Thứ ba, 19/03/2024 17:03 (GMT+7)

Xử lý chất hữu cơ (BOD5) và Amoni-Nitơ (NH4+-N) trong nước thải

MTĐT -  Thứ hai, 21/05/2018 20:38 (GMT+7)

Theo dõi MTĐT trên

Với kỹ thuật này, quá trình xử lý chất hữu cơ, Amoni hóa và khử nitrat xảy ra ngay trong hệ hiếu khí, không cần phải thiết kế bể thiếu khí cũng như hệ tuần hoàn bùn nước nhờ đó mà tiết kiệm chi phí.

Tóm tắt: Hiện nay trạm xử lý nước thải Thành phố Đà Lạt đang sử dụng công nghệ lọc sinh học(trickling filter)nhưng do chất lượng nước thải đầu vào thường có biến động lớn hơn rất nhiều so với thiết kế nên chất lượng nước thải đầu ra (BOD5=120÷130mg/l, NH4+-N=20÷30mg/l) chưa đảm bảo tiêu chuẩn xả thải theo cột B QCVN 14:2008/BTNMT (BOD5≤50mg/l, NH4+-N≤10mg/l). Yêu cầu đặt ra là phải xây dựng hệ thống xử lý bậc 3 để xử lý đồng thời BOD5, Amoni-nitơ (NH4+-N) trong nước thải. Công ty Vicen đã phát triển công nghệ màng vi sinh tầng chuyển động (MBBR), là sự kết hợp giữa hai quá trình màng sinh học và bùn hoạt tính. Vật liệu mang sử dụng là xốp Polyurethane (DHY-01) có độ xốp cao 92%÷96%, ưu điểm của vật liệu là có diện tích bề mặt cao khoảng 6,000÷12,000 m2/m3, mật độ vi sinh lớn. So với các công nghệ truyền thống khi xử lý BOD5 và NH4+-N phải sử dụng 2 bể xử lý riêng biệt và có tuần hoàn bùn hoạt tính, công nghê màng vi sinh tầng chuyển động đã tích hợp được hiệu quả xử lý BOD5 và NH4+-N trong một bể mà không cần tuần hoàn bùn hoạt tính. Qua việc khảo sát ảnh hưởng của thời gian lưu thì hàm lượng BOD5 và NH4+-N sau xử lý đều đạt chất lượng so với QCVN 14:2008/BTNMT, với thời gian lưu nước tối ưu trong bể là 4÷6h thay vì 8÷12h ở các bể xử lý thông thường, hiệu suất xử lý đạt 90÷95%.

Đặt vấn đề

Cùng với quá trình phát triển công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước hiện nay, vấn đề cung cấp nước sạch, bảo vệ môi trường và xử lý nước thải ngày càng được quan tâm. Thành phố Đà Lạt là một trong những thành phố du lịch nổi tiếng nhất của Việt Nam nên vấn đề xả thải và xử lý nước thải rất được quan tâm. Trạm xử lý nước thải Thành phố Đà Lạt được bố trí cách Thành phố 3km để đảm bảo khoảng cách cách ly với khu dân cư. Được xây dựng từ năm 2003 và đi vào hoạt động 31/5/2005 với công suất thiết kế là 7400m3/ngđ cho giai đoạn 1 và dự kiến tăng công suất lên 12400m3/ngđ vào giai đoạn tiếp theo. Sau 8 năm vận hành đến nay công suất nhà máy mới chỉ đạt 5300m3/ngđ (71,2%) vào 6 tháng mùa khô và 6000m3/ngđ (81%) vào 6 tháng mùa mưa. Dây chuyền công nghệ xử lý hiện trạng sử dụng bể lọc (trickling filter).

Hình 1: Trạm xử lý nước thải hiện có

Hình 2: Sơ đồ dây chuyền công nghệ trạm xử lý nước thải hiện trạng

Theo tài liệu báo cáo công tác vận hành trong các năm 2011, 2012 và 6 tháng đầu năm 2013 do trạm xử lý nước thải Đà Lạt cung cấp đánh giá được hiệu quả xử lý BOD5 và NH4+-N của dây chuyền hiện trạng như sau:

Biểu đồ 1: Biểu đồ thống kê hàm lượng BOD5 năm 2012

Biểu đồ 2: Biểu đồ thống kê hàm lượng NH4+-N năm 2012

Qua biểu đồ 1 thống kê hiệu quả xử lý chất hữu cơ (BOD5) của trạm xử lý trong năm 2012, hiệu quả xử lý của dây chuyền công nghệ đảm bảo xử lý BOD5 đạt tiêu chuẩn đầu ra sau xử lý theo cột B QCVN 14:2008/BTNMT (≤50mg/l), tuy nhiên cũng có những ngày hàm lượng BOD không đạt dao động lên đến 130mg/l.

Qua biểu đồ 2 thống kê hiệu quả xử lý Amoni (NH4+-N) của trạm xử lý trong năm 2012, các chỉ số Amoni đầu vào rất cao biến động từ 60÷115mg/l. Hàm lượng Amoni sau xử lý biến động khoảng từ 20÷30mg/l thậm chí có những lúc lên đến 40mg/l cao hơn rất nhiều so với tiêu chuẩn yêu cầu là 10mg/l.

 Theo tài liệu báo cáo và tổng hợp trên nhận thấy dây chuyền hiện trạng chỉ cơ bản đáp ứng được yêu cầu xử lý chất hữu cơ (BOD5), không đạt hiệu quả nitrat hóa (NH4+→NO3-), Amoni-Nitơ dao động trong khoảng 20÷30 mg/l.

Trong nghiên cứu này chúng tôi đề xuất công nghệ xử lý bậc 3 kết hợp đồng thời xử lý chất hữu cơ (BOD5) và Amoni-nitơ trong cùng một hệ thống. Công nghệ màng vi sinh tầng chuyển động (MBBR) với vật liệu mang DHY-01 của VICEN đã được ứng dụng chạy thử mô hình trong phòng thí nghiệm, để đánh giá hiệu quả của các quá trình xử lý hiếu khí và thiếu khí trong vật liệu mang và khảo sát ảnh hưởng của thời gian lưu thủy lực trong bể sinh học MBBR.

Đối tượng và phương pháp nghiên cứu.

Đối tượng:

Nước thải sau bể lắng thứ cấp của Trạm xử lý nước thải Thành phố Đà Lạt.

Vật liệu mang DHY-01

Vật liệu mang sử dụng là xốp Polyurethane có hình khối lập phương với kích thước 1cm x 1cm x 1cm, khối lượng riêng không quá 33g/l, trọng lượng 0,97g/l, diện tích bề mặt khoảng 6000÷12000m2/m3. Polyurethane rất bền và không độc hại khi ở trong nước. Mật độ vật liệu mang được sử dụng trong khoảng 20% lượng nước trong bể phản ứng.

Hình 3: Vật liệu DHY-01 (trái: vật liệu có vi sinh; phải: vật liệu chưa có vi sinh)

Nuôi vi sinh

Vi sinh vật được lấy từ bùn thải nhà máy xử lý nước thải Kim Liên, sau đó vật liệu mang được bổ sung vào cho vi sinh bám dính, phát triển lớp màng vi sinh vật bằng cách sục khí liên tục và bổ sung dinh dưỡng với các loại hóa chất NaHCO3, NH4Cl, NaHPO4. Trong điều kiện pH = 7,5÷8,5, độ kiềm và chất dinh dưỡng cung cấp đủ để tạo điều kiện phát triển cho vi sinh vật Nitrosomonas và Nitrobacter, kiểm tra sự phát triển của vi sinh vật bằng cách đo sự suy giảm nồng độ amoni trong dịch nuôi. Thời gian cho vi khuẩn phát triển là khoảng 4 tuần với nhiệt độ từ 25÷300C và khoảng 2÷3 tháng với nhiệt độ từ 15÷200C. Khi vi khuẩn đã phát triển ổn định sẽ được đưa vào bể xử lý.

Phương pháp nghiên cứu

Công nghệ màng vi sinh tầng chuyển động (MBBR).

Công nghệ MBBR (Moving bed biofilm reactor) là sự kết hợp hai kỹ thuật xử lý: kỹ thuật huyền phù và kỹ thuật màng vi sinh. Trong bể phản ứng sử dụng kỹ thuật màng vi sinh chuyển động, các giá thể, vi khuẩn và chất bẩn cùng chuyển động hỗn độn. Ban đầu các chất hữu cơ được vận chuyển đến bề mặt màng sinh học nhờ chế độ chảy rối hay gặp trong nhiều kiểu bể phản ứng sinh học.

Cấu trúc của màng sinh học chuyển động và sự hình thành màng sinh học trên giá thể chuyển động tương tự như trên giá thể cố định, tuy nhiên sự khác nhau ở đây, và là yếu tố quyết định tính hiệu quả của kỹ thuật vi sinh chuyển động là khả năng tiếp xúc của giá thể, vi khuẩn và chất bẩn trong nước thải cần xử lý trong bể phản ứng.

Diện tích tiếp xúc được tăng lên đáng kể, do không bị hạn chế bởi sự xếp chồng của các hạt vật liệu như trong kỹ thuật mang vi sinh cố định.Vật liệu mang DHY-01 làm từ Polyurethan do công ty Vicen sản xuất, diện tích bề mặt của vật liệu mang được tính toán dựa trên kích thước hình học của giá thể và cấu trúc xốp của nó, chính những lỗ nhỏ li ti bên trong giá thể tạo ra những bề mặt cho sự sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật; cơ chế khuếch tán và trao đổi chất tương tự như màng sinh học cố định.

Do đó, quá trình chuyển khối trong hệ mang chuyển động cao hơn so với hệ mang cố định. Lớp màng vi sinh dính bám tăng dần theo thời gian vận hành do sự phát triển của vi sinh. Khi mà chiều dày của lớp màng này vượt quá độ dày mà oxy hòa tan có thể thấm đến thì phía sâu hơn sẽ hình thành môi trường thiếu khí (có thể có mặt nitrat, nitrit, sunfat) hay yếm khí (không có mặt bất kỳ một loại chất oxy hóa nào).

Càng vào sâu trong lớp màng, nguồn thức ăn càng trở nên thiếu hụt, dẫn đến quá trình phân hủy nội sinh xảy ra. Trong giai đoạn nội sinh, vi sinh vật mất khả năng bám dính trên màng và bị dòng nước kéo ra khỏi màng, đó là giai đoạn bong màng.

Sơ đồ thí nghiệm:

Hệ thí nghiệm bao gồm: (Hình 4)  

Hình 4: Sơ đồ hệ thống thiết bị thí nghiệm bể sinh học

  • 2 bể phản ứng có thể tích mỗi bể 36 lít với kích thước: Dài x rộng x cao = 300 x 300 x 400 mm.
  • Vật liệu mang: DHY-01
  • Mật độ vật liệu mang: 10÷20 % thể tích
  • Máy nén khí.

Quy trình thực nghiệm

Hệ thí nghiệm gồm hai bể phản ứng có dạng hình trụ nối tiếp nhau. Mỗi bể có thể tích 36 lít, bên trong bố trí hệ thống sục khí dưới đáy bể. Vi sinh vật được nuôi cấy vào vật liệu trong phòng thí nghiệm với mật độ ổn định, sau đó được đưa đến bể xử lý sinh học, thể tích vật liệu mang chiếm 20% thể tích bể. Nước thải đầu vào (sau bể lắng thứ cấp) được đưa vào bể xử lý sinh học dưới tác dụng của dòng khí vật liệu mang chuyển động đều trong toàn bộ thể tích bình phản ứng để quá trình nitrat hóa triệt để.

Khảo sát ảnh hưởng của thời gian lưu nước bể phản ứng lên tốc độ nitrat hóa khi thực hiện theo phương pháp màng vi sinh chuyển động:

-  Chạy với lưu lượng Q = 72 l/h

-  Chạy thí nghiệm với hai bể phản ứng nối tiếp.

→  Phân tích mẫu nước đầu vào và lấy mẫu đầu ra sau các khoảng thời gian nhất định phân tích các chỉ tiêu: pH, độ kiềm, NH4+-N, NO2--N, NO3-N.

Kết quả và thảo luận

Để đánh giá được hiệu quả xử lý đồng thời NH4+-N và BOD5 bằng công nghệ màng vi sinh tầng chuyển động thì phải khảo sát được ảnh hưởng của thời gian lưu chúng trong bể phản ứng.

Thời gian lưu càng lớn hiệu suất xử lý càng đạt hiệu quả cao. Các số liệu thu được qua quá trình chạy thí nghiệm.

Ảnh hưởng của thời gian lên hiệu quả xử lý amoni-nitơ, BOD5 của bể lọc sinh học sử dụng công nghệ màng vi sinh tầng chuyển động.

Nhìn vào biểu đồ 3, 4 và bảng số liệu kết quả ta thấy hiệu quả xử lý NH4+-N phụ thuộc vào thời gian lưu trong bể. Ở biểu đồ 3, 4 có thể thấy với thời gian lưu nước từ 60÷180 phút thì hàm lượng NH4+-N vẫn cao hơn tiêu chuẩn và hiệu suất xử lý chỉ đạt 30÷57%, với thời gian lưu 240 phút thì hàm lượng NH4+-N chỉ còn 8.8mg/l và hiệu suất đạt 72%, với thời gian 300 phút thì hàm lượng NH4+-N chỉ còn 4.1mg/l và hiệu suất đạt 87%,  nằm dưới tiêu chuẩn cột B theo QCVN 14:2008/BTNMT.

Nhìn vào biểu đồ 5, 6 và bảng số liệu ta thấy BOD sau khi qua xử lý đạt hiệu quả rất tốt. Với thời gian lưu nước 60÷180 phút thì hàm lượng BOD từ 130 mg/l giảm xuống còn 70÷114 mg/l và hiệu suất xử lý chỉ đạt 12÷46%, với thời gian lưu 240 phút thì hàm lượng BOD giảm xuống còn 38mg/l và hiệu suất xử lý đạt 70%, với thời gian 300 phút thì hàm lượng BOD chỉ còn 16mg/l và hiệu suất đạt 88%, nằm dưới tiêu chuẩn cột B theo QCVN 14:2008/BTNMT.

Kết Luận

Quá trình thực nghiệm đánh giá được hiệu quả xử lý của bể với thời gian lưu nước từ 240÷300 phút≈4÷5h

Từ kết quả trên khẳng định công nghệ màng vi sinh tầng chuyển động (MBBR) đã đáp ứng được các điều kiện và yêu cầu đặt ra để xử lý nước thải sau bể lắng thứ cấp của trạm xử lý nước thải Thành phố Đà Lạt. Với kỹ thuật này, quá trình xử lý chất hữu cơ, Amoni hóa và khử nitrat xảy ra ngay trong hệ hiếu khí, vì vậy không cần phải thiết kế bể thiếu khí cũng như hệ tuần hoàn bùn nước nhờ đó mà tiết kiệm chi phí xây dựng và vận hành.

Đề xuất dây chuyền công nghệ cho việc cải tạk;o và nâng công xuất trạm xử lý nước thải Đà Lạt.

Hình 5: Sơ đồ dây chuyền công nghệ và phối cảnh trạm xử lý nước thải Đà Lạt đề xuất

Tài liệu tham khảo.

  1. HLê Văn Cát, Trịnh Xuân Đức (2014), Hệ thống tổ hợp tương hỗ trong kỹ thuật xử lý nước thải: Tập 1-Khoa học liên ngành phương pháp hóa lý, nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật.
  2. Lê Văn Cát (2007), Xử lí nước thải giàu hợp chất Nitơ và phôtpho, nhà xuất bản Khoa Học Tự Nhiên và Công Nghệ, Hà Nội.
  3. Lê Văn Cát, cơ sở hóa học và kỹ thuật xử lý nước, NXB Thanh niên, Hà Nội.
  4. Lê Văn Cát, Trần Hữu Quang, Trần Mai Phương, Tô Ngọc Kim, Hoàng Ngọc Tuấn, khả năng khử nitrit, nitrat trong nước rác bằng phương pháp vi sinh, tạp chí hóa học
  5. Nhà máy xử lý nước thải thành phố Đà Lạt (2013) Sổ tay vận hành và bảo dưỡng.
  6. Trần Đức Hạ (Chủ biên), 2011. Cơ sở hóa học và vi sinh vật học trong kỹ thuật môi trường. NXB Giáo dục Việt Nam.
  7. Songming Zhu, Shulin Chen. Effects of organic carbon on nitrification rate in fixed film biofilters. Aquacultural Engineering Vol 25, pp. 1–11 (2001).
  8. Jian Ling, Shulin Chen. Impact of organic carbon on nitrification performance of different biofilters. Aquacultural Engineering Vol 33, pp. 150–162 (2005).
  9. Bjørn Rusten, Jon G. Siljudalen and Bjørn Nordeidet. Upgrading to nitrogen removal with the KMT moving bed biofilm process. Water Science and Technology. Vol 29, No. 12, pp. 185 - 195 (1994).
  10. Ødegaard, B. Rusten and T. Westrum. A new moving bed biofilm reactor - applications and results. Water Science and Technology. Vol 29, No. 10 - 11, pp. 157 - 165 (1994).
  11. Ødegaard, B. Rusten and H. Badin. Small wastewater treatment plants based on moving bed biofilm reactors. Water Science and Technology. Vol 28, No. 10, pp. 351 - 359 (1993).

Ths. Trịnh Xuân Đức, Ths. Lê Anh Tuấn, Ths. Đoàn Mạnh Hùng, Ks. Đào Như Ý

Ks. Nguyễn Thị Thanh Hòa, Ks. Phan Thị Phương Thảo, Ks. Nguyễn Văn Hoàng

Bạn đang đọc bài viết Xử lý chất hữu cơ (BOD5) và Amoni-Nitơ (NH4+-N) trong nước thải. Thông tin phản ánh, liên hệ đường dây nóng : 0912 345 014 Hoặc email: [email protected]

Cùng chuyên mục

Xây dựng, phát triển TOD theo mô hình 3 cấp độ
3 cấp độ xây dựng, phát triển mô hình TOD gồm cấp vùng, cấp đô thị và cấp điểm. Nguyên tắc quy hoạch dựa trên trục xương sống là đường sắt đô thị và ưu tiên thúc đẩy đi bộ.
Hướng đến nền nông nghiệp đô thị, sinh thái
Với định hướng xây dựng nền nông nghiệp đô thị, sinh thái gắn với du lịch, ngành Nông nghiệp Hà Nội không chỉ đơn thuần là sản xuất, mà phải là nền nông nghiệp của thị trường với hệ thống kinh doanh số hiện đại, đáp ứng nhu cầu của người dân Thủ đô.

Tin mới

Quảng Ninh tăng cường kiểm soát khống chế bệnh dại
UBND tỉnh Quảng Ninh chỉ đạo các địa phương khẩn trương tập trung nhân lực, vật lực để kiểm soát khống chế bệnh dại trên địa bàn, đặc biệt việc thành lập tổ xử lý chó thả rông, chó chưa tiêm phòng vắc xin, xử lý chủ nuôi nếu cố tình không chấp hành các qu
Nữ lao công 30 năm gắn bó với nghề
30 năm qua, nữ lao công Hà Thị Nga - công nhân Công ty Quản lý công trình đô thị tỉnh Bắc Giang luôn tận tâm, gắn bó với nghề để hoàn thành tốt công việc. Chồng mất sớm, một mình chị tảo tần nuôi con khôn lớn.
Bài thơ: Im lặng để mất nhau
Anh im lặng , em cũng sẽ lặng im////Dù con tim hình bóng anh khuất lấp///Niềm nhớ thương dành cho anh duy nhất///Cũng im lìm chẳng nhắn gọi anh đâu...