TÓM TẮT LUẬN VĂN

Bể phản ứng theo mẻ SBR (Sequencing Batch Reactor) được thí nghiệm với nước thải giết mổ gia súc, mà ô nhiễm chủ yếu là các thành phần của protêin, lipid,... là các thành phần có trong máu gia súc. Chất ô nhiễm bao gồm cả hữu cơ và nitơ. Trong nghiên cứu này, bùn hoạt tính thông thường được dùng để tạo bùn hạt hiếu khí. Bể phản ứng được vận hành tải trọng 1,5 – 2,5 kgCOD/m3.ngày. Sau khi bùn thích nghi, thì bắt đầu giai đoạn tạo hạt cho đến khi hạt trưởng thành, sau khi hạt trưởng thành tiến hành duy trì tải trọng để khảo sát các đặc tính của bùn hạt. Trong suốt quá tình thí nghiệm theo dõi sự biến đổi nồng độ sinh khối trong bể phản ứng, nồng độ sinh khối dòng ra, nồng độ sinh khối đã lắng, chỉ số thể tích bùn SVI, vận tốc lắng, khả năng xử lý, kích thước và hình dạng hạt, pH, oxy hoà tan, thời gian lưu bùn để khảo sát quá trình hình thành và đặc tính của bùn hạt hiếu khí trong xử lý nước thải giết mổ gia súc.

Qua quá trình nghiên cứu đã khẳng định, bùn hạt hiếu khí hoàn toàn có thể hình thành trong nước thải giết mổ gia súc

Quá trình nghiên cứu cũng cho thấy các đặc tính của bùn hạt hiếu khí như khả năng lắng tốt (chỉ số thể tích bùn đạt 30 mg/l), vận tốc lắng cao (16 – 18 m/h so với bùn ho ạt tính thông thường luôn nhỏ hơn 10 m/h), khả năng nén tốt (nồng độ sinh khối đã lắng đạt

15 g/l so với bùn hoạt tính là 4,9 g/l), khả năng xử lý tốt (COD dòng ra luôn nhở hơn 50 mg/l, tốc độ hấp thụ hay phân huỷ chất hữu cơ cao chỉ sau 5 – 10 phút đã đạt được COD dòng ra, Oxy hoà tan đạt bão hoà sau 5 – 10 phút). Như vậy, thể hiện ưu điểm của bùn hạt hiếu khí so với bùn hiếu khí thông thường và tính khả thi ứng dụng công nghệ bùn hạt hiếu khí trong xử lý nước thải giết mổ gia súc.

CHƯƠNG I:

GIỚI THIỆU

1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Qúa trình sinh học (biologycal process) đã và đang là quá trình chính trong hầu hết nhà máy xử lý nước thải đặc biệt là quá trình bùn hoạt tính truyền thống CASP.

Ngày nay, do xu hướng bảo vệ tài nguyên nước thông qua việc tuần hoàn, tái chế, tái sửdụng nước và tiêu chuẩn phát thải ngày càng nghiêm khắc hơn cho nên công nghệ bùnhoạt tính thông thường nhưCASP (conventional activated sludge proceess) sẽ dần dầnkhông còn đáp ứng được nhu cầu.

Hầu hết các hệ thống xử lý nước thải sử dụng quá trình sinh học bùn hoạt tính thông thường CASP có một số bất lợi như sản sinh ra lượng sinh khối dư cao, nồng độ chất rắn lơ lửng đầu ra cao, diện tích xây dựng công trình lớn, tải trọng xử lý thấp (0,5 – 2 kg COD/m3.ngày) (Corbitt, 1999; Metcalf và Eddy, 2003),... Hơn nữa, khả năng lắng của bùn hoạt tính truyền thống CASP thì khá thấp, điều này làm cho chi phí xây dựng và chi phí xử lý bùn gia tăng. Thêm vào đó, CASP cần diện tích bề mặt lớn cho việc xây dựng công trình hoàn thiện gồm bể lắng đủ lớn mà không thể có được ở một số nơi mà đất thì không có sẵn hoặc giá cao.

Từ những giới hạn trên của bùn hoạt tính truyền thống, Tijhuis và cộng sự, 1994 đã phát hiện ra bùn hạt hiếu khí. Bùn hạt hiếu khí (aerobic granule) có nhiều ưu điểm hơn hẳn bùn hoạt tính thông thường về nồng độ sinh khối đã lắng (settled biomass concentration), kíchthước (size), hình dạng (shape), tính đồng đều (regularity) và khảnăng lắng (settlingability). Đặc biệt, bùn hạt có khảnăng lắng tốt thểhiện qua vận tốc lắng (settlingvelocity) lớn hơn 10 m/h, chỉ số thể tích bùn SVI (sludge volume index) đạt đến 30 ml/g(Linthin và cộng sự,2005), tải trọng hữu cơvà nitrogen (organic and nitrogenous loadingrate) cao vì thế kích thước nhà máy xử lý sẽ rất nhỏ. Với loại bùn hạt này tải trọng hữu cơ có thể đạt đến hơn 9 kg COD/m3.ngày (Tay và cộng sự,2003) và 15 kg COD/m3.ngày (Moy và cộng sự.2002). Qua đó ta có thể thấy khả năng xử lý của bùn hạt hơn bùn hoạt tính thông thường CASP ít nhất 7 lần. Trong tương lai bùn hạt hiếu khí là một giải pháp thay thế khả thi cho các quá trình hoạt tính thông thường hiện nay.

Những nghiên cứu gần đây đã chỉ ra những thuận lợi của hệ thống theo mẻ đối với sự hình thành, đặc tính và khả năng ổn định của hạt trong những hệ thống này (Beun và cộng sự, 2000). Hơn nữa, có thể dễ dàng kết hợp loại bỏ nitơ và photpho trong hệ thống theo mẻ. Thêm vào đó, khi tạo hạt hiếu khí trong bể phản ứng theo mẻ SBR (Sequencing batch reactor), loại bể phản ứng này hoạt động hai trong một, nó xảy ra như bể hiếu khí và bể lắng trong cùng một công trình đơn vị mà tất cả các quá trình đều diễn ra ở đó. Điều này làm cho hệ thống đơn giản và gọn hơn.

Sự xuất hiện của bùn hạt hiếu khí có thể tạo ra xu hướng mới trong xử lý nước thải. Dựa vào những đặc tính riêng của bùn hạt có thể thấy được một số thuận lợi của bùn hạt như sau: (1) tải trọng hữu cơ cao ( lớn hơn 30 kg COD/m3.ngày (Thành, 2005)); (2) khả năng lắng nhanh của bùn hạt; (3) khả năng loại bỏ nitơ (Kreuk và cộng sự,2004)...dựa vào những thuận lợi của bùn hạt hiếu khí, bùn hạt có thể là một công nghệ xử lý hấp dẫn trong tương lai.

Dù đã được chứng minh về những ưu điểm của bùn hạt hiếu khí so với bùn hạt truyền thống. Nhưng công nghệ bùn hạt hiếu khí vẫn còn trên nghiên cứu cơ bản, mà chủ yếu vẫn là trên nguồn nước thải tổng hợp với nguồn cacbon là glucose (Jang và cộng sự, 2003), acetate (Beun và cộng sự, 2001; Kreuk và cộng sự, 2005), mật rỉ đường (Loosdrecht và cộng sự, 1997), sucrose và peptone (Zheng và cộng sự, 2005),...hoặc trên nước thải sinhhoạt (Kreuk và cộng sụ, 2004). Chính vì vậy, cần có những nghiên cứu trên nguồn nước thải thực tế.

Do đặc điểm công nghệ, ngành giết mổ đã sử dụng và thải ra một lượng nước khá lớntrong quá trình sản xuất và chế biến. Nước thải ra từngành giết mổ gia súc có nồng độ ô

nhiễm cao ( COD hoà tan khoảng 800 đến 5000 mg/l) (Masse và Masse’, 2000) mà chủ yếu là ô nhiễm chất hữu cơ bao gồm protein, lipid, gluxit là thành phần của tế bào động vật. Do đó, nước thải giết mổ gia súc rất thích hợp cho xử lý sinh học nếu có biện pháp tiền xử lý thích hợp.

Lưu lượng lớn, nồng độ ô nhiễm hữu cơ cao và thích hợp cho xử lý sinh học, chính vì vậy nước thải giết mổ gia súc được chọn làm đối tượng nghiên cứu cho đề tài nghiên cứu bùn hạt hiếu khí.

1.2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

Mục tiêu của nghiên cứu là tập trung vào khảo sát các đặc tính của bùn hạt hiếu khí đối với nước thải giết mổ gia súc bao gồm:

1 Nghiên cứu sự tạo thành hạt hiếu khí trong xử lý nước thải giết mổ gia súc.

2 Xác định các đặc tính của bùn hạt hiếu khí.

Trên các cơ sở kết quả nghiên cứu được sẽ rút ra các kết luận về các vấn đề đạt được và các kiến nghị cần thiết như sau:

Các kết luậncủa bùn hạt hiếu khí. bùn trong dòng ra.thường. Các kiến nghi

Sự tạo thành bùn hạt hiếu khí.

Các yếu tố ảnh hưởng đến sự tạo thành và phát triển

Biến đổi kích thước bùn hạt hiếu khí.

Nồng độ bùn hạt trong thiết bị phản ứng và nồng độ

Khả năng lắng của bùn hạt. Hiệu quả xử lý của bùn hạt.

Các ưu điểm của bùn hạt so với bùn hiếu khí thông

Ứng dụng của bùn hạt.

Các nghiên cứu thêm về bùn hạt.

1.3 GIỚI HẠN VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

Nghiên cứu này sử dụng bể phản ứng theo mẻ SBR (sequencing batch reactor) để nuôi cấy bùn hạt hiếu khí (aerobic granule) và theo dõi sự phát triển của hạt trong bể phản ứng. Nguồn cacbon và dinh dưỡng sử dụng lấy từ nước thải giết mổ gia súc của xí nghiệp chế biến thực phẩm Nam Phong, TP HCM, Việt Nam. Với COD của nước thải cho nuôi cấy từ

300 – 500 mg/l ( tải trọng 1,5 – 2,5 kg COD/m3.ngày). Đặc tính của hạt được khảo sátbằng việc xác định các thông số nhưCOD, nồng độ sinh khối (biomass concentration),nồng độ sinh khối đã lắng (settled biomass concentration), chỉ số thể tích bùn SVI (sludge volune index), vận tốc lắng (settling velocity),... sau khi hạt trưởng thành hình thành thì gia tăng tải trọng để theo dõi biến đổi đặc tính của hạt và hoạt tính sinh học của bùn hạt.

1 Hình thành (formation) hạt hiếu khí bằng bể phản ứng theo mẻ tại tải trọng 1,5 – 2,5 kg COD/m3.ngày với nước thải giêt mổ gia súc.

2 Khảo sát tính chất sinh hoá lý học của bùn hạt hình thành trong nước thải giết mổ gia súc.

3 Khảo sát khả năng ứng dụng của bùn hạt hiếu khí vào thực tế.

1.4 Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI

Từ những thuận lợi trên của bùn hạt hiếu khí, thì nghiên cứu này có thể tìm ra một kỹ

thuật mới cho ứng dụng bùn hạt hiếu khí trong xử lý nước thải.

Vấn đề đặt ra là công nghệ bùn hạt hiếu khí khi ứng dụng ở Việt Nam chúng ta có gặp vấn đề gì không. Hơn nữa công nghệ bùn hạt hiếu khí còn khá mới ở Việt Nam. Trước tình hình đó cần có những nghiên cứu để công nghệ bùn hạt hiếu khí có thể ứng dụng ở Việt Nam, đồng thời cũng là góp phần tìm ra công nghệ thay thế khả thi cho tương lai.

Nhiệm vụ khoá luận tốt nghiệp

Nhận xét của giáo viên hướng dẫn 1

Nhận xét của giáo viên hướng dẫn 2

Nhận xét của giáo viên phản biện 1

Nhận xét của giáo viên phản biện 2

Lời cảm ơn.

Tóm tắt luận văn. Mục lục.

Danh mục các bảng.

Danh mục các hình vẽ, biểu đồ.

MỤC LỤC

Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt. viii

Danh mục phụ lục ix

CHƯƠNG I:

GIỚI THIỆU. 1

1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ. 1

1.2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU. 2

1.3 GIỚI HẠN VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU........................2

1.4 Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI. 3

CHƯƠNG II:

TỔNG QUAN TÀI LIỆU. 4

2.1 GIỚI THIỆU. 4

2.2 SỰ HÌNH THÀNH VÀ ĐẶC TÍNH CỦA BÙN HẠT HIẾU KHÍ.............5

2.2.1 Nguồn cacbon sử dụn tạo hạt. 5

2.2.2 Hình dạng bể phản ứng. 5

2.2.3 Bùn giống. 5

2.2.4 Đặc tính của bùn hạt hiếu khí 5

2.2.5 Chất mang cho bùn hạt hiếu khí. 5

2.3 CÁC NHÂN TỐ KÍCH THÍCH SỰ HÌNH THÀNH HẠT HIẾU KHÍ...10

2.3.1 Tính kỵ nước của tế bào. 10

2.3.2 Tải trọng hữu cơ 11

2.3.3 Cation kim loại. 11

2.3.4 Chất rắn lơ lửng và chất mang. 12

2.4 SỰ HÌNH THÀNH BÙN HẠT HIẾU KHÍ......................12

2.4.1 Sự hình thành hạt hiếu khí từ quá trình bùn hạt kỵ khí12

2.4.2 Sự hình thành hạt hiếu khí từ quá trình bùn hoạt tính hiếu khí thông thường..............14

2.5 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH BÙN HẠT HIẾU KHÍ

. 18

Amonia tự do. 18

CHƯƠNG III:

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.20

3.1 VẬT LIỆU VÀ VI SINH VẬT. 20

3.1.1 Nước thải. 20

3.1.2 Bùn giống. 21

3.2 QUY TRÌNH THÍ NGHIỆM. 21

3.3 NUÔI CẤT BÙN HẠT. 21

3.3.1 Mô hình nghiên cứu và điều kiện vận hành hệ thống..21

3.3.2 Điều kiện vận hành. 21

3.3.3 Sự tạo thành bùn hạt hiếu khí. 22

3.4 PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH. 24

3.4.1 Vận tốc lắng. 24

3.4.2 Nồng độ sinh khối được lắng. 24

3.4.3 Các thông số khác. 25

3.5 PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ SỐ LIỆU.......25

CHƯƠNG IV:

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN. 26

4.1 SỰ HÌNH THÀNH BÙN HẠT HIẾU KHÍ......................26

4.1.1 Quá trình thích nghi ban đầu. 26

4.1.2 Sự hình thành hạt hiếu khí. 27

4.1.3 Chủng loại vi sinh và hình thái học của hạt................28

4.1.4 Sự phát triển kích thước hạt. 29

4.1.5 Cơ chế hình thành hạt. 31

4.2.1pH.

4.2.2Oxy hoà tan.

4.2.3Nồng độ sinh khối.

4.2 ĐẶC TÍNH CỦA BÙN HẠT HIẾU KHÍ.32

4.2.4 Nồng độ sinh khối đã lắng (hoặc tỷ trọng sinh khối).36

4.2.5 Khả năng lắng. 36

4.2.6 Khả năng xử lý của hạt hiếu khí. 39

4.2.7 Tải lượng shock trong bể phản ứng.......40

CHƯƠNG V:

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ. 41

5.1 KẾT LUẬN. 41

5.2 KIẾN NGHỊ. 42

TÀI LIỆU THAM KHẢO 43

PHỤ LỤC 45