Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng sinh khối và hàm lượng COD đầu vào đến hiệu quả xử lý nước thải có chứa tinh bột bằng hệ thống Aeroten

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên | 92 NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA HÀM LƯỢNG SINH KHỐI VÀ HÀM LƯỢNG COD ĐẦU VÀO ĐẾN HIỆU QUẢ XỬ LÝ NƯỚC THẢI CÓ CHỨA TINH BỘT BẰNG HỆ THỐNG AEROTEN Phạm Hương Quỳnh* Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp - ĐH Thái Nguyên TÓM TẮT Nƣớc thải một số ngành chế biến rau củ có hàm lƣợng ô nhiễm không lớn có COD từ 800mg/l- 2000mg/l. Để có hệ thống xử lý hiệu quả và tiết kiệm năng lƣợng và hƣớng tới phát triển bền vững, nghiên cứu xử lý nƣớc thải này bằng phƣơng pháp sinh học là phù hợp. Xử lý bằng hệ thống sinh học hiếu khí Aeroten tối ƣu khi xác định đƣợc tải trọng COD và hàm lƣợng sinh khối trong bể phản ứng Aeroten. Tiến hành các thí nghiệm cố định sinh khối từ 1500 – 1700 mg/l, với hàm lƣợng COD dòng vào thay đổi từ 800 – 1400 mg/l, kết quả cho thấy với COD đầu vào là 900-1000 mg/l hiệu quả xử lý tối ƣu. Cố định COD đầu vào là 1000 mg/l. Hàm lƣợng sinh khối đầu vào thay đổi từ 1100 – 2000 mg/l. Kết quả thu đƣợc từ các thí nghiệm là: Hàm lƣợng sinh khối 1500 – 1700mg/l cho hiệu quả xử lý tốt nhất. Từ khóa: Aeroten, Xử lý nước thải, Xử lý nước thải tinh bột.  ĐẶT VẤN ĐỀ Nƣớc thải có chứa tinh bột nhƣ nƣớc thải nhà máy tinh bột sắn, nhà máy chế biến bột đao, các nhà máy chiên sấy hoa củ quả. Nƣớc thải có chứa hàm lƣợng COD cao, do lƣợng tinh bột dƣ thừa còn lại trong nƣớc thải. Nƣớc thải thải ra môi trƣờng sẽ làm ảnh hƣởng nghiêm trọng tới hệ sinh thái và con ngƣời sống quanh khu vực ngƣời tiếp nhận. Xử l‎ý nƣớc thải bằng phƣơng pháp sinh học đang là một xu thế để góp phần vào phát triển bền vững Đề tài: Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng sinh khối và hàm lượng COD đầu vào đến hiệu quả xử lý của nước thải có chứa tinh bột bằng hệ thống Aeroten. đã đƣợc thực hiện tại Viện khoa học Công nghệ Môi trƣờng Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà nội mục đích là nghiên cứu và tìm ra cơ sở khoa học để có thể xử l‎ý nƣớc thải một cách có hiệu quả và tiết kiệm năng lƣợng.  Tel: CƠ SỞ NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG COD VÀ HÀM LƢỢNG SINH KHỐI ĐẾN HIỆU QUẢ XỬ L Ý NƢỚC THẢI CÓ CHỨA TINH BỘT Xử l‎ý nƣớc thải bên cạnh hiệu xuất xử l‎ý‎ cao vấn để hiệu quả về kinh tế cần phải hợp l‎ý. Xác định hàm lƣợng bùn hoạt tính trong bể, và hàm lƣợng COD vào bể phản ứng có vai trò rất quan trọng để thời gian xử l‎ý‎ tối ƣu và tốc độ tăng sinh khối trong bể phản ứng phù hợp và hiệu quả xử l‎ý cao. - Lựa chọn nước thải Nƣớc thải từ công nghệ chế biến khoai tây thƣờng có hàm lƣợng BOD5 biến động từ 500-1200 mg/l có thể xử lý bằng phƣơng pháp hiếu khí. Theo Bischof, nƣớc thải chế biến khoai tây với Châu Âu có BOD5 có thể lên tới 1500-2500mg/l cá biệt có thể lên đến 5000mg/l và đƣợc xử lý yếm khí [6] nƣớc thải này có dải ô nhiễm dài nên đƣợc chọn là đối tƣợng nghiên cứu. Nƣớc thải sản xuất của Công ty chế biến khoai tây chiên (Công ty TNHH An Lạc Bắc Phạm Hƣơng Quỳnh Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 74(12): 92 - 96 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên | 93 Ninh) có hàm lƣợng BOD5 biến động trong khoảng 400-600mg/l. - Tác nhân sinh học Sinh khối trong bể phản ứng đƣợc phân lập tại Viện khoa học Công nghệ môi trƣờng, Trƣờng ĐH Bách khoa Hà Nội. gồm các chủng vi sinh Các nhóm vi khuẩn hô hấp hiếu khí: Pseudomonas putida, Pseudomonas stuzeri, Aerobacter aerogenes,Bacillus subtilis, Nitrosomonas. Các nhóm vi khuẩn hô hấp tuỳ tiện: Rhodopseudomonas, Cellulomonas bizotera, NitrobacterMicrothrix và Thiothrix. Các nhóm nguyên sinh động vật: Ciliatae (trùng tơ) Flagellatae (trùng roi) [4] Mô hình thí nghiệm đƣợc lựa chọn là xử lý hiếu khí bằng hệ thống Aeroten. Hình 1. Sơ đồ hệ thống Aeroten thực nghiệm 3. Bể Aeroten 7. Van tuần hoàn bùn 4.Khoang Lắng 8. Bơm khí 9. HT phân phối khí - Vận hành Nƣớc thải từ thùng cao vị (1) đƣợc cấp liên tục vào bể oxy hoá (3). Không khí đƣợc cấp vào thiết bị nhờ bơm (8) và đƣợc phân phối đều ở đáy thiết bị. Việc cấp khí có tác dụng cung cấp O2 cho quá trình oxy hoá và xáo trộn hỗn hợp nƣớc thải trong bể. Bùn hoạt tính dạng bông sinh học lơ lửng tạo độ đồng nhất trong bể. Khoang lắng (4) đƣợc bố trí liên hợp với khoang oxy hoá. Hỗn hợp sau khi xử lý chảy sang ngăn lắng. Bùn đƣợc lắng nhờ lực trọng trƣờng, nƣớc trong thoát ra qua van chảy tràn (6)( hình 5). Các tấm lắng (5) sẽ ngăn bùn nổi hoặc cuốn theo nƣớc, bùn lắng sẽ đƣợc lắng ở đáy khoang lắng (4) và đƣợc bơm tuần hoàn một phần trở lại bể phản ứng (3). Cứ 2giờ lấy mẫu một lần để nghiên cứu ảnh hƣởng. Đối tƣợng nƣớc thải nghiên cứu: Nƣớc thải Công ty chế biến khoai tây An Lạc-Bắc Ninh. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN Bảng 1. Đặc trƣng nƣớc thải công ty chế biến khoai tây An Lạc - Bắc Ninh pH COD (mg/l) BOD5 (mg/l) SS (mg/l) Tổng N (mg/l) Tổng P (mg/l) 5,91- 6,33 833- 1.125 420- 660 1708- 2245 28-55 0,98- 0,49 Nghiên cứu ảnh hưởng của tương tác F/M Hiệu quả của quá trình oxi hoá đƣợc quyết định bởi hàm lƣợng bùn hoạt tính trong bể phản ứng. Vì vậy xác định đƣợc một hàm lƣợng bùn tối ƣu trong bể là rất cần thiết. - Nếu F/M >1, dƣ thừa chất dinh dƣỡng, vi sinh vật sẽ phát triển rất nhanh, sinh khối tăng mạnh, vi khuẩn không kịp tạo nha bào nên khả năng kết dính kém làm cho bùn khó lắng.[3] - Nếu F/M <<1, môi trƣờng nghèo dinh dƣỡng, vi khuẩn dạng sợi phát triển (vi khuẩn dạng sợi chịu đƣợc môi trƣờng nghèo dinh dƣỡng) làm cho bùn xốp (hiện tƣợng phồng bùn), khó lắng..[3] Các thí nghiệm đƣợc tiến hành với các tỷ lệ F/M trong khoảng: 0,4 0,5; 0,6; 0,7; 0,8 và 0,9 (bảng 2.) Với mục tiêu xử lý hiệu xuất đạt cao và hiệu quả tăng sinh khối là nhỏ nhất, các thí nghiệm đã tiến hành với tỷ lệ F/M tối ƣu nhất là 0,61- 0,67 và ở tỷ lệ này hiệu xuất sử lý đạt 93,15% hiệu xuất tăng sinh khối là 26,35% . So với các thí nghiệm có F/M bằng 0,41-0,49 hiệu quả xử lý thấp hơn 6,8 % song tốc độ tăng sinh khối của thí nghiêm ngày tăng 1,76 %, thời gian xử lý từ 9-9,8 giờ. Khi hàm lƣợng sinh khối tăng quá nhiều sẽ làm tăng chi phí cấp khí và xử lý bùn dƣ, mặt khác thời gian xử lý quá lớn diện tích bể phản ứng lớn tăng chí phí đầu tƣ. Phạm Hƣơng Quỳnh Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 74(12): 92 - 96 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên | 94 Khi F/M =0,71- 0,78 và 0,8-0,92 hiệu quả xử lý trên 90% thời gian lƣu ngắn nhƣng hiệu quả tăng sinh khối quá cao Vậy đối với thí nghiệm này tỷ lệ F/M tƣơng ứng 0,54 - 0,67 là tỷ lệ tối ƣu. Bảng 2. Sự tƣơng tác F/M trong các thí nghiệm F/M 0,41- 0,49 0,54- 0,57 0,61- 0,67 0,71- 0,78 0,80- 0,92 YCOD(%) 86,35 93,62 93,15 93,30 90,31 YSK (%) 28,08 27,15 26,32 31,89 38,13 t (h) 9-9,8 7,2- 7,5 6-6,5 5.8- 6.2 4-4.9 Ảnh hưởng của COD dòng vào đến hiệu quả xử lý Từ kết quả nghiên cứu tỷ lệ F/M xác định lƣợng sinh khối tối ƣu trong bể Aeroten 1500 -1700 mg/l. Các thí nghiệm tiến hành cố định sinh khối 1500 -1700 mg/l cho các thí nghiệm ảnh hƣởng của COD dòng vào. Các thí nghiệm đƣợc tiến hành : COD vào 800 – 1400; SSvào = 1500-1700 mg/l ; Hiệu quả khử COD thể hiện trong bảng 3. Kết quả nghiên cứu COD trong tất cả các thí nghiệm giảm rất nhanh ngay sau 2 giờ đầu tiên. - CODv = 817 hiệu xuất xử lý sau hai giờ là 75,03%, và đạt 94,12% sau 6h xử lý, hiệu quả tạo sinh khối là 26,79%. Bảng 3. Ảnh hƣởng của COD vào đến hiệu quả xử lý COD (mg/l) T xử lý 817 998 1206 1266 0 817 998 1206 1266 2 204 298 357 477 4 156 148 184 249 6 48 62 86 137 8 - - - 118 10 - - - 98 YCOD(%) 94,12 93,78 92,87 92,82 YSK(%) 26,79 26,49 28,04 31,75 - Với CODv = 998 hiệu xuất xử lý sau 6h là 93,78%, Hiệu xuất xử lý ở thí nghiệm này có giảm 0,34% nhƣng tải lƣợng CODvào ở thí nghiệm này lớn hơn 22% và hiệu quả tăng sinh khối là 26,49%. - Khi tăng hàm lƣợng COD lên tới khoảng 1206 mg/l với tỷ lệ COD/SS = 0,71 hiệu xuất xử lý không thay đổi nhiều sau 6h ( YCOD = 92,87%). Nhƣng ở thí nhiệm này bắt đầu có chiều hƣớng tăng sinh khối 2,36% do lƣợng thức ăn dƣ thừa làm cho hàm lƣợng sinh khối tăng lên. - CODv = 1364 hiệu xuất xử lý sau 6h COD = 137 mg/l chƣa đat tiêu chuẩn thải loại B và chỉ đạt tiêu chuẩn khi thời gian xử lý là 10h. Ở thí nghiệm này YSK = 31,75% (Hình 2) Trong các kết quả thí nghiệm nƣớc thải sản xuất của công ty có pH và SVI nằm trong khoản tối ƣu pH từ 6,5-8,5 và SVI từ 85 đến 150. Nhƣ vậy trong nƣớc thải của nhà máy này không có chất bảo quản hoá học hay các thành phần hoá học khác. Vì thế rất thuận lợi cho quá trình xử lý bằng phƣơng pháp sinh học (bảng 4) Bảng 4. Biến thiên pH và SVI trong quá trình xử lý Hình 2. Đồ thị biến thiên COD trong quá trình xử lý 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 0 2 4 6 8 10 0 300 600 900 1200 1500 1800 2100 2400 COD1 =817mg/l COD2 =998mg/l COD3= 1206mg/l COD4=1364mg/l SS1 SS2 SS3 SS4 Phạm Hƣơng Quỳnh Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 74(12): 92 - 96 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên | 95 Vậy đối với thí nghiệm đã nghiên cứu ảnh hƣởng của COD dòng vào ở hàm lƣợng sinh khối từ 1.500-1.700mg/l có thể tải đƣợc COD lên khoảng 1.400 trong thời gian là 10 giờ. Mặc dù vậy với COD đầu vào 800- 1.200mg/l thì hiệu quả xử lý đạt cao mà thời gian lƣu 6 giờ. Hình 3. Đồ thị tƣơng tác hiệu suất xử lý và hiệu quả tạo sinh khối Kiểm tra ảnh hưởng của SS ban đầu đến hiệu quả xử lý Để khẳng định lại hàm lƣợng sinh khối và tƣơng tác F/M tối ƣu trong các thí nghiệm trên. Thí nghiệm đƣợc khảo sát cố định COD đầu vào là 1000mg/l SSVào= 1.000-1.900mg/l CODvào ~1.000mg/l - Với hàm lƣợng sinh khối nhỏ nhất 1.156 mg/l ta thấy hiệu suất xử lý đạt 90,45 % trong khoảng thời gian là 24h mà hiệu quả tạo sinh khối lên rất cao 34,93%, - Tăng hàm lƣợng SS lên 1.508 mg/l hiệu suất xử lý đạt 92,96% trong thời gian 6h, và hiệu quả tạo sinh khối đạt 26,54%. - Ở hàm lƣợng SS từ 1.684 mg/l hiệu suất xử lý đạt 92,36% trong thời gian 6h và hiệu quả tạo sinh khối giảm nhẹ 26,4%. - Khi hàm lƣợng SS đạt 1.882 mg/l hiệu quả xử lý COD của bùn hoạt tính đạt 91,85% và trong khoảng thời gian ngắn 4 giờ nhƣng hiệu quả tạo sinh khối quá cao 39,21%. Điều này cho thấy ở hàm lƣợng sinh khối cao khả năng sinh trƣởng của bùn hoạt tính cao (hình 4) Vậy với kết quả thí nghiệm trên bùn hoạt tính nên sử dụng ở hàm lƣợng 1.500-1.700 mg/l là hiệu quả tối ƣu nhất (bảng 5) Bảng 5. Hiệu quả xử lý của bùn hoạt tính SSvào 1.156 1.508 1.684 1.882 CODvào 1.016 955 1.021 1.080 YCOD 6h(%) 55,91 92,98 92.36 - - Với hàm lƣợng sinh khối nhỏ nhất 1.156 mg/l ta thấy hiệu xuất xử lý đạt 90,45 % trong khoảng thời gian là 10 h mà hiệu quả tạo sinh khối lên 34,9%. - Ở hàm lƣợng SS từ 1.500- 1.700 mg/l hiệu xuất xử lý tƣơng đối ổn định là 92.98% và 92,36% và hiệu quả tạo sinh khối tƣơng đối đồng đều khoảng 26,4-26,54% Hình 4. Đồ thị biến thiên SK trong quá trình xử lý Hình 5. Đồ thị tƣơng tác hiệu suất xử lý và hiệu quả tạo sinh khối 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 817 998 1206 1266 20 30 40 50 60 70 80 90 100 YCOD (%) YSK (%) 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 0 2 4 6 8 10 24 COD (mg/l) 0 300 600 900 1200 1500 1800 2100 2400 Thêi gian (h) SS (mg/l) COD1 COD2 COD3 COD4 SS=1156mg/l SS=1508mg/l SS=1684mg/l SS=1882mg/l 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 1156 1508 1684 1882 SS (mg/l) 20 30 40 50 60 70 80 90 100 YCOD (%) YSK (%) Phạm Hƣơng Quỳnh Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 74(12): 92 - 96 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên | 96 Bảng 6. Biến thiên COD trong quá trình xử lý - Hàm lƣợng SS trong khoảng 1.882 mg/l trong kết quả thí nghiệm trên ta thấy hiệu quả xử lý của bùn hoạt tính 91,85% và trong khoảng thời gian là 4 giờ nhƣng hiệu quả tạo sinh khối lại quá cao 39,21%. Điều này cho thấy ở hàm lƣợng sinh khối cao khả năng sinh trƣởng của bùn hoạt tính cao. Vậy qua kết quả thí nghiệm này ta thấy bùn hoạt tính nên sử dụng là 1.500-1.700 mg/l là hiệu quả xử lý cao nhất. Để thấy đƣợc hiệu quả của bùn hoạt tính ở hàm lƣợng 1.500- 1.700 là tối ƣu. So sánh 3 thí nghiệm với hàm lƣợng CODvào khoảng 800–1.000mg/l tƣơng ứng là SSvào là 1.000, 1.500, 2.000mg/một lần nữa khẳng định hàm lƣợng SS tối ƣu. KẾT LUẬN Để có một hệ thống xử lý‎ hiệu quả, và tiết kiệm năng lƣợng thì việc xác định lƣợng sinh khối có trong bể là rất cần thiêt. Đối với loại nƣớc thải có chứa tinh bột, nếu hàm lƣợng sinh khối quá lớn trong bể Aeroten hiệu quả xử lý rất nhanh có thể chỉ trong 4 giờ nhƣng hiệu quả tăng sinh khối sẽ rất cao đây là điều không mong muốn quá trình xử lý này sẽ tốn năng lƣợng. Còn ngƣợc lại hàm lƣợng sinh khối quá nhỏ thì thời gian xử lý cao làm tăng thể tích bể phản ứng và chi phí cho năng lƣợng lớn. Vậy với COD đầu vào từ 1000-1100, hàm lƣợng sinh khối trong bể Aeroten là 1500- 1700mg/l và thời gian xử lý 6 giờ cho hiệu quả xử lý cao nhất. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Hoàng Văn Huệ (2002) “Thoát nước - Tập 2: Xử lý nước thải”NxbKhoa học và Kỹ thuật [2]. Trần Văn Nhân, Ngô Thị Nga (2005) “Giáo trình công nghệ xử lý nước thải”.Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật [3]. Trịnh Xuân Lai (2000) “Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải”Nhà xuất bản xây dựng, Hà Nội. [4]. Lƣơng Đức Phẩm (2000)“Công nghệ xử lý nước thải bằng biện pháp sinh học” [5] Trần Xoa, Nguyễn Trọng Khuông. (1992)“Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hoá chất” - Tập 1.Nhà xuất bản Khoa học Kỹ Thuật, Hà Nội [6]. W. Bischof. Abwasser treluik. B.G Tenbner Stuhgart Leipzag 1998 [7] Handbook 1998 (Tr 316-319).Pollution Prevention and Abatement [8]. Health Organization, Geneva, 1993.Assessment of Sources of Air, Water, and Land Pollution, Part 1, World SUMMARY RESEARCH ON THE EFFECTS OF BIOMASS AND INFLUENT’S COD LEVELS ON THE EFFICIENCY (or EFFECTIVENESS) OF THE TREATMENT OF STARCH-CONTAINING WASTEWATER BY AEROTEN SYSTEM Pham Huong Quynh Thai Nguyen University of Technology Wastewater from tuber-processing plants has low COD level ranging from 800 mg/L to 2000 mg/L. In order to have an effective and energy-efficient treatment system toward sustainable development, it is relevant to do research on the use of biological treatment for this wastewater type. The oxygenated (or aerated) biological treatment system – Aeroten - is the most efficient when COD load and biomass in the Aeroten treatment plant are known. The results of the experiment with a fixed biomass from 1500 – 1700 mg/L and the COD level of influent fluctuating from 800 – 1400 mg/L indicate that the treatment system has its best efficiency at COD levels of influent ranging from 900 – 1000 mg/L Phạm Hƣơng Quỳnh Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 74(12): 92 - 96 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên | 97 Phạm Hƣơng Quỳnh Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 74(12): 92 - 96 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên | 98