Báo cáo Thực tập mô hình xử lý nước thải Nhóm 1

i

MỤC LỤC
BÀI 1: XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG MÔ HÌNH AEROTANK 1

1.1.

PHẦN LÝ THUYẾT 1

1.1.1.

Công nghệ xử lý hiếu khí: 1

1.1.2.

Bể Aerotank: 2

1.1.2.1.

Các thông số cần kiểm soát trong quá trình vận hành bể Aerotank 5

1.1.2.2.

Các sự cố thường gặp trong kiểm soát bùn của bể Aerotank 6

1.1.2.3.

Các nghiên cứu và ứng dụng của bể Aerotank và kết quả đạt được 8


KẾT LUẬN 17

BÀI 2: XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG MÔ HÌNH LỌC HIẾU KHÍ GIÁ THỂ XƠ
DỪA 18

2.1.

PHẦN LÝ THUYẾT: 18

2.1.1.

Tổng quan về công nghệ xử lý hiếu khí bám dính: 18

2.1.1.1.

Định nghĩa: 18

2.1.1.2.

Phân loại: 18

2.1.2. Cấu tạo và hoạt động của màng vi sinh vật: 19
2.1.2.1.

Cấu tạo màng vi sinh vật: 19

2.1.2.2.

Hoạt động của lớp màng: 21



KẾT QUẢ TÍNH TOÁN: 27

2.2.1.

Hiệu quả loại bỏ COD: 27

2.2.2.

Hiệu quả xử lý phosphor tổng theo thời gian: 29

2.2.3.

Hiệu quả loại bỏ Nitrate: 32

2.2.4.

Hiệu quả xử lý Nitrit: 33

2.2.5.

Hiệu quả xử lí Amonia (N-NH
4
+
) 35

2.3.

KẾT LUẬN 36


Khả năng xử lý COD 44

3.2.2.

Hiệu quả xử lý Phosphore 46

3.2.3.

MLSS 47

3.2.4.

Sự biến đổi các hợp chất Nito theo thời gian 48

3.2.4.1.

Nitrite (N-NO
2
-
) 48

3.2.4.2.

Nitrate (N-NO
3
-
) 49

3.2.4.3.



4.1.2.1 Nguyên tắc hoạt động của bể UASB 57

4.1.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình xử lý của UASB 57

4.1.2.3 Các yếu tố cần kiểm soát trong vận hành bể UASB 61

4.1.3.

Các nghiên cứu và ứng dụng bể UASB trong xử lý nước thải và các kết quả đạt
được 62

4.2.

KẾT QUẢ 64

4.2.1.

pH 64

4.2.2.

Độ kiềm 65

4.2.3. Amoni 66
4.2.4.

Phostpho 67

4.2.5.

5.2.

MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM 77

5.3.

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 78

5.3.1.

Xây dựng đường chuẩn 78

5.3.2.

Khảo sát lượng H
2
O
2
tối ưu 79

5.3.3.

Khảo sát lượng Fe
2+
tối ưu 80

5.3.4.

Khảo sát pH tối ưu 82



1

MEN
MEN
MEN
MEN
MEN
BÀI 1: XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG MÔ HÌNH AEROTANK

1.1. PHẦN LÝ THUYẾT
Tổng quan về công nghệ hiếu khí và Aerotank
1.1.1. Công nghệ xử lý hiếu khí:
Thực chất đây là quá trình lên men bằng vi sinh vật trong điều kiện có oxy để cho ra
sản phẩm cuối cùng là CO
2
và H
2
O.
Cơ chế gồm 3 giai đoạn:
 Giai đoạn 1: Bị oxy hóa toàn bộ chất hữu cơ có trong nước thải để tạo ra năng lượng:
C
x
H
y
O
z
N + O
2
→ CO

7
NO
2
+ 5O
2
→ xCO
2
+ H
2
O
NH
3
+ O
2
→ O
2
+ HNO
2
→ HNO
3

 Các đặc điểm chung của xử lý hiếu khí:
 Tổng hợp tế bào vi khuẩn mới (vi khuẩn dị dưỡng) →đồng hóa.
 Cần phải cung cấp oxy bằng tự nhiên hoặc thiết bị sục khí.
 Nhu cầu dinh dưỡng C:N:P = 100:5:1
 Hiệu suất tạo sinh khối cao Y = 0,4 ~ 0,6 mgVSS/mgBOD5.
 Hiệu suất xử lý BOD cao, có thể đến 95%.
Các hệ thống xử lý hiếu khí:
 Thể lơ lửng: bùn hoạt tính.
 Thể bám dính: lọc sinh học nho giọt.

 Bảo đảm lượng oxy cần thiết cho vi sinh ở mọi điểm của aerotank.
 Phân loại bể Aerotank:
Báo cáo Thực tập mô hình xử lý nước thải Nhóm 1

3

 Theo nguyên lý làm việc
 Bể Aerotank thông thường: công suất lớn.
 Bể Aerotank xử lý sinh hoá không hoàn toàn: BOD20 ra ≈ 60-80 mg/l.
 Bể Aerotank xử lý sinh hoá hoàn toàn: BOD20 ra ≈ 15-20.
 Bể Aerotank sức chứa cao: BOD20 > 500 mg/l.
 Theo sơ đồ công nghệ
 Aerotank 1 bậc
 Aerotank 2 bậc
 Theo cấu trúc dòng chảy
 Aerotank đẩy
 Aerotank trộn
 Aerotank kiểu hỗn hợp
 Theo phương pháp làm thoáng
 Bằng khí nén
 Khuấy cơ học
 Thoáng kết hợp
 Quạt gió
 Các quá trình sinh hóa sảy ra trong bể Earotank:
 Quá trình tăng sinh khối.
 Quá trình chuyển hóa cơ chất
 Quá trình khử Nitơ và nitrat hóa.
 Quá trình khử Photpho.
 Một số vi sinh vật trong bể Aerotank:
 Vikhuẩn.

- Hiệu quả xử chất thải lý cao.
- Dễ xử dụng
Nhược điểm

- Tốn diện tích.
- Nước thường có mùi hôi.
- Các hạt bùn dễ bị phá vỡ khi
thaya đỗi môi trường.
- Hiệu quả sử lý không cao
- Đòi hỏi người sử dụng có kỉ
thuật cao.
- Nồng độ chất thải thấp, phải
kiểm soát nồng độ đầu vào
thường xuyên.
- Thiết bị bảo trì còn gặp nhiều
khó khăn.

Báo cáo Thực tập mô hình xử lý nước thải Nhóm 1

5

1.1.2.1. Các thông số cần kiểm soát trong quá trình vận hành bể Aerotank
 Lưu lượng:
Quyết định khả năng chịu tải của hệ thống, tải lượng bề mặt của hệ thống. Tải lượng
hữu cơ và tải lượng bề mặt quá cao hay quá thấp đều ảnh hưởng đến quá trình lắng sinh
khối.
Tải lượng bề mặt thích hợp: 0,3 – 1 m
3
/m
2

Đảm bảo tỷ lệ BOD:N:P = 100:5:1, nếu thiếu, phải bổ sung nguồn từ bên ngoài.
 Các chất độc:
Kim loại nặng, dầu mỡ, hàm lượng Cl, sulfate, N-NH
3
cao,…
 Nhiệt độ nước thải:
Nhiệt độ ảnh hưởng trực tiếp đến hoạt động của vi sinh vật.
 Tốc độ sục khí:
Tốc độ sục khí quá cao, lãng phí năng lượng, tăng chí phí vận hành, các chất rắn nổi
lên, phá vỡ bùn hoạt tính.
Tốc độ sục khí quá thấp, xảy ra lắng bùn, phân hủy yếm khí, hiệu quả kém, mất sự
nitrat hóa.
1.1.2.2. Các sự cố thường gặp trong kiểm soát bùn của bể Aerotank
1.1.2.2.1. Hiệu suất loại BOD hòa tan thấp
 Nguyên nhân:
 Thời gian cư trú của vi sinh vật trong bể quá ngắn
 Thiếu N và P:
+ pH quá cao hoặc quá thấp.
+ Nước thải đầu vào có chứa độc tố.
+ Sục khí chưa đủ.
+ Khuấy đảo chưa đủ hoặc do hiện tượng ngắn mạch.
 Khắc phục:
 Giảm lượng bùn thải bằng cách xây thêm bể điều lưu
 Cung cấp thêm dưỡng chất cho nước thải đầu vào
 Xây thêm bể điều lưu để trung hòa nước thải đầu vào, loại bỏ các độc chất trong
nước thải.
Báo cáo Thực tập mô hình xử lý nước thải Nhóm 1

7



 Khắc phục: tăng cường chất dinh dưỡng
 Bùn tạo khối
 Hiện tượng: bùn nổi, khó lắng trong bể 2, trôi ra theo dòng nước, khó duy trì nồng độ
bùn trong bể Aerotank.
 Nguyên nhân: sự phát triển của vi sinh vật dạng sợi như:
 VSV dạng sợi :Sphaerotilus,Cladothrix.
 Thực vật phân nhánh: Zooglea ramigeras, các loại nấm nước
 Khắc phục:
 Duy trì pH< 6.
 Đảm bảo DO tối thiểu 2 mg/L (DO giảm khi nhiệt độ tăng).
 Tăng cường dinh dưỡng đảm bảo hàm lượng N
vô cơ
> 1mg/L, PO
4
3-
>0.2 mg/L.
 Diệt vi sinh vật dạng sợi: dùng Cl, H
2
O
2
.
 Dùng polymer hữ cơ tổng hợp, vôi, muối Fe để tăng tính lắng của bùn.
 Bùn nổi
 Hiện tượng: Bùn lắng tốt nhưng sau đó nổi lên bề mặt trong thời gian ngắn (dưới 1
giờ).
 Nguyên nhân: Do sự khử nitrate, N
2
tạo ra kéo bùn lên mặt nước.
 Khắc phục:

1.2. KẾT QUẢ TÍNH TOÁN
1.2.1. Hiệu quả loại bỏ COD:
Công thức tính toán:  =
(


–
)
...

ẫ

Trong đó: V
o
: thể tích Fe(II) chuẩn mẫu trắng
V: thể tích Fe(II) chuẩn mẫu
N: nồng độ Fe(II)
f: độ pha loãng

Mẫu trắng

Đầu vào 1h 2h 3h 4h
V
Fe(II)
4.4 2.1 3.2 3.7 3.9 3.2
N
Fe(II)
0.025
f 5
COD 0 1150 600 350 250 600

độ bùn, gia tăng SVI, giảm MCRT (thời gian lưu tế bào trung bình), tăng tỷ
lệ F/M.
 Tốc độ nước thải quá thấp (thời gian lưu dài) sẽ làm tăng MLSS, tăng mật độ
bùn, giảm SVI, tăng MCRT, giảm tỷ lệ F/M.

Nhận xét:
Tại mẫu 1h ta thấy hiệu suất xử lý COD không cao do vi sinh vật mới vào giai đoạn
thích nghi. Sau đó theo thời gian lượng vi sinh vật tăng lên → hiệu suất xử lý COD tăng
lên và đạt hiệu suất 78.26 % lúc 3h.
Báo cáo Thực tập mô hình xử lý nước thải Nhóm 1

11

Mẫu 4h COD tăng lên 600 mg/L và hiệu suất 47.83 có thể trong quá trình lấy mẫu bị
lẫn bùn vào trong mẫu và khi đem đi li tâm không loại hết dẫn đến COD tăng trở lại.
1.2.2. Sự biến đổi của các hợp chất Nitơ theo thời gian:
1.2.2.1. Nitrate:
 Đường chuẩn ( số liệu nhóm 1)
Bình định mức 50
mL
1 2 3 4 5 6
Dung dịch



10
mg/L (mL)
0 1 2 3 4 5



12

Phương trình hồi qui: y = 0.604x – 0.1144
Hệ số tương quan: R
2
= 0.9406
 Bảng số liệu va kết quà:

Đầu vào

Đầu ra
Sau 1h Sau 2h Sau 3h Sau 4h
Hệ số pha loãng 2 2
Độ hấp thu A 0.012 0.153 1.541 0.089 0.047
Nồng độ






(mg/L)
0.418 0.885 2.17 0.674 0.534
- Từ bảng kết quả ta thấy nước thải đầu vào có nồng độ nitrate thấp(0.418 mg/L) sau
2h nồng độ nitrate tăng cao từ 0.418 – 2.17 mg/L do trong 2h đầu diễn ra quá trình
nitrate hóa nên nồng độ nitrate tăng lên cao.
- Sau 2h tiếp theo bắt đầu diễn ra quá trình khử nitrate nên nồng độ nitrate giảm dần
từ2.17 – 0.534 mg/L.
1.2.2.2. Nitrite:
 Đường chuẩn

y = 3.0834x - 0.0311
R² = 0.9888
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25
Độ hấp thu A
Nồng độ C
ĐỒ THỊ BIỂU DIỄN ĐỘ HẤP THU A THEO
NỒNG ĐỘ NITRITE
Báo cáo Thực tập mô hình xử lý nước thải Nhóm 1

14

 . Bảng số liệu và kết quà:

Đầu vào Đầu ra
Sau 1h Sau 2h Sau 3h Sau 4h
Hệ số pha loãng 5 5
Độ hấp thu A 0.005 0.125 0.090 0.060 0.145
Nồng độ





×N
HCl
× 14.0067 x 1000
Trong đó:
- V
1
là thể tích HCl dùng để chuẩn mẫu (mL)
- V
2
là thể tích HCl dùng để chuẩn mẫu trắng (mL)
- V
o
là thể tích mẫu đem phân tích (mL)
- N
HCl
= 0.02 N
 Bảng số liệu và kết quả:
Báo cáo Thực tập mô hình xử lý nước thải Nhóm 1

15 V
0
V
1
V
2
N
HCl

6 5.0 1 0.5189 Báo cáo Thực tập mô hình xử lý nước thải Nhóm 1

16

 Đồ thị:

 Phương trình hồi quy tuyến tính: y = 0.5095x + 0.0465
 Hệ số tương quan: R
2
= 0.9741
 Kết quả phân tích:

Đầu vào Đầu ra
Sau 2h Sau 2h Sau 3h Sau 4h
Hệ số pha loãng 50
Độ hấp thu A 0.1725 0.1499 0.1333 0.1192 0.0960
Nồng độ C
P

(µg/mL)
0.2473 0.2029 0.1704 0.1427 0.0971 y = 0.5095x + 0.0465
R² = 0.9741
0
0.1

68%.
Mô hình Aerotank không xử lý nitrate, nitrite do là quá trình sinh học hiếu khí nên chỉ
xảy ra quá trình nitrate hóa, chuyển hóa ammoni thành nitrite sau đó thành nitrate:
 Ở chỉ tiêu nitrate nồng độ tăng lên từ 0.418 đến 0.534 mg/L là do xảy ra quá trình
nitrate hóa nên nồng độ nitrate tăng lên cao.
 Ở chỉ tiêu nitrite nồng độ tăng lên từ 0.117 đến 0.286 mg/L là do xảy ra quá trình nitrate
hóa không hoàn toàn, một lượng nhỏ nitrite chưa bị chuyển hóa thành nitrate.
 Đối với chỉ tiêu photpho nồng độ giảm từ0.2473 xuống 0.0971 mg/L đạt hiệu suất rất
thấp 16.1% do Phospho trong nước thải tồn tại chủ yếu ở dạng Photphate và rất ít ở
dạng P hữu cơ mà hệ thống Aerotank chỉ xử lý được các chất hữu cơ tức chỉ xử lý được
P ở dạng hữu cơ nên hiệu suất xử lý P rất thấp.
Báo cáo Thực tập mô hình xử lý nước thải Nhóm 1

18

BÀI 2: XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG MÔ HÌNH LỌC HIẾU KHÍ
GIÁ THỂ XƠ DỪA
2.1. PHẦN LÝ THUYẾT:
2.1.1. Tổng quan về công nghệ xử lý hiếu khí bám dính:
2.1.1.1. Định nghĩa:
Quá trình lọc hiếu khí là quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học sử dụng
các vi sinh vật bám dính lên bề mặt các vật liệu lọc để tiếp xúc thướng xuyên với nước thải.
Bể lọc hiếu khí hoạt động dựa trên nguyên lý của quá trình hoạt động của vi sinh vật ở
màng sinh học oxy hóa các chất hữu cơ có trong nước. Các vi sinh vật cố định dính bám
và phát triển trên bề mặt vật liệu đệm dạng rắn tạo thành các lớp màng sinh học (biofilms).
Các vi sinh vật này sẽ tiếp xúc với nước thải và tiêu thụ cơ chất (chất hữu cơ, dinh dưỡng,
khoáng chất) có trong nước thải để làm sạch nước. Trong bể lọc này đồng thời diễn ra quá
trình hiếu khí: quá trình nitrate hóa và quá trình kị khí: quá trình khử nito, quá trình lên
men metane và quá trình khử phospho sinh học.
2.1.1.2. Phân loại:

Do chiều sâu của lớp màng lớn hơn nhiều so với đường kình của khối vi sinh vật nên
oxy hòa tan trong nước chỉ khuếch tán vvaof gần bề mặt màng và làm cho lớp màng phía
ngoài là màng hiếu khí, lớp màng bên trong không tiếp xúc với oxy trở thành kị khí.
Màng vi sinh vật có cấu trúc phức tạp, cấu trúc cơ bản của một hệ thống màng vi sinh
vật bao gồm:

Khi nước thải được tưới quá lớp vật liệu lọc bằng các phân tử rắn xốp, các vi khuẩn sẽ
được hấp thụ, sinh sống và phát triển trên bề mặt đó. Vi khuẩn dính bám vào vật rắn nhờ
gelatin do chúng tiết ra và có thể di chuyển dễ dàng trong lớp màng nhầy này. Đầu tiên vi
khuẩn tập trung ở một khu vực, sau đó chúng phát triển lan dần phủ kín bề mặt vật liệu lọc.
Các chất dinh dưỡng như muối khoáng, hợp chất hữu cơ và oxy có mặt trong nước tahir
khuếch tán qua màng vi sinh vật và có thể vào tận lớp cellulose đã tích lũy phía trong cùng.
Sau một thời gian màng vi sinh vật được hình thành và chia làm 2 lớp: lớp ngoài cùng là
lớp hiếu khí được oxy khuếch tán xâm nhập, lớp trong là lớp kị khí. Bề dày của 2 lớp này
phụ thuộc vào vật liệu lọc, cường độ gió và nước qua lớp lọc. Sau một thời gian hoạt động,
màng vi sinh vật dày lên và màng bị tách ra khỏi lớp vật liệu lọc. Sự hình thành các lớp
màng vi sinh vật mới lại được tiếp diễn.
Báo cáo Thực tập mô hình xử lý nước thải Nhóm 1

21

2.1.2.2. Hoạt động của lớp màng:
Quá trình tiêu thụ cơ chất và làm sạch nước:
Đầu tiên cơ thất từ chất lỏng tiếp xúc với bề mặ màng sau đó chuyển vận vào màng vi
sinh theo cơ chế khuếch tán. Trong màng vi sinh vật diễn ra quá trình tiêu thụ cơ chất và
quá trình trao đổi chất của vi sinh vật trong màng. Đối với những loại cơ chất ở thể rắn,
dạng lơ lửng hoặc có phân tử khối lớn không thể khuếch tán vào màng sẽ được phân hủy
thành dạng có phân tử khối nhở hơn tại bề mặt màng sau đó mới tiếp tục quá trình vận
chuyển và tiêu thụ trong màng vi sinh giống như trên. Sản phẩm cuối cùng của quá trình
trao đổi được vận chuyển ra khỏi màng vào chất lỏng. Quá trình tiêu thụ cơ chất được mô