Luận văn Đánh giá ảnh hưởng của pH và tải trọng đến tính chất lắng của bùn hoạt tính

i Lời cám ơn Trước khi đi vào nội dung luận văn em xin chân thành cảm ơn đến: Thầy Nguyễn Phước Dân đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ em trong suốt quá trình thực hiện để hoàn thành luận văn này. Cô Nguyễn Thị Thanh Phượng đã tận tình chỉ bảo em trong suốt quá trình vận hành mô hình thí nghiệm. Cùng toàn thể thầy cô khoa môi trường đã tận tình giảng dạy, chỉ bảo, truyền đạt nguồn kiến thức và những kinh nghiệm quý báu cho em trong suốt thời gian học tập tại trường. Xin cảm ơn đến tất cả bạn bè, những người đã giúp đỡ tôi trong suốt thời gian học tập cũng như thực hiện tốt luận văn tốt nghiệp. Em cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành đến gia đình, bố mẹ em đã tạo điều kiện cho em hoàn thành tốt luận văn tốt này. Mặc dù đã nỗ lực hết mình, nhưng do khả năng, kiến thức và thời gian có hạn nên không thể tránh được những sai sót trong lúc thực hiện luận văn này, em kính mong quý thầy cô chỉ dẫn, giúp đỡ em để ngày càng hoàn thiện hơn vốn kiến của mình và có thể tự tin bước vào cuộc sống với vốn kiến thức có được. ii Lời mở đầu Môi trường là một trong những vấn đề mà hiện nay hầu hết ai cũng quan tâm, vấn đề không những tự nó phát sinh mà nguyên nhân chính là do nhu cầu cuộc sống của con người gây ra. Trong nhiều thập niên qua tình trạng ô nhiễm môi trường ngày càng trở nên nghiêm trọng, đó là sự phát thải bừa bãi các chất ô nhiễm vào môi trường mà không được xử lý, gây nên hậu quả nghiêm trọng tác hại đến đời sống toàn cầu. Việt Nam chúng ta đã và đang chú trọng đến việc cải tạo môi trường và ngăn ngừa ô nhiễm. Tại Thành phố Hồ Chí Minh, tình trạng ô nhiễm môi trường khá nghiêm trọng, hầu hết các con kênh rạch trong Thành phố đều ô nhiễm nặng nề, những làn khói bụi thoát ra từ các nhà máy, xe cộ đã gây ảnh hưởng không nhỏ đến sức khỏe của người dân. Vấn đề cấp bách đặt ra cho cấp lãnh đạo thành phố hiện nay là cần ngăn chặn các nguồn ô nhiễm và tái tạo lại môi trường thành phố. Tuy nhiên, để ngăn chặn sự ô nhiễm trước tiên phải xử lý các nguồn gây ô nhiễm thải vào môi trường, có nghĩa là các nhà máy, xí nghiệp, các khu thương mại trong quá trình hoạt động và sản xuất phát sinh chất thải phải được xử lý triệt để. Muốn vậy, cần phải ngăn ngừa, giảm thiểu và xử lý triệt để các loại chất thải phát sinh là điều tất yếu phải làm đối với mỗi chúng ta. iii Mục lục CHƯƠNG 1. MỞ ĐẦU .............................................................................................. 1 1.1. GIỚI THIỆU .................................................................................................... 1 1.2. MỤC ĐÍCH...................................................................................................... 1 1.3. PHẠM VI ĐỀ TÀI ........................................................................................... 1 1.4. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU............................................................................. 2 CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN....................................................................................... 3 2.1. GIỚI THIỆU VỀ BÙN HOẠT TÍNH ............................................................... 3 2.1.1. Lịch sử phát triển của quá trình bùn hoạt tính ............................................ 3 2.1.2. Quần thể vi sinh vật trong bùn hoạt tính..................................................... 3 2.1.3. Sự tăng trưởng sinh khối............................................................................ 4 2.1.4. Tính chất tạo bông bùn hoạt tính.............................................................. 10 2.2. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH BÙN HOẠT TÍNH ......... 12 2.2.1. Ảnh hưởng của pH................................................................................... 12 2.2.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ........................................................................... 13 2.2.3. Ảnh hưởng của kim loại nặng .................................................................. 14 2.2.4. Ảnh hưởng của các chất dầu mỡ trong nước thải...................................... 15 2.2.5. Ảnh hưởng của các chất hoạt động bề mặt ............................................... 15 2.2.6. Sự lên men của nước thải ......................................................................... 15 2.2.7. Nhu cầu oxy............................................................................................. 16 2.2.8. Lượng dinh dưỡng ................................................................................... 16 2.2.9. Tỉ số F/M (Tỉ số thức ăn trên sinh khối)................................................... 19 2.2.10. Lượng bùn tuần hoàn ............................................................................. 19 2.2.11. Thời gian lưu bùn .................................................................................. 19 2.3. NGUYÊN NHÂN VÀ HẬU QUẢ CỦA NHỮNG VẤN ĐỀ THƯỜNG GẶP KHI VẬN HÀNH BÙN HOẠT TÍNH .................................................................. 20 2.3.1. Bùn phát triển phân tán (Dispersed growth) ............................................. 20 2.3.2. Bùn không kết dính được (Pinpoint flocs)................................................ 21 2.3.3. Bùn tạo khối do vi khuẩn dạng sợi (Filamentous bulking)........................ 21 2.3.4. Bùn tạo khối nhớt (vicous bulking) hay là sự phát triển của Zoogloeal (Zoogloeal growth)............................................................................................ 24 2.3.5. Bùn nổi (Rising sludge) ........................................................................... 26 2.3.6. Bọt váng (Foam/Scum) ............................................................................ 27 a. Bọt ............................................................................................................. 29 b. Váng .......................................................................................................... 30 2.4. LỊCH SỬ VÀ SỰ PHÁT TRIỂN CỦA CÁC PHƯƠNG PHÁP KIỂM SOÁT QUÁ TRÌNH BÙN TẠO KHỐI VÀ TẠO BỌT.................................................... 31 2.4.1. Bùn tạo khối ............................................................................................ 31 2.4.2. Bọt váng .................................................................................................. 36 CHƯƠNG 3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ....................................................... 39 3.1. NỘI DUNG THỰC HIỆN .............................................................................. 39 3.2. THÍ NGHIỆM 1: ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA TẢI TRỌNG ĐẾN TÍNH CHẤT LẮNG CỦA BÙN HOẠT TÍNH ĐỐI VỚI NƯỚC THẢI THUỘC DA .... 39 3.3. THÍ NGHIỆM 2: ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA TẢI TRỌNG ĐẾN TÍNH CHẤT LẮNG CỦA BÙN HOẠT TÍNH ĐỐI VỚI NƯỚC THẢI CHẾ BIẾN MEN THỰC PHẨM MAURINE – LA NGÀ ................................................................. 42 iv 3.4. THÍ NGHIỆM 3: ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA pH ĐẾN TÍNH CHẤT LẮNG CỦA BÙN HOẠT TÍNH ĐỐI VỚI NƯỚC THẢI CHẾ BIẾN MEN THỰC PHẨM MAURINE – LA NGÀ............................................................................. 44 CHƯƠNG 4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN............................................................. 47 4.1. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM THAY ĐỔI TẢI TRỌNG ĐỐI VỚI NƯỚC THẢI THUỘC DA.......................................................................................................... 47 4.2. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM THAY ĐỔI TẢI TRỌNG ĐỐI VỚI NƯỚC THẢI CHẾ BIẾN MEN THỰC PHẨM .......................................................................... 58 4.3. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM THAY ĐỔI pH ĐỐI VỚI NƯỚC THẢI CHẾ BIẾN MEN THỰC PHẨM ............................................................................................. 69 CHƯƠNG 5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................. 81 5.1. KẾT KUẬN ................................................................................................... 81 5.2. KIẾN NGHỊ................................................................................................... 81 v Danh sách các bảng Bảng 2.1 Các đặc tính trong quá trình sinh trưởng của vi sinh vật............................... 9 Bảng 2.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình bùn hoạt tính .................................. 13 Bảng 2.3 Các chất dinh dưỡng cần thiết cho hoạt động sống của tế bào vi khuẩn...... 16 Bảng 2.4 Phần trăm thành phần của các nguyên tố chính trong tế bào vi khuẩn tính trên trọng lượng khô ................................................................................................. 16 Bảng 2.5 Giá trị dinh dưỡng cần thiết để khử BOD (g/kg BOD) ............................... 17 Bảng 2.6 Thời gian lưu bùn tiêu biểu cho quá trình bùn hoạt tính ............................. 18 Bảng 2.7 Các loài vi khuẩn dạng sợi thường gặp gây ra hiện tượng bùn tạo khối ...... 21 Bảng 2.8 Các yếu tố ảnh hưởng đến bùn khối nhớt ................................................... 23 Bảng 2.9 Các dấu hiệu nhận biết có quá trình khử nitrat ........................................... 24 Bảng 2.10 Các dạng vi khuẩn gây bọt váng thường gặp............................................ 25 Bảng 2.11 Ảnh hưởng của sự thay đổi về sinh học, hóa học và lý học đến sự hình thành bọt/váng .......................................................................................................... 26 Bảng 2.12 Những dạng bọt chính trong bùn hoạt tính ............................................... 27 Bảng 2.13 Kiểm soát bọt do thiếu dinh dưỡng .......................................................... 33 Bảng 2.14 Kiểm soát bọt do chất béo, dầu mỡ .......................................................... 35 Bảng 3.1 Các thông số đầu vào của nước thải thuộc da............................................. 36 Bảng 3.2 Các điều kiện vận hành của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải thuộc da .................................................................................................................... 36 Bảng 3.3 Số lần pha loãng theo từng tải trọng........................................................... 37 Bảng 3.4 Thể tích dung dịch KH2PO4 cần châm vào các mô hình............................ 38 Bảng 3.5 Các thông số đầu vào của nước thải chế biến men thực phẩm .................... 38 Bảng 3.6 Các điều kiện vận hành của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải chế biến men thực phẩm ........................................................................................... 39 vi Bảng 3.7 Số gam mật rỉ đường tương ứng với từng tải trọng .................................... 39 Bảng 3.8 Thể tích dung dịch dinh dưỡng ứng với mỗi tải trọng ................................ 40 Bảng 3.9 Các điều kiện vận hành của thí nghiệm thay đổi pH đối với nước thải chế biến men thực phẩm ................................................................................................. 41 Bảng 3.10 Các phương pháp phân tích các chỉ tiêu ................................................... 42 Bảng 4.1 COD đầu ra của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải thuộc da .. 44 Bảng 4.2 COD đầu vào và COD đầu ra trung bình sau khi ổn định của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải thuộc da..................................................................... 45 Bảng 4.3 Biến thiên clorua của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải thuộc da ............................................................................................................................. 47 Bảng 4.4 Độ đục đầu ra của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải thuộc da48 Bảng 4.5 Biến thiên chỉ số SVI của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải thuộc da .................................................................................................................... 49 Bảng 4.6 Biến thiên MLSS của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải thuộc da ............................................................................................................................. 51 Bảng 4.7 Kết quả trung bình ổn định của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải thuộc da ............................................................................................................. 52 Bảng 4.8 COD đầu ra của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải chế biến men thực phẩm................................................................................................................. 54 Bảng 4.9 COD đầu vào, COD đầu ra trung bình ổn định của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải chế biến men thực phẩm....................................................... 55 Bảng 4.10 Độ đục đầu ra của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải chế biến men thực phẩm ......................................................................................................... 57 Bảng 4.11 Biến thiên chỉ số SVI của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải chế biến men thực phẩm ........................................................................................... 59 Bảng 4.12 Biến thiên MLSS của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải chế biến men thực phẩm ................................................................................................. 60 vii Bảng 4.13 Kết quả trung bình ổn định của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải chế biến men thực phẩm .................................................................................... 61 Bảng 4.14 COD đầu ra của thí nghiệm thay đổi pH (pH = 4 – 11) đối với nước thải chế biến men thực phẩm ........................................................................................... 64 Bảng 4.15 COD đầu ra của mô hình pH = 12........................................................... 64 Bảng 4.16 COD đầu vào và COD đầu ra trung bình ổn định của nước thải chế biến men thực phẩm ......................................................................................................... 65 Bảng 4.17 Độ đục đầu ra của thí nghiệm thay đổi pH đối với nước thải chế biến men thực phẩm................................................................................................................. 66 Bảng 4.18 Độ đục đầu ra của mô hình pH = 12......................................................... 67 Bảng 4.19 SVI đầu ra của thí nghiệm thay đổi pH đối với nước thải chế biến thực phẩm......................................................................................................................... 68 Bảng 4.20 SVI đầu ra của mô hình pH = 12............................................................ 68 Bảng 4.21 Biến thiên MLSS của thí nghiệm thay đổi pH đối với nước thải chế biến thực phẩm................................................................................................................. 69 Bảng 4.22 Biến thiên MLSS của mô hình pH = 12 đối với nước thải chế biến men thực phẩm................................................................................................................. 69 Bảng 4.23 Biến thiên pH đầu ra của thí nghiệm thay đổi pH đối với nước thải chế biến men thực phẩm ......................................................................................................... 71 Bảng 4.24 Kết quả trung bình ổn định của thí nghiệm thay đổi pH đối với nước thải chế biến thực phẩm................................................................................................... 72 viii Danh sách các hình Hình 2.1 Trùng biến hình (amoebae) ..........................................................................5 Hình 2.2 Trùng roi (flagellate) .................................................................................... 5 Hình 2.3 Trùng tiên mao bơi (free – swimming ciliate)............................................... 6 Hình 2.4 Trùng tiên mao bò (crawling ciliated protozoa) ............................................7 Hình 2.5 Trùng tiên mao có cuống (stalk ciliated protozoa) ........................................8 Hình 2.6 Giun tròn sống tự do (free – living nematode).............................................. 8 Hình 2.7 Trùng bánh xe (rotifer)................................................................................. 9 Hình 2.8 Bùn ở giai đoạn hô hấp nội bào ....................................................................9 Hình 2.9 Bùn hoạt tính kết bông tốt .......................................................................... 11 Hình 2.10 Bùn liên kết yếu ....................................................................................... 12 Hình 2.11 Bùn tạo khối do vi khuẩn dạng sợi ........................................................... 21 Hình 2.12 Hình minh họa bùn dạng bọt váng Nocardia............................................. 26 Hình 4.1 COD đầu ra của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải thuộc da... 44 Hình 4.2 COD đầu vào, COD đầu ra trung bình ổn định của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải thuộc da ............................................................................... 46 Hình 4.3 Hiệu quả xử lý COD của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải thuộc da .................................................................................................................... 46 Hình 4.4 Clorua đầu ra cúa thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải thuộc da47 Hình 4.5 Độ đục đầu ra của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải thuộc da48 Hình 4.6 Biến thiên SVI của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải thuộc da ................................................................................................................................. 50 Hình 4.7 Biến thiên MLSS của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải thuộc da ............................................................................................................................. 51 Hình 4.8 COD đầu ra và clorua đầu ra trung bình ổn định của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải thuộc da ............................................................................... 52 ix Hình 4.9 Độ đục và SVI đầu ra trung bình ổn định của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải thuộc da ........................................................................................ 53 Hình 4.10 MLSS trung bình ổn định của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải thuộc da ............................................................................................................. 53 Hình 4.11 COD đầu ra của thí nghiệm thay đổi tải trọng (0.3; 0,5; 1,0; 1,5 kg COD/m3.ngày) đối với nước thải chế biến men thực phẩm....................................... 55 Hình 4.12 COD đầu ra của thí nghiệm thay đổi tải trọng (2,0; 4,0; 6,0 kg COD/m3.ngày) đối với nước thải chế biến men thực phẩm....................................... 55 Hình 4.13 COD vào, COD ra trung bình của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải chế biến men thực phẩm............................................................................ 56 Hình 4.14 Hiệu quả xử lý COD của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải chế biến men thực phẩm ................................................................................................. 57 Hình 4.15 Độ đục đầu ra của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải chế biến men thực phẩm ......................................................................................................... 58 Hình 4.16 Biến thiên chỉ số SVI của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải chế biến men thực phẩm ........................................................................................... 59 Hình 4.17 Biến thiên MLSS của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải chế biến men thực phẩm ....................................................................