intTypePromotion=1

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

Chia sẻ: K Loi Roong | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:6

0
51
lượt xem
6
download

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

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Nội dung của bài viết trình bày về việc nghiên cứu xử lý nước thải từ công nghệ sản xuất chitin sau khi đã thu hồi protein bằng phương pháp sinh học áp dụng công nghệ màng sinh học tầng chuyển động kết hợp với bể đất ngập nước kiến tạo.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: 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

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

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2