TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI
KHOA MÔI TRƯỜNG

ĐẶNG THỊ NGỌC

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGHIÊN CỨU SỰ THÍCH NGHI CỦA BÙN HOẠT
TÍNH HIẾU KHÍ KHI XỬ LÍ NƯỚC THẢI CHỨA
PHENOL BẰNG BỂ PHẢN ỨNG THEO MẺ SBR

HÀ NỘI, 2017


TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI
KHOA MÔI TRƯỜNG

ĐẶNG THỊ NGỌC

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGHIÊN CỨU SỰ THÍCH NGHI CỦA BÙN HOẠT
TÍNH HIẾU KHÍ KHI XỬ LÍ NƯỚC THẢI CHỨA
PHENOL BẰNG BỂ PHẢN ỨNG THEO MẺ SBR

Ngành: Công nghệ Kỹ thuật Môi trường
Mã ngành: 52 51 04 06

NGƯỜI HƯỚNG DẪN: TS. LÊ NGỌC THUẤN
TS. CHU THỊ THU HÀ

HÀ NỘI, 2017


Dù đã rất cố gắng nhưng không thể tránh khỏi nhiều thiếu sót, em rất mong
nhận được sự góp ý và sửa chữa của thầy cô và các bạn về đồ án tốt nghiệp này.
Xin chân thành cảm ơn!


MỤC LỤC


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
DO (mg/l)
MLSS (mg/l)
SBR
SVI (ml/g)
TSS (mg/l)

Lượng oxi hòa tan
Hàm lượng chất rắn lơ lửng trong bùn lỏng
Bể phản ứng theo mẻ
Chỉ số thể tích bùn
Hàm lượng cặn lơ lửng


DANH MỤC BẢNG


DANH MỤC HÌNH

Hình 2.1: Công ty cổ phần chăn nuôi CP Việt Nam
Hình 2. 2:Bùn hoạt tính của công ty cổ phần chăn nuôi CP-khu công nghiệp Phú
Nghĩa

quan tâm nhất.
Phenol là một chất hoá học chủ yếu do con người tạo ra, mặc dù nó được tìm
thấy trong những phế liệu động vật và các hợp chất hữu cơ phân huỷ. Trong công
nghiệp, phenol đóng vai trò rất quan trọng, là nguyên liệu nguồn của nhiều ngành
công nghiệp. Một trong những ngành công nghiệp mũi nhọn của nước ta đó là công
nghiệp dầu khí, chế biến các sản phẩm từ dầu khí và công nghiệp sản xuất keo dán.
Hàng năm các hoạt động sản xuất của những ngành công nghiệp này đã phát thải ra
một lượng lớn chất thải độc hại cụ thể là phenol, vào môi trường nói chung và môi
trường nước nói riêng dẫn đến tình trạng ô nhiễm nguồn nước. Để có thể phát triển
một cách bền vững thì đi đôi với các quá trình sản xuất, chúng ta luôn phải quan
tâm đến việc tìm ra những phương pháp tối ưu nhất để bảo vệ môi trường, đặc biệt
là môi trường nước.
Công nghệ SBR đã được nghiên cứu từ những năm 1920 và được sử dụng
ngày càng rộng rãi trên toàn thế giới. Ở Châu Âu và Trung Quốc, Hòa Kỳ, họ đang
áp dụng công nghệ này để xử lý nước thải đô thị và nước thải công nghiệp, đặc biệt
là trong những khu vực đặc trưng có lưu lượng nước thải thấp và biến động. Các
khu đô thị, khu nghỉ dưỡng, khu nghỉ mát và một số ngành công nghiệp như sản
xuất sữa, bột giấy, thuộc da đang sử dụng công nghệ SBR để xử lý nước thải.
Nhận thức được những vấn đề cấp thiết đó, đồng thời thấy được ưu điểm của
việc sử dụng các biện pháp sinh học cũng như công nghệ phản ứng theo mẻ để xử lý
nước thải so với các phương pháp khác, từ đó em đã chọn đề tài “ Nghiên cứu sự

9


thích nghi của bùn hoạt tính hiếu khí trong quá trình xử lý nước thải chứa phenol
bằng bể phản ứng theo mẻ SBR ” để làm đề tài tốt nghiệp của mình.
2.

Mục tiêu nghiên cứu


Tổng quan về phenol

-

Công thức phân tử: C6H5OH

-

Công thức cấu tạo

 Tính chất vật lý
-

Ở điều kiện thường tồn tại ở dạng tinh thể hình kim, không màu có mùi hắc đặc
trưng, để lâu trong không khí có màu hồng và biến thành màu nâu nhạt do nó bị ôxy
hóa.

-

Tỷ trọng : d = 1,0545 g/cm2

-

Nhiệt độ nóng chảy : t„c = 40,3°C.

-

Nhiệt độ sôi: ts = 182,2°C.



1.2

Độc tính của phenol
Phenol có thể thâm nhập vào cơ thể người qua việc hô hấp và tiếp xúc da, mắt,
màng nhầy. Phenol được xem là chất cực độc đối với con người nếu đi vào cơ thể
người qua đường miệng với hàm lượng lớn. Khi ăn phải những chất có hàm lượng
phenol cao sẽ dẫn đến tử vong. Triệu chứng như co giật, hôn mê dẫn tới rối loạn hô
hấp, không còn khả năng kiểm soát, máu trong cơ thể thay đổi dẫn đến hiện tượng
tụt huyết áp. Phenol còn làm ảnh hưởng tới gan, thận và cả tim của người nhiễm
độc.
Những ảnh hưởng lâu dài của phenol: nhiều thí nghiệm đã chỉ ra sự liên quan
về đau bắp thịt, sưng gan của con người khi tiếp xúc với phenol lâu ngày. Phenol
còn gây bỏng cho da, làm rối loạn nhịp tim, tiếp xúc thường xuyên với phenol có
thể dẫn đến sự phát triển chậm trễ, gây ra sự biến đổi dị thường ở thế hệ sau, tăng tỉ
lệ đẻ non ở người mang thai.
Khả năng gây ung thư của phenol: EPA – Cục bảo vệ môi trường Hoa Kì đã
xếp phenol vào nhóm D, nhóm có khả năng gây bệnh ung thư ở người.[13]
Khi ăn, uống phải một lượng phenol có thể gây kích ứng, bỏng phía bên trong
cơ thể và gây tử vong ở hàm lượng cao. Tình trạng kích ứng và ảnh hưởng cũng xảy
ra tương tự đối với các loài động vật khi tiếp xúc với phenol.

1.3 Một số phương pháp xử lí phenol trong nước
a. Phương pháp hóa – lí

 Phương pháp sử dụng Ozone
Trong điều kiện nhiệt độ và áp suất tiêu chuẩn, ozon là một chất khí có màu
xanh nhạt, nặng hơn không khí. Ozon không bền, dễ bị phân hủy thành oxy nguyên
tử và oxy phân tử. Ozon có thể hòa tan trong nhiều dung môi khác nhau, ở điều kiện
thường, độ hòa tan của ozon vào trong nước gấp 14 lần oxy, tuy nhiên, tính ổn định

cao nhất (31,2%) do quá trình nhúng giúp tạo lớp phủ ổn định, đồng đều và bền
vững trên bề mặt chất mang. Khi tác nhân quang hóa là ánh sáng mặt trời tự nhiên,
sợi thủy tinh được phủ lớp phim xúc tác N-TiO 2-SiO2cho hiệu quả xử lý phenol cao
nhất (85,32%) do diện tích bề mặt tiếp xúc với ánh sáng mặt trời tự nhiên lớn nên
đã giúp cải thiện rõ hiệu quả xử lý. Trong thí nghiệm, sau 3 lần chạy, độ hao hụt là
13


0,19% (tương đương 0,001g) cho mỗi lần thí nghiệm. Điều này chứng tỏ sợi thủy
tinh có tiềm năng ứng dụng trong thực tiễn.
b. Phương pháp sinh học
 Phương pháp sử dụng chủng vi khuẩn DX3

Vũ Thị Thanh và cộng sự đã nghiên cứu khả năng phân hủy phenol của chủng
vi khuẩn DX3 [12]. Chủng vi khuẩn DX3 được phân lập từ bể chứa nước thải kho
xăng dầu Đỗ Xá, Thường Tín, Hà Nội. Sau 3 lần làm giàu liên tiếp trên môi trường
muối khoáng Gost có bổ sung 50 mg/l phenol. Nhóm nghiên cứu lựa chọn các nồng
độ phenol ban đầu lần lượt là 50, 100 và 150 mg/l để bổ sung vào môi trường nuôi
cấy của chủng vi khuẩn Bacillus sp DX3 và nuôi ở 30 oC. Kết quả cho thấy, sau 7
ngày nuôi cấy trên môi trường khoáng dịch với nồng độ phenol ban đầu 150 mg/l
thì hàm lượng phenol đã giảm xuống còn 0,067 mg/l, đạt hiệu quả xử lý 99,9%.
1.4 Một số phương pháp xử lí nước thải chứa phenol trên thế giới
 Phương pháp sử dụng bùn hoạt tính trong điều kiện hiếu khí

Vazquez và cộng sự năm 2006 đã nghiên cứu loại bỏ phenol, amoni,
thiocyanua trong nước thải cốc hóa bằng bùn hoạt tính trong điều kiện hiếu khí với
các thông số đầu vào phenol (110-350mg/l); N-NH4+(504-2340mg/l); SCN-(185370mg/l), COD(807-3275 mg/L)[14]. Khi bổ sung nguồn cacbon (2,8kg
NaHCO3/m3) sẽ tạo điều kiện cho các vi sinh vật tự dưỡng phát triển để đẩy mạnh
quá trình khử nitơ trong dòng thải. Hiệu quả xử lý NH 4 đạt 71% khi thời gian lưu
nước là 54,3h. Hiệu quả loại bỏ COD, phenol lần lượt là 65,6 và 97%. Hiệu quả loại

một bể. Hệ thống SBR là hệ thống dùng để xử lý nước thải sinh học chứa hợp chất
hữu cơ và nito cao. Hệ thống hoạt động liên tục bao gồm quá trình bơm nước thải –
phản ứng – lắng – hút nước ra, trong đó quá trình phản ứng hay còn gọi là quá trình
tạo hạt (bùn hạt hiếu khí) quá trình này phụ thuộc vào khả năng cấp khí, đặc điểm
của chất nền trong nước thải đầu vào.
 Các giai đoạn xử lý bằng hệ thống SBR[7]
•

Pha làm đầy: Trong pha này, nước thải sẽ được nạp đầy bể, nước thải vào sẽ mang
theo một hàm lượng thức ăn cho các vi khuẩn trong bùn hoạt tính, tạo ra một môi
trường cho phản ứng sinh hóa xảy ra.
Đưa nước thải vào bể có thể vận hành ở 3 chế độ: làm đầy tĩnh, làm đầy khuấy
trộn, làm đầy sục khí.

15


-

Làm đầy tĩnh: Nước thải đưa vào bể ở trạng thái tĩnh, nghĩa là không cung cấp thiết
bị khuấy trộn và sục khí. Trạng thái này thường áp dụng trong công trình không cần
quá trình nitrat hóa và quá trình phản nitrat và những công trình lưu lượng nước thải
thấp để tiết kiệm năng lượng, chi phí vận hành, bảo dưỡng..

-

Làm đầy có khuấy trộn thì giúp điều hòa nồng độ, ổn định thành phần nước thải,
đồng thời xảy ra các quá trình oxy hóa cơ chất trong điều kiện hiếu khí và thiếu khí,
tăng hiệu quả xử lí nito trong nước thải.


•
1.5.2

Pha chờ: thời gian chờ nạp mẻ tiếp theo( có thể bỏ qua pha này).
Ưu điểm
16


-

Không cần bể lắng và tuần hoàn bùn.

-

Trong pha làm đầy bể SBR đóng vai trò như bể cân bằng vì vậy bể SBR có thể chịu
dựng được tải trọng cao và sốc tải.

-

Có thể hạn chế được sự phát triển của vi khuẩn sợi thông qua việc điều chỉnh tỉ số
F/M và thời gian thổi khí trong quá trình làm đầy.

-

Ít tốn diện tích đất xây dựng do các quá trình cân bằng cơ chất, xử lý sinh học và
lắng được thực hiện trong cùng một bể.

-

Dễ dàng bảo trì, bảo dưỡng thiết bị (các thiết bị ít) mà không cần phải tháo nước

Điều này sẽ dẫn đến hiện tượng bùn nổi do bị khí nitơ đẩy lên. Hiện tượng này càng
nghiêm trọng vào những ngày nhiệt độ cao.

1.5.4
-

Các đặc tính nổi bật
Nồng độ bùn trong công trình: hầu hết các công trình truyền thống đều hoạt động
ở nồng độ bùn thấp hoặc trung bình, thường 1.500 - 2.500 mg/l nhưng đối với bể
SBR lại hoạt động ở nồng độ bùn cao, điển hình là 2.000 - 4.000 mg/l dẫn đến tuổi
bùn lâu hơn và tăng hiệu quả sinh học

17


-

Tất cả quá trình tích hợp vào một công trình: công nghệ SBR kết hợp các quá trình
nitrat hóa, khử nitơ, phản ứng, lắng và ổn định bùn bên trong một công trình nhỏ
gọn, đỡ tốn chi phí xây dựng.

1.6 Đặc điểm chung của bùn hoạt tính
-

Bùn hoạt tính là những quần thể sinh vật, vi sinh vật bao gồm: vi khuẩn, nấm,
Protozoa, tích trùng và các loại động vật không xương, động vật bậc cao khác
(giun, dòi, bọ). Bùn có dạng bóng, màu nâu xám. Bùn hoạt tính được hình thành rất
đơn giản bằng cách làm thoáng sục khí vào nước thải với sự có mặt của vi khuẩn.
Việc sục khí được thực hiện cho tới khi vi khuẩn phân hủy chất hữu cơ. Bùn hoạt
tính hình thành không phải bởi một loại vi khuẩn tạo bông đặc biệt mà chỉ là một


19


nhất vào mùa đông là 12°C, Ngoài ra quá trình xử lý hiếu khi còn phụ thuộc nồng
độ muối vô cơ, lượng chất lơ lửng chảy vào bể xử lý cũng như các loại vi sinh vật
và cấu trúc chất bẩn hữu cơ [7]

20


CHƯƠNG II. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1 Mô hình bể SBR

Sử dụng mô hình bể hoạt động theo mẻ SBR trong nghiên cứu xử lí Phenol
trong nước thải
Thiết kế mô hình bể phản ứng theo mẻ SBR với các thông số thiết kế về:
-

Kích thước

-

Lưu lượng nước đầu vào, đầu ra, lưu lượng cấp khí

-

Các giai đoạn vận hành của bể: Làm đầy, phản ứng, lắng, xả nước, pha chờ.

-

môi trường xung quanh và được chúng sử dụng làm nguyên liệu để cung cấp cho
các quá trình sinh tổng hợp tạo ra các thành phần của tế bào hoặc để cung cấp cho
các quá trình trao đổi năng lượng. Như vậy, chất dinh dưỡng phải là những hợp chất
có tham gia vào quá trình trao đổi chất nội bào.
Thành phần nước thải có vai trò quyết định tới sự sinh trưởng và phát triển của
vi sinh vật. Mỗi loài sinh vật chỉ sinh trưởng và phát triển trong một dải nồng độ
thức ăn nhất định, nếu lớn hơn dải nồng độ đó sẽ ảnh hưởng tới sự phát triển của
chúng. Mỗi một loài sinh vật có thể sử dụng một số thức ăn nhất định, chúng sẽ
đồng hoá những loại thức ăn dễ đồng hoá trước, thức ăn khó đồng hoá sau. Thành
phần và chất lượng nước thải thể hiện qua các thông số sau:
2.2.1 Nguồn cacbon
Tuỳ từng nhóm vi sinh vật mà nguồn cacbon được cung cấp dưới dạng cacbon
vô cơ (CO2,..) hoặc cacbon hữu cơ và nguồn năng lượng là ánh sáng mặt trời hay
nguồn năng lượng là sản phẩm của trao đổi chất (ATP).
21


Trên thế giới hầu như không có hợp chất cacbon hữu cơ nào mà không bị vi
sinh vật phân giải. Không ít những vi sinh vật có thể đồng hoá được cả các hợp chất
cacbon rất bền vững như cao su, chất dẻo, dầu mỏ,...
Đối với những chất hữu cơ không tan trong nước hoặc có khối lượng phân tử
lớn, để hấp thụ được các chất này thì vi sinh vật phải tiết ra các enzym ngoại bào
thuỷ phân để chuyển hoá chúng thành những hợp chất dễ hấp thụ (đường, axit
amin,...).
Người ta thường dùng đường làm nguồn thức ăn cacbon khi nuôi cấy phần lớn
các vi sinh vật dị dưỡng. Để nuôi cấy các vi sinh vật khác nhau, người ta thường
dùng các nồng độ đường không giống nhau.
Đối với vi sinh vật dị dưỡng, nguồn thức ăn cacbon làm cả hai chức năng:
nguồn dinh dưỡng và nguồn năng lượng.
2.2.2 Nguồn nitơ

Thông số photpho giúp ta đánh giá mức độ dinh dưỡng có trong nước. Thiếu
photpho sẽ dẫn đến sự phát triển của vi khuẩn dạng sợi, làm bùn hoạt tính trương
lên, khó lắng và bị cuốn ra khỏi hệ thống xử lý do đó làm giảm nồng độ của bùn
hoạt tính trong bể xử lý. Để khắc phục điều này người ta đề xuất một tỷ lệ các chất
dinh dưỡng cho xử lý nước thải bằng phương pháp hiếu khí như sau BOD : N : P =
100 : 5 : 1 (đối với 3 ngày đầu) còn đối với thời gian xử lý dài hơn thì tỷ lệ trên là
200 : 5 : 1.
2.2.4 Hàm lượng sunphat
Sunphat sắt luôn có mặt trong nước bị ô nhiễm và trong nước thải. Lưu huỳnh
có mặt trong một số aminoaxit cấu tạo nên protein (cystein và methionin). Lưu
huỳnh sẽ được chuyển hoá theo phương trình sau trong điều kiện kị khí nhờ vi
khuẩn:

Sự có mặt của lưu huỳnh dạng H2S trong nước làm cho nước có mùi thối.
2.2.5 Hàm lượng các kim loại nặng
Khi trong nước chứa các kim loại nặng như: chì (Pb), thuỷ ngân (Hg), Crom
(Cr), Cadimi (Cd), Asen (As) thì ngoài việc gây hại cho con người, động thực vật sử
dụng nguồn nước, các kim loại nặng này còn có ảnh hưởng nhiều đến hoạt động của
các vi sinh vật trong nước.
Các kim loại nặng ở hàm lượng nhất định nào đó có thể làm cho quá trình
trao đổi chất của cơ thể vi sinh vật bị rối loạn do sự kìm hãm hoạt động của các

23


enzym khi có mặt một số kim loại. Tuy nhiên đối với một vài kim loại nặng ở dạng
vết thì lại có tác dụng tốt nhất định đối với sự phát triển sinh vật.
2.2.6

Nguồn khoáng

287

Nồng độ dd làm việc (mg/l)
150
100
22.5
15
12.5
2
Nồng độ dd làm việc (mg/l)
0.05
0.05

CuCl2.2H2O

171

0.03

MnSO4
151
0.05
MoO3
144
0.05
AlCl3
287
0.05
CoCl2.6H2O
166

sinh vật hiếu khí hầu như ngưng trệ. Lượng oxy hoà tan tốt nhất trong khoảng
1,5÷4,0 mg/l.
Khuấy trộn hoặc sục khí làm tăng sự tiếp xúc giữa bùn hoạt tính và các chất
thải trong nước, làm cho khả năng làm sạch nước thải của vi sinh vật tăng lên.

2.3.2 Nhu cầu oxy sinh hóa BOD
BOD được định nghĩa là lượng oxy cần thiết mà các vi sinh vật đã sử dụng để
oxy hoá cacbon hữu cơ thành CO2 và nitơ hữu cơ thành NO3-. Phương trình tổng
quát như sau:

Chỉ số BOD chỉ ra lượng oxy mà vi khuẩn tiêu thụ trong phản ứng oxy hoá
các chất hữu cơ trong nước ô nhiễm, chỉ số BOD càng cao chứng tỏ lượng chất hữu
cơ có khả năng phân huỷ sinh học trong nước càng lớn.
Trong thực tế, người ta không thể xác định lượng oxi cần thiết để phân huỷ
hoàn toàn chất hữu cơ vì tốn quá nhiều thời gian mà người ta thường chỉ xác định
lượng oxi cần thiết trong 5 ngày đầu ở nhiệt độ 200C, kí hiệu BOD5. Tại thời điểm
này đã có 70 – 80% các chất hữu cơ bị oxy hoá.
25