Xem mẫu
Taïp chí Khoa hoïc - Coâng ngheä Thuûy saûn
Soá 2/2012
KEÁT QUAÛ NGHIEÂN CÖÙU ÑAØO TAÏO SAU ÑAÏI HOÏC
XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHẾ BIẾN CHITIN BẰNG CÔNG NGHỆ
MÀNG SINH HỌC TẦNG CHUYỂN ĐỘNG KẾT HỢP
VỚI BỂ ĐẤT NGẬP NƯỚC KIẾN TẠO
CHITIN PROCESSING WASTEWATER TREATMENT BY MOVING BED BIOFILM REACTOR COMBINED WITH CONSTRUCTED WETLAND
Phạm Đình Hải1, Lê Hoàng Nghiêm2, Trang Sĩ Trung3
Ngày nhận bài: 16/01/2012; Ngày phản biện thông qua: 05/06/2012; Ngày duyệt đăng: 10/06/2012
TÓM TẮT
Nước thải từ công nghệ sản xuất chitin sau khi đã thu hồi protein được nghiên cứu xử lý bằng phương pháp sinh học
áp dụng công nghệ màng sinh học tầng chuyển động (Moving Bed Bio-Reactor - MBBR) kết hợp với bể đất ngập nước kiến
tạo (Constructed Wetland - CW). Kết quả nghiên cứu cho thấy thời gian cần thiết để màng sinh học hình thành và phát triển
ổn định trên giá thể động trong bể MBBR kỵ khí là 75 ngày và đối với bể MBBR hiếu khí là 60 ngày. Sau khi đạt trạng thái
ổn định, hiệu quả xử lý của bể MBBR kỵ khí cao nhất ở tải trọng hữu cơ (OLR) là 7 kgCOD/m3ngày và COD trong nước thải
đầu ra giảm còn 795 mg/L. Nồng độ COD đầu ra thấp nhất của nước thải sau khi xử lý bể MBBR kỵ khí nối tiếp bể MBBR
hiếu khí là 179 mg/L tương ứng với thời gian lưu nước (Hydraulic retention time - HRT) là 8 giờ. Tiếp theo nước thải được
xử lý bậc hai bằng bể đất ngập nước kiết tạo với thời gian lưu nước 11 ngày để đạt được giá trị cho phép theo mức B của
Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp QCVN 40:2011/BTNMT.
Từ khóa: nước thải sản xuất chitin, xử lý sinh học, công nghệ MBBR, đất ngập nước kiến tạo.
ABSRACT
Chitin processing wastewater treated by Moving Bed Biofilm Reactor technology (MBBR) combined with
Constructed Wetland was studied. Biofilm growth reached stable state after 75 days and 60 days for the anaerobic MBBR
tank and for aerobic MBBR tank, respectively. After reaching steady state, treatment efficiency of the anaerobic MBBR tank
highest rate of OLR = 7 kg COD/m3. day, and outlet COD reduced to 795 mg/L. The effective treatment of aerobic MBBR
with the retention time (Hydraulic retention time - HRT) of 8 h was highest and the effluent COD was 179 mg/L. Then the
effluent was fed to constructed wetland to remove the remaining COD and TN for 11 days, the final effluent from the system
met the level B according to National Technical Regulations on Industrial Wastewater QCVN 40: 2011/BTNMT.
Keywords: Chitin processing wastewater, biological treatment, MBBR, constructed wetland.
I. ĐẶT VẤN ĐỀ
chitin [1]. Hiện nay, protein và khoáng sau khi tách
Công nghệ chế biến chitin đang phát triển
ra chưa được thu hồi mà đi vào trong nước thải
mạnh ở Việt Nam do nguồn phế liệu vỏ tôm dồi
nên nước thải chitin có nồng độ ô nhiễm hữu cơ và
dào, đặc biệt ở Đồng bằng Sông Cửu Long và các
các chất dinh dưỡng (N, P) cao, nếu không được
tỉnh duyên hải Nam Trung bộ. Trong quá trình sản
xử lý đúng mức thì sẽ gây ô nhiễm môi trường trầm
xuất chitin bao gồm hai công đoạn chính là tách
trọng cho các nguồn tiếp nhận. Do đó việc nghiên
protein và tách khoáng ra khỏi phế liệu để thu nhận
cứu tìm ra công nghệ xử lý thích hợp cho loại nước
Phạm Đình Hải: Lớp Cao học Công nghệ Sau thu hoạch 2009 - Trường Đại học Nha Trang
TS. Lê Hoàng Nghiêm: Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Tp. Hồ Chí Minh
3
PGS.TS. Trang Sĩ Trung: Trường Đại học Nha Trang
1
2
160 O TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC NHA TRANG
Taïp chí Khoa hoïc - Coâng ngheä Thuûy saûn
Soá 2/2012
thải này và đạt yêu cầu của các quy chuẩn môi
MBBR là 60% thể tích nước trong bể [2, 7]. Bể đất
trường hiện hành là rất cần thiết.
ngập nước kiến tạo trồng sậy với mật độ 12 bụi/m2
Công nghệ màng sinh học tầng chuyển động
[3, 4]. Các thiết bị cần thiết bao gồm: 1 máy bơm
(MBBR) đã được ứng dụng phổ biến trên thế giới
định lượng nước thải đầu vào, 1 môtơ khuấy trộn bể
để xử lý nhiều loại nước thải khác nhau ở mức độ ô
nhiễm cao, như nước thải nhà máy chế biến sữa [9],
nước thải đô thị [8], nước thải các nhà máy chế biến
thủy sản [2]. Ưu điểm của công nghệ MBBR này là
tốc độ phản ứng phân hủy sinh học chất thải cao,
vận hành ít phức tạp hơn so với quá trình bùn hoạt
tính, có khả năng vận hành ở tải trọng cao. Công
nghệ đất ngập nước kiến tạo đã được sử dụng để
xử lý bậc hai nước thải sinh hoạt, đô thị hoặc để
xử lý bậc ba (xử lý bổ sung) nước thải công nghiệp
nhằm mục đích tái sử dụng nước thải [3,4, 6]. Trong
nghiên cứu này, hiệu quả xử lý nước thải chế biến
MBBR kỵ khí và 1 máy thổi khí vào bể MBBR hiếu
khí. Hệ thống mô hình này được lắp đặt và vận hành
tại Cơ sở Chế biến phế liệu thủy sản, huyện Cam
Lâm, tỉnh Khánh Hòa.
Nước thải từ quá trình chế biến chitin của
Cơ sở Chế biến phế liệu thủy sản Cam Lâm sau
khi thu hồi protein (loại bỏ chất rắn lơ lững) được
lấy và chứa ở thùng chứa nước thải thô. Sau khi
điều chỉnh pH về khoảng 6,8 - 7,5 bằng dung dịch
NaOH được bơm định lượng bơm vào bể MBBR
kỵ khí từ dưới lên trên qua lớp giá thể động để
chất hữu cơ được phân hủy kỵ khí do màng vi sinh
vật bám dính trên giá thể động K3 trong bể này.
chitin trên hệ thống mô hình thí nghiệm gồm bể
Việc tăng các tải trọng hữu cơ (Organic Loading
MBBR kỵ khí nối tiếp với bể MBBR hiếu khí kết hợp
Rate - OLR) từ 3 lên 5, 7 và 9kgCOD/m3.ngày trong
với bể đất ngập nước kiến tạo được đánh giá.
nghiên cứu được điều chỉnh bằng cách điều chỉnh
II. NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP
NGHIÊN CỨU
1. Nguyên vật liệu
Nước thải sử dụng để nghiên cứu là nước
thải từ công nghệ sản xuất chitin cải tiến từ phế
liệu tôm sau khi đã thu hồi protein với các thông
số dao động ở mức: nồng độ COD 6000 ± 200
mg/L, nồng độ BOD 4000 ± 100 mg/L, nitơ tổng số
300 ± 10 mg/L. Giá thể sử dụng trong các bể
MBBR cho nghiên cứu này là giá thể Kaldnes
loại K3 làm từ polyetylen, với kích thước: đường
kính x chiều dài là 25mm x 10mm, diện tích bề
mặt hữu ích là 500 m2/m3, khối lượng riêng là
0,16 kg/dm3. Bể đất ngập nước kiến tạo sử dụng
cây sậy (Phragmites Australis) thu ở khu vực xã
Suối Tiên, huyện Diên Khánh, tỉnh Khánh Hòa.
2. Mô hình và phương pháp nghiên cứu
tăng lưu lượng của bơm định lượng. Nước thải sau
bể MBBR kỵ khí được tiếp tục dẫn vào bể MBBR
hiếu khí với thời gian lưu nước lần lượt là 6, 8 và
10 giờ. Trong bể này phần chất ô nhiễm hữu cơ
còn lại trong dòng nước thải ra từ bể MBBR kỵ khí
được phân hủy bằng các vi sinh vật hiếu khí bám
dính trên giá thể động K3. Cuối cùng, nước thải
được đưa đến xử lý hoàn thiện trong bể đất ngập
nước kiến tạo có thời gian lưu nước 11 ngày để
chất lượng nước đầu ra đạt giới hạn cho phép theo
mức B của Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước
thải công nghiệp QCVN 40:2011/BTNMT. Trước khi
thực hiện các tải trọng nghiên cứu trên hệ thống
mô hình được nuôi cấy thích nghi để tạo màng
biofilm trên giá thể ở các tải trọng nhỏ hơn từ 0,3
đế 0,5; 0,9 và 1,5kg COD/m3.ngày. Giai đoạn thích
nghi kết thúc khi màng biofilm đã hình thành và
nồng độ COD đầu ra ổn định không thay đổi nhiều.
Hệ thống mô hình thí nghiệm bố trí trong
Nước thải sau xử lý của các bể thí nghiệm được
nghiên cứu này được trình bày trong Hình 1, bao
lấy định kỳ 2 lần/tuần để phân tích đánh giá các
gồm một bể MBBR kỵ khí nối tiếp sau đó là bể
thông số ô nhiễm đặc trưng như COD và nitơ tổng
MBBR hiếu khí và cuối cùng là bể đất ngập nước
số (TN). Ở mỗi mức tải trọng hay thời gian lưu
kiến tạo. Các thông số thiết kế mô hình được trình
nước, bể xử lý được vận hành trong khoảng thời
bày ở Bảng 1. Thể tích giá thể K3 cho vào mỗi bể
gian từ 15 đến 20 ngày.
TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC NHA TRANG O 161
Taïp chí Khoa hoïc - Coâng ngheä Thuûy saûn
Soá 2/2012
Hình 1. Mô hình thí nghiệm xử lý nước thải chitin
I: Xử lý kỵ khí, II: Xử lý hiếu khí, III: Xử lý ở bể đất ngập nước kiến tạo. (1) Bơm định lượng, (2) Van lấy mẫu, (3) Giá thể động,
(4) Motor khuấy, (5) Máy thổi khí, (6) Van xả bùn, (7) Cây sậy.
Bảng 1. Các thông số thiết kế của mô hình thí nghiệm xử lý nước thải chitin
Thông số
Đơn vị
Bể
Kỵ khí
Hiếu khí
Ngăn lắng
Ngập nước kiến tạo
-
Arcrylic
Arcrylic
Arcrylic
Gạch xây
Chiều dài
cm
15
30
20
120
Chiều rộng
cm
15
20
10
60
Chiều cao
cm
100
30
30
80
Vật liệu
III. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
1. Giai đoạn tạo màng biofilm trên giá thể lơ lửng K3
Hình 2. Màng biofilm kỵ khí bám dính vào giá thể các ngày thứ 15 (1), 38 (2), 44 (3), 74 (4)
Màng biofilm kỵ khí: giai đoạn thích nghi và
hình thành màng sinh học (biofilm) trong bể MBBR
kỵ khí trải qua 75 ngày với các tải trọng COD
tăng dần: 0,3; 0,5; 0,9 và 1,5kg COD/m3.ngày
(Hình 2). Màng biofilm trên giá thể kỵ khí hình
thành chậm, trong các ngày đầu lớp màng mỏng
có màu đen sậm càng về sau lớp màng càng dày
và bền. Nồng độ TS trên giá thể kỵ khí vào ngày
thứ 15 là 160 ± 10mg/L và tăng đều các ngày còn
lại, các ngày cuối đạt ổn định là 1209 ± 7,1mg/L và
duy trì trong suốt quá trình vận hành tiếp theo.
162 O TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC NHA TRANG
Màng biofilm hiếu khí: Vận hành bể
MBBR hiếu khí với các tải trọng 0,05; 0,1 và
0,2 kgCOD/m3.ngày. Trong thời gian 60 ngày,
lớp màng biofilm hiếu khí được hình thành
gần như hoàn thiện, chắc chắn và có màu
nâu sậm (Hình 3). Nồng độ tổng rắn lơ lửng
(TS) trên giá thể tăng lên rất nhanh và đều đặng
từ 1048 ± 55 mg/L ở các ngày đầu và đạt ổn
định ở các ngày cuối vào khoảng 3000 mg/L,
màng biofilm trên giá thể hiếu khí rất dễ bị
bong tróc.
Taïp chí Khoa hoïc - Coâng ngheä Thuûy saûn
Soá 2/2012
Hình 3. Màng biofilm hiếu khí bám dính vào giá thể các ngày thứ 5 (1), 10 (2), 32 (3), 50 (4)
2. Giai đoạn vận hành mô hình MBBR kỵ khí với
các tải trọng nghiên cứu
Sau giai đoạn thích nghi, hệ thống mô hình thí
nghiệm được tiếp tục được vận hành ở các tải trọng
3,0; 5,0; 7,0 và 9,0 kg COD/m3.ngày. Đối với hiệu
quả khử COD (Hình 4) thì 3 tải trọng đầu có hiệu
quả khá tốt (85 - 88%), nồng độ COD đầu ra chỉ còn
lại 733 ± 2,1mg/L. Tuy nhiên hiệu quả xử lý COD ở
2 tải trọng đầu tiên các ngày cuối tăng rất chậm và
thậm chí còn giảm, nguyên nhân là do quá trình lưu
nước dài thì sẽ xảy ra quá trình hô hấp nội bào do
vi sinh vật thiếu thức ăn. Đối với tải trọng OLR = 7
kg COD/m3.ngày, hiệu quả xử lý tăng rất đều và đạt
trên 90% và ổn định cho các ngày cuối trong thời
gian vận hành ở tải trọng này. Ở tải trọng cao nhất,
OLR = 9kg COD/m3.ngày, thì hiệu quả xử lý cao
nhất chỉ 60% và đầu ra thấp nhất là 2402 ± 5,6mg/L.
Như vậy, dựa trên kết quả vận hành với 4 tải trọng
OLR khác nhau ta có thể thấy rằng tải trọng thích
hợp cho quá trình kỵ khí là 7kg COD/m3.ngày tương
ứng với thời gian lưu nước trong bể kỵ khí là 21 giờ
và nước thải đầu ra ở tải trọng này được sử dụng
cho việc vận hành bể MBBR hiếu khí phía sau.
Hình 4. Biến thiên nồng độ COD và hiệu quả xử lý H% ở
các tải trọng của mô hình MBBR kỵ khí
3. Giai đoạn vận hành mô hình MBBR kỵ khí nối
tiếp hiếu khí
Sau khi vận hành và lựa chọn tải trọng thích
hợp cho bể MBBR kỵ khí, ta vận hành mô hình này
ổn định ở tải trọng OLR = 7 kg COD/m3.ngày và
khảo sát hiệu quả xử lý của bể MBBR hiếu khí với
các thời gian lưu nước là 6, 8, và 10 giờ. Kết quả
vận hành bể MBBR kỵ khí nối tiếp bể MBBR hiếu khí
được trình bày ở các Hình 5, 6 và 7.
Đối với thời gian lưu nước 10 giờ ở bể MBBR
hiếu khí, nồng độ COD đầu ra dao động trong
khoảng 192 - 202mg/L, tương ứng hiệu quả xử lý
COD đạt ổn định trong khoảng 75 - 76%. Hiệu quả
xử lý TN tăng dần và vào cuối thời điểm vận hành
là 82% với nồng độ TN đầu ra là 190 - 215mg/L.
Nồng độ BOD5 đầu ra dao động trong khoảng 75 78mg/L, tương ứng hiệu quả xử lý BOD5 dao động
trong khoảng 80 - 82%.
Hình 5. Biến thiên nồng độ COD và hiệu quả xử lý H% của bể MBBR kỵ khí nối tiếp bể MBBR hiếu khí với
các thời gian lưu nước khác nhau
TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC NHA TRANG O 163
Taïp chí Khoa hoïc - Coâng ngheä Thuûy saûn
Đối với thời gian lưu nước 8 giờ thì hiệu
quả xử lý COD, BOD 5 và TN là rất tốt. Nồng độ
COD, BOD 5 và TN trung bình đầu ra lần lượt
175 mg/L, 79mg/L và 38mg/L. Hiệu suất khử
COD là 78%, khử BOD 5 là 81% và khử TN là
Soá 2/2012
83%. Đây là thời gian lưu nước thích hợp cho
mô hình MBBR kỵ khí nối tiếp MBBR hiếu khí
vì hiệu quả xử lý COD, TN, BOD 5 đều tăng đều
và cho giá trị nồng độ đầu ra của các chỉ tiêu
nhỏ nhất.
Hình 6. Biến thiên nồng độ BOD5 và hiệu quả xử lý của bể MBBR kỵ khí nối tiếp bể MBBR hiếu khí với
các thời gian lưu nước khác nhau
Khi thời gian lưu nước còn lại 6 giờ thì hiệu
quả khử COD, BOD5, TN giảm dần, đối với chỉ tiêu
COD hiệu quả xử lý cao nhất chỉ 57%, BOD5 là
59%, TN là 58% và đầu ra rất cao vượt xa mức loại
B của quy chuẩn QCVN 40:2011/BTNMT (COD là
361 ± 3,5mg/L, BOD5 là 184 ± 4,2mg/L, TN là 53
± 0,9mg/L). Nguyên nhân là do thời gian lưu nước
ngắn nên vi sinh vật không có khả năng khử đồng
thời chất hữu cơ và nitơ. Như vậy đối với mô hình
MBBR kỵ khí nối tiếp MBBR hiếu khí chỉ có khả
năng làm việc hiệu quả ở thời gian lưu nước là 8
giờ.
Hình 7. Biến thiên nồng độ TN và hiệu quả xử lý của bể MBBR kỵ khí nối tiếp bể MBBR hiếu khí với
các thời gian lưu nước khác nhau
4. Giai đoạn vận hành mô hình đất ngập nước
trồng cây sậy
Kết quả vận hành bể thí nghiệm đất ngập
nước kiến tạo được trình bày trên Hình 8 và 9.
Nồng độ COD và TN trung bình trong nước thải
sau bể này lần lượt là 76mg/L và 14mg/L. Điều
này cho thấy mô hình đất ngập nước trồng cây
Hình 8. Biến thiên nồng độ COD và hiệu quả
xử lý mô hình đất ngập nước kiến tạo
164 O TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC NHA TRANG
sậy cho hiệu quả xử lý COD và TN rất tốt và
tăng đều, hiệu quả khử COD và TN ở cuối thời
điểm vận hành lần lượt là 57% và 62%. Các chỉ
tiêu ô nhiễm trong nước đầu ra đạt giới hạn cho
phép theo mức B của Quy chuẩn kỹ thuật quốc
gia về nước thải công nghiệp QCVN 40:2011/
BTNMT.
Hình 9. Biến thiên nồng độ TN và hiệu quả
xử lý mô hình đất ngập nước kiến tạo
nguon tai.lieu . vn
Soá 2/2012
KEÁT QUAÛ NGHIEÂN CÖÙU ÑAØO TAÏO SAU ÑAÏI HOÏC
XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHẾ BIẾN CHITIN BẰNG CÔNG NGHỆ
MÀNG SINH HỌC TẦNG CHUYỂN ĐỘNG KẾT HỢP
VỚI BỂ ĐẤT NGẬP NƯỚC KIẾN TẠO
CHITIN PROCESSING WASTEWATER TREATMENT BY MOVING BED BIOFILM REACTOR COMBINED WITH CONSTRUCTED WETLAND
Phạm Đình Hải1, Lê Hoàng Nghiêm2, Trang Sĩ Trung3
Ngày nhận bài: 16/01/2012; Ngày phản biện thông qua: 05/06/2012; Ngày duyệt đăng: 10/06/2012
TÓM TẮT
Nước thải từ công nghệ sản xuất chitin sau khi đã thu hồi protein được nghiên cứu xử lý bằng phương pháp sinh học
áp dụng công nghệ màng sinh học tầng chuyển động (Moving Bed Bio-Reactor - MBBR) kết hợp với bể đất ngập nước kiến
tạo (Constructed Wetland - CW). Kết quả nghiên cứu cho thấy thời gian cần thiết để màng sinh học hình thành và phát triển
ổn định trên giá thể động trong bể MBBR kỵ khí là 75 ngày và đối với bể MBBR hiếu khí là 60 ngày. Sau khi đạt trạng thái
ổn định, hiệu quả xử lý của bể MBBR kỵ khí cao nhất ở tải trọng hữu cơ (OLR) là 7 kgCOD/m3ngày và COD trong nước thải
đầu ra giảm còn 795 mg/L. Nồng độ COD đầu ra thấp nhất của nước thải sau khi xử lý bể MBBR kỵ khí nối tiếp bể MBBR
hiếu khí là 179 mg/L tương ứng với thời gian lưu nước (Hydraulic retention time - HRT) là 8 giờ. Tiếp theo nước thải được
xử lý bậc hai bằng bể đất ngập nước kiết tạo với thời gian lưu nước 11 ngày để đạt được giá trị cho phép theo mức B của
Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp QCVN 40:2011/BTNMT.
Từ khóa: nước thải sản xuất chitin, xử lý sinh học, công nghệ MBBR, đất ngập nước kiến tạo.
ABSRACT
Chitin processing wastewater treated by Moving Bed Biofilm Reactor technology (MBBR) combined with
Constructed Wetland was studied. Biofilm growth reached stable state after 75 days and 60 days for the anaerobic MBBR
tank and for aerobic MBBR tank, respectively. After reaching steady state, treatment efficiency of the anaerobic MBBR tank
highest rate of OLR = 7 kg COD/m3. day, and outlet COD reduced to 795 mg/L. The effective treatment of aerobic MBBR
with the retention time (Hydraulic retention time - HRT) of 8 h was highest and the effluent COD was 179 mg/L. Then the
effluent was fed to constructed wetland to remove the remaining COD and TN for 11 days, the final effluent from the system
met the level B according to National Technical Regulations on Industrial Wastewater QCVN 40: 2011/BTNMT.
Keywords: Chitin processing wastewater, biological treatment, MBBR, constructed wetland.
I. ĐẶT VẤN ĐỀ
chitin [1]. Hiện nay, protein và khoáng sau khi tách
Công nghệ chế biến chitin đang phát triển
ra chưa được thu hồi mà đi vào trong nước thải
mạnh ở Việt Nam do nguồn phế liệu vỏ tôm dồi
nên nước thải chitin có nồng độ ô nhiễm hữu cơ và
dào, đặc biệt ở Đồng bằng Sông Cửu Long và các
các chất dinh dưỡng (N, P) cao, nếu không được
tỉnh duyên hải Nam Trung bộ. Trong quá trình sản
xử lý đúng mức thì sẽ gây ô nhiễm môi trường trầm
xuất chitin bao gồm hai công đoạn chính là tách
trọng cho các nguồn tiếp nhận. Do đó việc nghiên
protein và tách khoáng ra khỏi phế liệu để thu nhận
cứu tìm ra công nghệ xử lý thích hợp cho loại nước
Phạm Đình Hải: Lớp Cao học Công nghệ Sau thu hoạch 2009 - Trường Đại học Nha Trang
TS. Lê Hoàng Nghiêm: Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Tp. Hồ Chí Minh
3
PGS.TS. Trang Sĩ Trung: Trường Đại học Nha Trang
1
2
160 O TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC NHA TRANG
Taïp chí Khoa hoïc - Coâng ngheä Thuûy saûn
Soá 2/2012
thải này và đạt yêu cầu của các quy chuẩn môi
MBBR là 60% thể tích nước trong bể [2, 7]. Bể đất
trường hiện hành là rất cần thiết.
ngập nước kiến tạo trồng sậy với mật độ 12 bụi/m2
Công nghệ màng sinh học tầng chuyển động
[3, 4]. Các thiết bị cần thiết bao gồm: 1 máy bơm
(MBBR) đã được ứng dụng phổ biến trên thế giới
định lượng nước thải đầu vào, 1 môtơ khuấy trộn bể
để xử lý nhiều loại nước thải khác nhau ở mức độ ô
nhiễm cao, như nước thải nhà máy chế biến sữa [9],
nước thải đô thị [8], nước thải các nhà máy chế biến
thủy sản [2]. Ưu điểm của công nghệ MBBR này là
tốc độ phản ứng phân hủy sinh học chất thải cao,
vận hành ít phức tạp hơn so với quá trình bùn hoạt
tính, có khả năng vận hành ở tải trọng cao. Công
nghệ đất ngập nước kiến tạo đã được sử dụng để
xử lý bậc hai nước thải sinh hoạt, đô thị hoặc để
xử lý bậc ba (xử lý bổ sung) nước thải công nghiệp
nhằm mục đích tái sử dụng nước thải [3,4, 6]. Trong
nghiên cứu này, hiệu quả xử lý nước thải chế biến
MBBR kỵ khí và 1 máy thổi khí vào bể MBBR hiếu
khí. Hệ thống mô hình này được lắp đặt và vận hành
tại Cơ sở Chế biến phế liệu thủy sản, huyện Cam
Lâm, tỉnh Khánh Hòa.
Nước thải từ quá trình chế biến chitin của
Cơ sở Chế biến phế liệu thủy sản Cam Lâm sau
khi thu hồi protein (loại bỏ chất rắn lơ lững) được
lấy và chứa ở thùng chứa nước thải thô. Sau khi
điều chỉnh pH về khoảng 6,8 - 7,5 bằng dung dịch
NaOH được bơm định lượng bơm vào bể MBBR
kỵ khí từ dưới lên trên qua lớp giá thể động để
chất hữu cơ được phân hủy kỵ khí do màng vi sinh
vật bám dính trên giá thể động K3 trong bể này.
chitin trên hệ thống mô hình thí nghiệm gồm bể
Việc tăng các tải trọng hữu cơ (Organic Loading
MBBR kỵ khí nối tiếp với bể MBBR hiếu khí kết hợp
Rate - OLR) từ 3 lên 5, 7 và 9kgCOD/m3.ngày trong
với bể đất ngập nước kiến tạo được đánh giá.
nghiên cứu được điều chỉnh bằng cách điều chỉnh
II. NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP
NGHIÊN CỨU
1. Nguyên vật liệu
Nước thải sử dụng để nghiên cứu là nước
thải từ công nghệ sản xuất chitin cải tiến từ phế
liệu tôm sau khi đã thu hồi protein với các thông
số dao động ở mức: nồng độ COD 6000 ± 200
mg/L, nồng độ BOD 4000 ± 100 mg/L, nitơ tổng số
300 ± 10 mg/L. Giá thể sử dụng trong các bể
MBBR cho nghiên cứu này là giá thể Kaldnes
loại K3 làm từ polyetylen, với kích thước: đường
kính x chiều dài là 25mm x 10mm, diện tích bề
mặt hữu ích là 500 m2/m3, khối lượng riêng là
0,16 kg/dm3. Bể đất ngập nước kiến tạo sử dụng
cây sậy (Phragmites Australis) thu ở khu vực xã
Suối Tiên, huyện Diên Khánh, tỉnh Khánh Hòa.
2. Mô hình và phương pháp nghiên cứu
tăng lưu lượng của bơm định lượng. Nước thải sau
bể MBBR kỵ khí được tiếp tục dẫn vào bể MBBR
hiếu khí với thời gian lưu nước lần lượt là 6, 8 và
10 giờ. Trong bể này phần chất ô nhiễm hữu cơ
còn lại trong dòng nước thải ra từ bể MBBR kỵ khí
được phân hủy bằng các vi sinh vật hiếu khí bám
dính trên giá thể động K3. Cuối cùng, nước thải
được đưa đến xử lý hoàn thiện trong bể đất ngập
nước kiến tạo có thời gian lưu nước 11 ngày để
chất lượng nước đầu ra đạt giới hạn cho phép theo
mức B của Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước
thải công nghiệp QCVN 40:2011/BTNMT. Trước khi
thực hiện các tải trọng nghiên cứu trên hệ thống
mô hình được nuôi cấy thích nghi để tạo màng
biofilm trên giá thể ở các tải trọng nhỏ hơn từ 0,3
đế 0,5; 0,9 và 1,5kg COD/m3.ngày. Giai đoạn thích
nghi kết thúc khi màng biofilm đã hình thành và
nồng độ COD đầu ra ổn định không thay đổi nhiều.
Hệ thống mô hình thí nghiệm bố trí trong
Nước thải sau xử lý của các bể thí nghiệm được
nghiên cứu này được trình bày trong Hình 1, bao
lấy định kỳ 2 lần/tuần để phân tích đánh giá các
gồm một bể MBBR kỵ khí nối tiếp sau đó là bể
thông số ô nhiễm đặc trưng như COD và nitơ tổng
MBBR hiếu khí và cuối cùng là bể đất ngập nước
số (TN). Ở mỗi mức tải trọng hay thời gian lưu
kiến tạo. Các thông số thiết kế mô hình được trình
nước, bể xử lý được vận hành trong khoảng thời
bày ở Bảng 1. Thể tích giá thể K3 cho vào mỗi bể
gian từ 15 đến 20 ngày.
TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC NHA TRANG O 161
Taïp chí Khoa hoïc - Coâng ngheä Thuûy saûn
Soá 2/2012
Hình 1. Mô hình thí nghiệm xử lý nước thải chitin
I: Xử lý kỵ khí, II: Xử lý hiếu khí, III: Xử lý ở bể đất ngập nước kiến tạo. (1) Bơm định lượng, (2) Van lấy mẫu, (3) Giá thể động,
(4) Motor khuấy, (5) Máy thổi khí, (6) Van xả bùn, (7) Cây sậy.
Bảng 1. Các thông số thiết kế của mô hình thí nghiệm xử lý nước thải chitin
Thông số
Đơn vị
Bể
Kỵ khí
Hiếu khí
Ngăn lắng
Ngập nước kiến tạo
-
Arcrylic
Arcrylic
Arcrylic
Gạch xây
Chiều dài
cm
15
30
20
120
Chiều rộng
cm
15
20
10
60
Chiều cao
cm
100
30
30
80
Vật liệu
III. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
1. Giai đoạn tạo màng biofilm trên giá thể lơ lửng K3
Hình 2. Màng biofilm kỵ khí bám dính vào giá thể các ngày thứ 15 (1), 38 (2), 44 (3), 74 (4)
Màng biofilm kỵ khí: giai đoạn thích nghi và
hình thành màng sinh học (biofilm) trong bể MBBR
kỵ khí trải qua 75 ngày với các tải trọng COD
tăng dần: 0,3; 0,5; 0,9 và 1,5kg COD/m3.ngày
(Hình 2). Màng biofilm trên giá thể kỵ khí hình
thành chậm, trong các ngày đầu lớp màng mỏng
có màu đen sậm càng về sau lớp màng càng dày
và bền. Nồng độ TS trên giá thể kỵ khí vào ngày
thứ 15 là 160 ± 10mg/L và tăng đều các ngày còn
lại, các ngày cuối đạt ổn định là 1209 ± 7,1mg/L và
duy trì trong suốt quá trình vận hành tiếp theo.
162 O TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC NHA TRANG
Màng biofilm hiếu khí: Vận hành bể
MBBR hiếu khí với các tải trọng 0,05; 0,1 và
0,2 kgCOD/m3.ngày. Trong thời gian 60 ngày,
lớp màng biofilm hiếu khí được hình thành
gần như hoàn thiện, chắc chắn và có màu
nâu sậm (Hình 3). Nồng độ tổng rắn lơ lửng
(TS) trên giá thể tăng lên rất nhanh và đều đặng
từ 1048 ± 55 mg/L ở các ngày đầu và đạt ổn
định ở các ngày cuối vào khoảng 3000 mg/L,
màng biofilm trên giá thể hiếu khí rất dễ bị
bong tróc.
Taïp chí Khoa hoïc - Coâng ngheä Thuûy saûn
Soá 2/2012
Hình 3. Màng biofilm hiếu khí bám dính vào giá thể các ngày thứ 5 (1), 10 (2), 32 (3), 50 (4)
2. Giai đoạn vận hành mô hình MBBR kỵ khí với
các tải trọng nghiên cứu
Sau giai đoạn thích nghi, hệ thống mô hình thí
nghiệm được tiếp tục được vận hành ở các tải trọng
3,0; 5,0; 7,0 và 9,0 kg COD/m3.ngày. Đối với hiệu
quả khử COD (Hình 4) thì 3 tải trọng đầu có hiệu
quả khá tốt (85 - 88%), nồng độ COD đầu ra chỉ còn
lại 733 ± 2,1mg/L. Tuy nhiên hiệu quả xử lý COD ở
2 tải trọng đầu tiên các ngày cuối tăng rất chậm và
thậm chí còn giảm, nguyên nhân là do quá trình lưu
nước dài thì sẽ xảy ra quá trình hô hấp nội bào do
vi sinh vật thiếu thức ăn. Đối với tải trọng OLR = 7
kg COD/m3.ngày, hiệu quả xử lý tăng rất đều và đạt
trên 90% và ổn định cho các ngày cuối trong thời
gian vận hành ở tải trọng này. Ở tải trọng cao nhất,
OLR = 9kg COD/m3.ngày, thì hiệu quả xử lý cao
nhất chỉ 60% và đầu ra thấp nhất là 2402 ± 5,6mg/L.
Như vậy, dựa trên kết quả vận hành với 4 tải trọng
OLR khác nhau ta có thể thấy rằng tải trọng thích
hợp cho quá trình kỵ khí là 7kg COD/m3.ngày tương
ứng với thời gian lưu nước trong bể kỵ khí là 21 giờ
và nước thải đầu ra ở tải trọng này được sử dụng
cho việc vận hành bể MBBR hiếu khí phía sau.
Hình 4. Biến thiên nồng độ COD và hiệu quả xử lý H% ở
các tải trọng của mô hình MBBR kỵ khí
3. Giai đoạn vận hành mô hình MBBR kỵ khí nối
tiếp hiếu khí
Sau khi vận hành và lựa chọn tải trọng thích
hợp cho bể MBBR kỵ khí, ta vận hành mô hình này
ổn định ở tải trọng OLR = 7 kg COD/m3.ngày và
khảo sát hiệu quả xử lý của bể MBBR hiếu khí với
các thời gian lưu nước là 6, 8, và 10 giờ. Kết quả
vận hành bể MBBR kỵ khí nối tiếp bể MBBR hiếu khí
được trình bày ở các Hình 5, 6 và 7.
Đối với thời gian lưu nước 10 giờ ở bể MBBR
hiếu khí, nồng độ COD đầu ra dao động trong
khoảng 192 - 202mg/L, tương ứng hiệu quả xử lý
COD đạt ổn định trong khoảng 75 - 76%. Hiệu quả
xử lý TN tăng dần và vào cuối thời điểm vận hành
là 82% với nồng độ TN đầu ra là 190 - 215mg/L.
Nồng độ BOD5 đầu ra dao động trong khoảng 75 78mg/L, tương ứng hiệu quả xử lý BOD5 dao động
trong khoảng 80 - 82%.
Hình 5. Biến thiên nồng độ COD và hiệu quả xử lý H% của bể MBBR kỵ khí nối tiếp bể MBBR hiếu khí với
các thời gian lưu nước khác nhau
TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC NHA TRANG O 163
Taïp chí Khoa hoïc - Coâng ngheä Thuûy saûn
Đối với thời gian lưu nước 8 giờ thì hiệu
quả xử lý COD, BOD 5 và TN là rất tốt. Nồng độ
COD, BOD 5 và TN trung bình đầu ra lần lượt
175 mg/L, 79mg/L và 38mg/L. Hiệu suất khử
COD là 78%, khử BOD 5 là 81% và khử TN là
Soá 2/2012
83%. Đây là thời gian lưu nước thích hợp cho
mô hình MBBR kỵ khí nối tiếp MBBR hiếu khí
vì hiệu quả xử lý COD, TN, BOD 5 đều tăng đều
và cho giá trị nồng độ đầu ra của các chỉ tiêu
nhỏ nhất.
Hình 6. Biến thiên nồng độ BOD5 và hiệu quả xử lý của bể MBBR kỵ khí nối tiếp bể MBBR hiếu khí với
các thời gian lưu nước khác nhau
Khi thời gian lưu nước còn lại 6 giờ thì hiệu
quả khử COD, BOD5, TN giảm dần, đối với chỉ tiêu
COD hiệu quả xử lý cao nhất chỉ 57%, BOD5 là
59%, TN là 58% và đầu ra rất cao vượt xa mức loại
B của quy chuẩn QCVN 40:2011/BTNMT (COD là
361 ± 3,5mg/L, BOD5 là 184 ± 4,2mg/L, TN là 53
± 0,9mg/L). Nguyên nhân là do thời gian lưu nước
ngắn nên vi sinh vật không có khả năng khử đồng
thời chất hữu cơ và nitơ. Như vậy đối với mô hình
MBBR kỵ khí nối tiếp MBBR hiếu khí chỉ có khả
năng làm việc hiệu quả ở thời gian lưu nước là 8
giờ.
Hình 7. Biến thiên nồng độ TN và hiệu quả xử lý của bể MBBR kỵ khí nối tiếp bể MBBR hiếu khí với
các thời gian lưu nước khác nhau
4. Giai đoạn vận hành mô hình đất ngập nước
trồng cây sậy
Kết quả vận hành bể thí nghiệm đất ngập
nước kiến tạo được trình bày trên Hình 8 và 9.
Nồng độ COD và TN trung bình trong nước thải
sau bể này lần lượt là 76mg/L và 14mg/L. Điều
này cho thấy mô hình đất ngập nước trồng cây
Hình 8. Biến thiên nồng độ COD và hiệu quả
xử lý mô hình đất ngập nước kiến tạo
164 O TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC NHA TRANG
sậy cho hiệu quả xử lý COD và TN rất tốt và
tăng đều, hiệu quả khử COD và TN ở cuối thời
điểm vận hành lần lượt là 57% và 62%. Các chỉ
tiêu ô nhiễm trong nước đầu ra đạt giới hạn cho
phép theo mức B của Quy chuẩn kỹ thuật quốc
gia về nước thải công nghiệp QCVN 40:2011/
BTNMT.
Hình 9. Biến thiên nồng độ TN và hiệu quả
xử lý mô hình đất ngập nước kiến tạo