trực tiếp Đầu dò HANNA HI9142 Dissolved Oxygen
- Ống nghiệm Velp, pipet 10, hệ thống chƣng cất hoàn lưu, bình tam giác 50ml
- Các hóa chất: dd FAS (NH 4 ) 2 Fe(SO 4 ) 2 6H 2 O 0,125N, dd chỉ thị màu Feroin, dd K 2 Cr 2 O 7 0,04M, dd Ag 2 SO 4 -
TN Phương pháp trắc quan so màu trực tiếp trên máy
- Ống phá mẫu nito P7 HI 9367B-50, ống tiêm 1ml, máy phá mẫu HANNA HI 839800, máy đo quang đa chỉ tiêu HI 83214
- Các hóa chất: thuốc thử Potasium Persulfate, Sodium Metabisulfate, HI 93767-
TP Phương pháp trắc quan so màu trực tiếp trên máy
- Ống phá mẫu phospho P15 HI 93752C, pipet 5ml, máy phá mẫu HANNA HI839800, máy đo quang đa chỉ tiêu HI83214
- Các hóa chất: thuốc thử Potasium Persulfate, dd NaOH 1,54N, HI 93763B-O
MLSS Phương pháp lọc, sấy và xác định trọng lƣợng
- Giấy lọc sợi thủy tinh Double Ring Quantitative Filter Paper
- Phễu lọc, máy sấy, bình hút ẩm
