Xác định các thông số động học sinh học phục vụ các xử lý nước thải của cơ sở sản xuất nước tương Lam Thuật trên mô hình bùn hoạt tính

. Thêm vào đó, đậu tương là một loại nông sản có năng suất rất cao và được trồng ở nhiều nơi trong cả nước. Do đó, ngành sản xuất nước tương hiện nay khá phát triển trong lĩnh vực thực phẩm tại Việt Nam . Tuy nhiên, việc sản xuất nước tương đã tạo ra một lượng lớn nước thải có hàm lượng chất ô nhiễm cao gây ra không ít lo ngại cho cuộc sống của người dân sống xung quanh khu vực nhà máy. Hiện trạng nước thải chứa lượng lớn chất hữu cơ cao thải trực tiếp ra hệ thống nước thải chung của các khu dân cư không qua xử lý gây ô nhiễm nghiêm trọng là thực trạng chung của một số các cơ sở sản xuất nước tương quy mô vừa và nhỏ hiện nay. Vì thế, trong khi hệ thống xử lý nước thải nước tương của một số nhà máy hoạt động hiệu quả, hệ thống xử lý của các cơ sở khác lại chưa đạt được như mong muốn, nhất là các cơ sở với quy mô sản xuất vừa và nhỏ. Bên cạnh lý do khoản đầu tư và vận hành hệ thống xử lý làm tăng chi phí sản xuất, một trong những nguyên nhân khiến hiệu quả xử lý chưa đạt yêu cầu là do thiếu các nghiên cứu cụ thể với loại nước cần xử lý. Đó là những nghiên cứu không đòi hỏi chi phí cao nhưng lại có ý nghĩa thực tiễn lớn trong việc nâng cao hiệu quả xử lý của hệ thống xử lý nước thải nước tương. Trong quá trình xử lý nước thải nước tương thì giai đoạn xử lý sinh học đóng vai trò then chốt để loại bỏ các yếu tố ô nhiễm hữu cơ luôn hiện diện trong nước thải. Trong số các phương pháp xử lý sinh học thì xử lý sinh học bằng bùn hoạt tính là lựa chọn thông dụng nhất đối với các hệ thống xử lý nước thải nước tương do chi phí đâu tư và vận hành hợp lý. Trước những vấn đề đặt ra ở trên, đề tài “ Xác định các thông số động học sinh học phục vụ quá trình xử lý nước thải của cơ sở sản xuất nước tương Lam Thuận bằng bùn hoạt tính” được hình thành nhằm cải thiện hiệu quả xử lý của hệ thống xử lý nước thải đối với các nhà máy đã có hệ thống xử lý , đồng thời có vai trò như một tài liệu tham khảo đối với các nhà đầu tư , những người thiết kế hệ thống xử lý nước thải nước tương để hệ thống hoạt động hiệu quả sau khi xây dựng. 1.2. MỤC TIÊU – NỘI DUNG – PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 1.2.1. Mục tiêu Khảo sát khả năng xử lý nước thải sản xuất nước tương bằng phương pháp bùn hoạt tính. Tìm ra các thông số động học cụ thể để hoàn thiện quá trình xử lý nước thải. 1.2.2. Nội dung Nghiên cứu xử lý nước thải từ một quy trình sản xuất nước tương điển hình trên mô hình thử nghiệm trong 2 tháng ( từ tháng 5/2009 đến tháng 6/2009), bằng phương pháp sinh học hiếu khí ( bùn hoạt tính). Xác định các thông số động học sinh học phục vụ xử lý nước thải ở ba điều kiện thích nghi, tĩnh và động . Từ đó rút ra thông số động học phù hợp nhất cho quá trình xử lý loại nước thải trên bằng phương pháp bùn hoạt tính. 1.2.3. Phương pháp nghiên cứu Khảo sát thành phần, tính chất nước thải từ quá trình sản xuất nước tương. Xây dựng và vận hành mô hình thí nghiệm Phân tích, đánh giá và xử lý các thông số trong quá trình xử lý nước thải trên mô hình thí nghiệm. 1.3. PHẠM VI NGHIÊN CỨU Nghiên cứu, phân tích và đánh giá hiệu quả xử lý COD trong nước thải sản xuất nước tương trên môi trường nhân tạo bằng phương pháp sinh học hiếu khí ứng dụng bùn hoạt tính. Nghiên cứu thực hiện ở quy mô phòng thí nghiệm với mô hình có dung tích 24l. 1.4. Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI Sản xuất nước tương đang là một trong những lĩnh vực phát triển của ngành thực phẩm. Nên nước thải trong quá trình sản xuất nước tương cũng ngày một tăng lên, vì thế việc xác định được các thông số động học tốt nhất cho quá trình xử lý của nước thải có ý nghĩa rất thực tế. Nó có thể là tài liệu nhằm nâng cao hiệu quả xử lý cho các hệ thống xử lý hiện hữu. Đồng thời là thông số tham khảo trong quá trình thiết kế hệ thống xử lý nước thải nước tương. CHƯƠNG 2 : TỔNG QUAN VỂ NƯỚC THẢI TỪ QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT NƯỚC TƯƠNG Nguyên liệu để sản xuất nước tương là hạt đậu tương có tên khoa học là Glycine max Merrill. Đậu tương là cây công nghiệp và là cây thực phẩm ngắn ngày có giá trị dinh dưỡng cao. Đậu tương dùng làm thực phẩm cho người và thức ăn cho chăn nuôi. Đồng thời, đậu tương còn là cây cải tạo đất tốt và là mặt hàng nông sản xuất khẩu quan trọng đem lại lợi nhuận cao. Chính vì vậy, cây đậu tương đang là một trong 10 chương trình ưu tiên phát triển của nước ta ( TS.VS.Trần Đình Long – Viện Khoa Học Kỹ Thuật Nông Nghiệp Việt Nam). Từ năm 1990 trở lại đây diện tích canh tác, năng suất, sản lượng đậu tương đã không ngừng tăng lên. Cũng theo TS.VS. Trần Đình Long – Viện Khoa Học Kỹ Thuật Nông Nghiệp Việt Nam, diện tích trồng tăng 11,2%, năng suất tăng 48,6% và sản lượng tăng 63,9%. Cũng từ đó, các cơ sở sản xuất nước tương ra đời ngày càng nhiều và phát triển ngày càng rộng với nhiều thương hiệu nổi tiếng. Nước tương hay còn gọi là xì dầu đang được sử dụng rộng rãi ở Đông Nam Á. Riêng ở Việt Nam, lượng nước tương tiêu thụ hằng tháng ngày càng tăng bởi không chỉ vì hương vị đậm đà thơm ngon của nó mà còn vì khả năng khắc phục những hư tổn tế bào ở người của nước tương. Người ta phát hiện nước tương – được làm từ đậu tương lên men – có khả năng chống ôxy hóa mạnh gấp khoảng 10 lần rượu vang đỏ và 150 lần so với vitamin C. “ Thứ nước chấm này còn thể hiện tiềm năng trong việc làm chậm tốc độ phát triển các căn bệnh tim mạch và suy thoái thần kinh”, trưởng nhóm nghiên cứu Barry Halliwell cho biết. Nghiên cứu của Đại Học Quốc Gia Singapore cũng tìm thấy nước tương cải thiện tới 50% lưu lượng máu chỉ trong vài giờ sau khi sử dụng. Có thể thấy rằng nhu cầu tiêu thụ nước tương ngày càng tăng. Tại thành phố Hồ Chí Minh hiện nay có khoảng 50 cơ sở sản xuất và phân phối nước tương với chất lượng được phân thành nhiều loại. Trên cả nước hiện nay có khoảng trên 70 nhà máy sản xuất nước tương có quy mô tương đối lớn và rất nhiều cơ sở sản xuất nước tương vừa và nhỏ khác. 2.1. HIỆN TRẠNG SẢN XUẤT NƯỚC TƯƠNG TẠI VIỆT NAM 2.1.1. Quy trình sản xuất nước tương 2.1.1.1. Sản xuất nước tương theo phương pháp hóa giải (hình 2.1) Bánh dầu Xử lý nguyên liệu Acid, nước Trung hòa Phân giải Lọc thô Thanh trùng Muối Lắng trong Pha chế Đóng gói Thành phẩm Soda Bánh dầu là đậu tương bị ép hết dầu và viên thành từng bánh với hàm lượng protein đạt từ 40% trở lên. Nước tương sản xuất theo quy trình này sẽ tạo ra thành phẩm nhanh hơn, nhờ sử dụng acid để phân giải tinh bột và protein. Nhưng đồng thời quy trình này cũng sinh ra chất độc 3 – MCPD như 1 sản phẩm phụ gây ảnh hưởng đến sức khỏe của người tiêu dùng. Vì vậy, các nhà máy sản xuất nước tương ở nước ta hiện nay đã dần chuyển sang sản xuất nước tương bằng phương pháp lên men truyền thống nhưng cũng có kết hợp hóa giải. 2.1.1.2. Sản xuất nước tương bằng lên men kết hợp với hóa giải bằng axit (Hình 2.2) Khô đậu nghiềng nhỏ Rang Điều chỉnh pH Nuôi mốc Ngâm Trung hòa, lọc Thủy phân 2 Trộn mốc Làm nguội Thủy phân 1 Mốc giống A.oryzae Nước nóng 600C Thanh trùng, điều vị T0 phòng Thời gian : 30 – 34h Ca(OH)2 Nước tương thành phẩm Axit HCl Bã Axit hữu cơ Nước nóng 600C 2.1.1.3. Thuyết minh quy trình Nếu ta chỉ sản xuất nước tương bằng phương pháp lên men truyền thống thì sẽ gặp nhiều khó khăn như thời gian sản xuất ra sản phẩm chậm, và nước tương cũng không có mùi thơm và hương vị đặc trưng. Nhưng nếu ta sử dụng phương pháp hóa giải thì có được các yêu cầu đó. Vì vậy, phương pháp này là sự kết hợp hoàn hảo để nhà máy sản xuất nước tương đáp ứng được yêu cầu của khách hàng. Trong qui trình sản xuất nước tương theo phương pháp lên men kết hợp hóa giải bằng axit sulfuric gồm có các giai đoạn chính: Xử lý nguyên liệu : công đoạn xử lý nguyên liệu có 3 bước chính Xay nhỏ : nhằm tăng khả năng xúc tác của enzyme thủy phân. Phối liệu và trộn nước : trộn thêm 10% bột bắp hoặc bột mì, thêm 60 – 70 % nước so với lượng bột trên Hấp chín : nhằm tiêu diệt vi sinh vật và giúp nấm mốc phát triển tốt hơn. Nuôi nấm mốc : trong khi nuôi nấm cần lưu ý các yếu tố Nhiệt độ từ 28 – 320 C; độ ẩm từ 85 – 90% và phải thoáng khí Thủy phân: lượng axit sulfuric sử dụng là 5% dung dịch HCl , thời gian thủy phân là 24h tại nhiệt độ 97 ± 30C. Thanh trùng sản phẩm : có thể tiến hành bằng hai cách : đun trực tiếp hoặc dùng hơi nước từ nồi hơi. Nhiệt độ thanh trùng từ 60 – 700 C. 2.1.1.4. Giới thiệu về cơ sở sản xuất nước tương Lam Thuận Địa chỉ: 295/14/6 Kinh Dương Vương, phường An Lạc, quận Bình Tân. Quy mô sản xuất khoảng 1,2 triệu chai/ năm Số lượng công nhân là 40 người. 2.1.2. Những vấn đề môi trường trong sản xuất nước tương 2.1.2.1. Môi trường không khí Do thời gian trước đây, khi còn sản xuất nước tương theo phương pháp hóa giải, dùng acid để phân giải bánh dầu chiết xuất dịch tương, cùng với việc chưa có công nghệ xử lý khí thải hoàn chỉnh đã dẫn đến một lượng hơi acid thừa thoát vào không khí làm cho môi trường tại các nhà máy sản xuất và chế biến nước tương bị ô nhiễm nặng nề, ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe người lao động. Hơi acid thừa có tác hại đến đường hô hấp và niêm mạc mắt. hít phải hơi acid có thể bị nhiễm độc gây co thắt thanh quản, nặng hơn là viêm phế quản, đặc biệt về lâu dài có thể bị phù phổi. Triệu chứng thường thấy ở người làm việc trong môi trường acid tại các cơ sở sản xuất nước tương là ho. Tuy gần đây, các cơ sở sản xuất đã chuyển sang sản xuất sạch hơn với phương pháp lên men. Nhưng môi trường không khí vẫn chưa được cải thiện. 2.1.2.2. Chất thải rắn Chất thải rắn từ quá trình sản xuất nước tương chủ yếu là bả thải. Bã chính là bánh đậu đã qua phân giải chỉ còn lại xác đậu. Bên cạnh đó, nguồn phát sinh chất thải rắn do quá trình sản xuất nước tương còn tập trung ở giai đoạn đóng gói. Rác chủ yếu là các loại bao bì, nilon, carton… Ngoài ra, rác thải sinh hoạt cũng góp phần đáng kể gây ô nhiễm. Lượng chất thải rắn trong quá trình sản xuất nước tương hiện nay đang trở thành vấn nạn của các nhà sản xuất cũng như nhà quản lý môi trường bởi vì tính chất gây ô nhiễm cao và khó xử lý của nó. Chính vì thế, cần xúc tiến tìm ra biện pháp thu gom và xử lý thích hợp để loại bỏ những mầm bệnh, giữ cho môi trường trong sạch. 2.1.2.3. Môi trường nước Hầu hết các nhà máy, cơ sở sản xuất nước tương nói riêng và nước chấm nói chung đều gây ô nhiễm môi trường nước bởi bởi nước thải của quá trình sản xuất. Hiện tượng nước thải chứa lượng hợp chất hữu cơ cao được thải trực tiếp ra hệ thống nước thải chung của khu dân cư hoặc trực tiếp vào các thủy vực gây ô nhiễm nghiêm trọng là thực trạng chung của các nhà máy sản xuất nước tương. Bên cạnh đó, nước thải của các quá trình sản xuất này cũng tác động trực tiếp đến môi trường bởi yếu tố tạo mùi của nó. Cho đến nay ở hầu hết các nhà máy, cơ sở sản xuất nước tương vừa và nhỏ chưa có hệ thống xử lý nước thải hoàn chỉnh, nếu có cũng chỉ là xơ sài và không đạt tiêu chuẩn. 2.2. THÀNH PHẦN VÀ TÍNH CHẤT NƯỚC THẢI TỪ QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT NƯỚC TƯƠNG 2.2.1. Thành phần Cũng giống như các ngành chế biến thực phẩm khác, nước thải của các nhà máy sản xuất nước tương chứa nhiều hợp chất hữu cơ dễ phân hủy chủ yếu là các hydratecarbon, protein, cellulose và lipit. Muối là nguyên liệu quan trọng trong sản xuất nước tương vì nó điều chỉnh vị và bảo quản sản phẩm. Ngoài ra, trong nước thải của các nhà máy sản xuất nước tương còn chứa một lượng các hóa chất để xúc rửa chai và vệ sinh thiết bị có dính các loại dầu mỡ trong quá trình bảo trì máy móc. 2.2.2. Tính chất Nước thải sản xuất nước tương có một số tính chất đặc trưng như sau Bảng 2.1.Tính chất chung của nước thải sản xuất nước tương Thông số Đơn vị Giá trị giới hạn pH - 4 – 5 BOD5 mg/l 200 – 300 COD mg/l 300 - 600 SS mg/l 150 – 300 Tổng P mg/l ≤ 15 Tổng N mg/l ≤ 100 Matsushita Environment Airconditioning Eng. Co., Ltd. Dựa vào bảng tính chất chung của nước thải sản xuất nước tương cho ta thấy nước thải ra đã vượt mức chỉ tiêu cho phép khá cao, và trong thành phần của nước thải có chứa chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học cũng như các chất dinh dưỡng cho vi sinh vật sử dụng. Môi trường nước thải có tính axit nhưng không cao, vi sinh vật có thể hoạt động. CHƯƠNG 3: TỔNG QUAN VỀ XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC NÓI CHUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ BẰNG BÙN HOẠT TÍNH NÓI RIÊNG 3.1.TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI 3.1.1.Khái niệm nước thải Nước thải là nước đã dùng trong sinh hoạt, sản xuất hoặc chảy tràn qua các vùng đất ô nhiễm. Phụ thuộc vào điều kiện hình thành, nước thải được chia làm 3 loại : Nước thải sinh hoạt Nước thải công nghiệp Nước mưa tràn qua vùng đất ô nhiễm Ngày nay, dân số gia tăng quá trình công nghiệp hóa và đô thị hóa ngày càng mạnh mẽ, dẫn đến nhu cầu sử dụng nước rất lớn. Trong khi nguồn tài nguyên nước lại không tăng lên, điều này làm suy giảm nghiêm trọng cả về chất và lượng của nước. 3.1.1.1 Nước thải sinh hoạt Là nước thải ra từ các hoạt động sống hằng ngày của con người như : nước tắm, giặt, hồ bơi, nhà ăn, nhà vệ sinh, nước rửa sàn nhà… Chúng chứa khoảng 58% chất hữu cơ và 42% chất khoáng. Đặc điểm cơ bản của nước thải sinh hoạt là hàm lượng các chất hữu cơ không bền sinh học cao như hydratcacbon, protein, mỡ ; chất dinh dưỡng như photphat, nitơ ; vi trùng ; chất rắn và mùi. Nước thải sinh hoạt phát sin từ các hộ dân cư, có lưu lượng nhỏ, nhưng bố trí trên địa bàn rất rộng, khó thu gom triệt để xếp vào loại nguồn phân tán. 3.1.1.2.Nước mưa chảy tràn qua các vùng đất ô nhiễm Được hình thành do mưa và chảy ra từ đồng ruộng. Chúng bị ô nhiễm bởi các chất vô cơ và hữu cơ khác nhau. Nước trôi qua khu vực dân cư, khu sản xuất công nghiệp, có thể cuốn theo chất rắn, dầu mỡ, hóa chất, vi trùng … Còn nước chảy ra từ đồng ruộng mang theo chất rắn , thuốc sát trùng, phân bón … Nước mưa chảy qua các khu rừng mang theo các chất hữu cơ động thực vật, chất rắn lơ lửng do xói mòn đất… Các loại nước thải này theo tính chất phát sinh như trên cũng thuộc loại nguồn phân tán. 3.1.1.3.Nước thải công nghiệp Xuất hiện khi khai thác và chế biến các nguyên liệu hữu cơ và vô cơ. Các nguồn nước thải bao gồm : Nước hình thành do phản ứng hóa học Nước ở dạng ẩm tự do và liên kết trong nguyên liệu và chất ban đầu, được tách ra trong quá trình chế biến. Nước rửa nguyên liệu, sản phẩm , thiết bị. Dung dịch nước cái. Nước chiết, nước hấp thụ. Nước làm nguội. Các loại nước khác : nước bơm chân không từ thiết bị ngưng tụ hòa trộn, hệ thống thu hồi tro ướt, nước rửa bao bì, nhà xưởng, máy móc… Nước thải công nghiệp thường có lưu lượng lớn và nồng độ các chất ô nhiễm cao được thoát ra từ các công của nhà máy hoặc khu công nghiệp, nên được xếp vào loại nguồn điểm. 3.1.2.Tính chất của nước thải Nước thải chứa rất nhiều loại hợp chất khác nhau, với số lượng và nồng độ cũng thay đổi rất khác nhau.Có thể phân loại tính chất nước thải như sau : 3.1.2.1.Tính chất vật lý  Tính chất vật lý của nước thải được xác định dựa trên các chỉ tiêu : các chất rắn, độ đục, màu sắc, mùi vị, nhiệt độ và lưu lượng. Các chất rắn bao gồm các dạng sau : Các chất rắn hữu cơ : bao gồm C, H, O, N và có thể được chuyển thành CO2 và H2O khi cháy ở 5500. Chất rắn vô cơ : phần còn lại sau khi đốt cháy hoàn toàn cặn, thu được trên giấy lọc. Chất rắn lơ lửng : loại chất rắn này thường bị giữ lại bởi các bể lọc đệm với vật liệu xơ và có thể được phân loại nhỏ hơn : tổng các chất rắn lơ lửng ( TSS) , các chất rắn lơ lửng dễ bay hơi ( VSS) và chất rắn lơ lửng cố định. Các chất rắn tan : loại chất rắn này sẽ đi qua được các bể lọc và cũng được phân loại thành : tổng hàm lượng các chất rắn tan được (TDS), các chất rắn tan dễ bay hơi và các chất rắn tan cố định. Màu : đây là một trong những thông số để xác định chất lượng nước. Nước sạch thường không có màu, nước thải mới có màu hơi nâu sáng, tuy nhiên nhìn chung màu nước thải thường là màu nâu xám có vẩn đục. Màu sắc của nước thải sẽ bị thay đổi đáng kể nếu như nó bị nhiễm khuẩn, khi đó nước thải sẽ có màu đen tối. Độ đục : một trong những đặc điểm dễ nhận biết về sự ô nhiễm của nước, đó chính là độ trong của nước, được xác định thông qua độ đục. Độ đục của nước có được là do sự tồn tại các chất lơ lửng trong nước, như tảo, các vi sinh vật, đất sét, bọt xà phòng, các chất tẩy rửa… Phương pháp thường sử dụng để đo độ đục trong xử lý nước thải là phương pháp UV – Vis. Mùi : mùi có được là do khí sinh ra từ quá trình phân hủy các chất hữu cơ hay một số chất được đưa thêm vào trong nước thải. Nước thải sinh hoạt thông thường có mùi mốc, nhưng nếu nước thải bị nhiễm khuẩn thì nó sẽ chuyển sang mùi trứng thối do sự tạo thành H2S trong nước. 3.1.2.2. Tính chất hóa học Các hợp chất hữu cơ  Protein : là hợp chất hữu cơ chứa nitơ với khối lượng phân tử lớn. Khi protein hiện diện trong nước thải với số lượng lớn, quá trình phân hủy các vi sinh vật trong nước thải sẽ xảy ra mạnh mẽ và gây ra mùi khó chịu. Trong suốt quá trình phân hủy này, protein bị thủy phân thành amino axit, và sau đó là amoni, H2S và cuối cùng là các hợp chất hữu cơ đơn giản hơn. Dầu và mỡ : không tan trong nước nhưng lại bị hòa tan trong các dun môi khác như dầu hỏa, cloroform và ete. Chúng là một trong những chất hữu cơ ổn định nhất và không dễ bị phân hủy bởi các vi sinh vật. Cacbonhydrat : Chúng gồm các chất hữu cơ như : tinh bột, xenlulo, đường và chất xơ, với thành phần chính là C, H và O. Sản phẩm cuối cùng của quá trình phân hủy cacbohydrat trong điều kiện không có oxy là các axit hữu cơ, rượu và các chất khí ( CO2, H2S,…). Các chất tẩy rửa :ít tan trong nước và có thể gây hiện tượng nổi bọt trong các nhà máy xử lý nước thải. Các hợp chất vô cơ  Độ pH : được xác định thông qua nồng độ H+. Tính axit của nước là một trong những nguyên nhân gây nhiễm bẩn môi trường nước, do các trầm tích thường giải phóng độc chất trong môi trường axit. Độ kiềm : đặc trưng cho khả năng trung hòa axit. Độ kiềm thực chất là môi trường đệm ( để giữ pH trung tính) của nước thải trong suốt quá trình xử lý sinh hóa. Clo : Clo tồn tại trong nước và nước thải chủ yếu ở dạng ion Cl-. Nồng độ clo trong nước thải thường cao hơn trong nước nguyên chất. Nitơ : nitơ thường tồn tại ở các dạng : N hữu cơ, N – NH3, N – NO2, N – NO3. Sự hiện diện của nitơ trong nước thải là cần thiết để đánh giá hiệu quả xử lý nước thải bằng quá trình sinh học. Photpho : là chất dinh dưỡng cần thiết cho tất cả các tế bào sống và là thành phần tự nhiên của nước thải. Lưu huỳnh : là nguyên tố cần thiết cho quá trình tổng hợp protein. Sunfat bị biến đổi sinh học thành sunfit, sau đó có thể kết hợp với hydro tạo thành H2S, là độc chất đối với động thực vật. Các hợp chất gây độc : các chất này độc đối với hệ vi sinh vật và ảnh hưởng đến quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học. Các kim loại nặng : chủ yếu được tìm thấy trong nước thải công nghiệp, và chúng cũng có ảnh hưởng không tốt cho quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học. 3.1.2.3.Tính chất sinh học  Nói đến tính chất sinh học trong nước thải là đề cập đến các loài sinh vật hiện diện trong nước thải, bởi vì chính sự vắng mặt, có mặt hay phát triển quá mức của chúng sẽ chỉ ra được nguồn nước ở tình trạng như thế nào, có bị nhiễm bẩn hay không. Các thành phần sinh học chính bao gồm : Các động vật nước Các thực vật nước Động vật nguyên sinh, vi khuẩn, virut… 3.2. TỔNG QUAN VỀ XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học dựa trên hoạt động sống của vi sinh vật, chủ yếu là vi khuẩn dị dưỡng hoại sinh có trong nước thải. Quá trình hoạt động của chúng cho kết quả là các chất hữu cơ gây nhiễm bẩn được khoáng hóa và trở thành những chất vô cơ, các chất khí đơn giản và nước. Cho đến nay, người ta xác định được rằng, các vi sinh vật có thể phân hủy được tất cả các chất hữu cơ có trong thiên nhiên và nhiều hợp chất hữu cơ tổng hợp nhân tạo. Mức độ phân hủy và thời gian phân hủy phụ thuộc trước hết vào cấu tạo các chất hữu cơ, độ hòa tan trong nước và hàng loạt các yếu tố ảnh hưởng khác. Vi sinh vật có trong nước thải sử dụng các hợp chất hữu cơ và một số chất khoáng làm nguồn dinh dưỡng và tạo ra năng lượng. Quá trình dinh dưỡng làm cho chúng sinh sản, phát triển tăng số lượng tế bào ( tăng sinh khối ), đồng thời làm sạch ( có thể là gần hoàn toàn ) các chất hữu cơ hòa tan hoặc các hạt keo phân tán nhỏ. Do vậy, trong xử lý sinh học, người ta phải loại bỏ các tạp chất phân tán thô ra khỏi nước thải trong giai đoạn xử lý sơ bộ. Đối với các tạp chất vô cơ có trong nước thải thì phương pháp xử lý sinh học có thể khử các chất sunfit, muối amon, nitrat … các chất chưa bị oxy hóa hoàn toàn. Sản phẩm của các quá trình phân hủy này là khí CO2, nước, khí N2, ion sulfat… 3.2.1. Phương pháp sinh học xử lý nước thải trong điều kiện tự nhiên Phương pháp này dựa trên khả năng làm sạch sinh học trong môi trường đất và hồ nước. Dựa trên nguyên tắc đó, người ta chia nhóm các phương pháp sinh học xử lý nước thải ra những phương pháp xủ lý như sau : 3.2.1.1.Phương pháp đồng tưới cộng đồng, đồng tưới nông nghiệp và đồng lọc Người ta sử dụng đồng tưới cộng đồng như một biện pháp tổ hợp các quá trình làm sạch. Ở đây sẽ xảy ra hàng loạt các quá trình háo học, vật lý và sinh học rất phức tạp. Việc sử dụng đồng tưới sinh học bao gồm hai mục đích chính như sau : Xử lý và làm sạch nước thải. Tận dụng các chất dinh dưỡng có trong nước thải để trồng trọt. Tuy nhiên, cũng cần phải hiểu rằng, không phải tất cả các loại nước thải nào cũng có thể sử dụng phương pháp này được. Vì rằng nhiều loại nước thải chứa rất nhiều vi sinh vật gây bệnh đặc biệt là chứa nhiều kim loại nặng hay các chất độc nguy hiểm. Những loại nước thải thuộc loại này không thể xử lý theo phương pháp đồng lọc này được mà phải áp dụng những phương pháp rất đặc biệt để loại trừ chúng ra khỏi nước thải. Nếu sử dụng phương pháp đồng tưới công cộng mà không tính đến ảnh hưởng độc hại của nước thải sẽ gây ra những tác hại rất nghiêm trọng cho sức khỏe cộng đồng dân chúng xung quanh vùng xử lý. Phương pháp đồng tưới công cộng thích hợp để xử lý nước thải sinh hoạt hay nước thải công nghiệp chứa nhiều chất hữu cơ, không chứa vi sinh vật gây bệnh và kim loại nặng. 3.2.1.2.Hồ sinh học Hồ sinh học là hồ chứa nước thải được thiết kế sao cho các quá trình tự làm sạch tự nhiên phát huy tối đa khả năng hoạt động của chúng. Hồ sinh học được áp dụng rộng rãi hơn đồng lọc và đồng tưới. Ưu điểm lớn nhất của hồ sinh học là chúng chiếm diện tích nhỏ hơn đồng lọc sinh học. Ngoài những lợi ích trên , hồ sinh học còn có tác dụng hữu ích sau: Nuôi trồng thủy sản như nuôi tảo để làm thực phẩm gia súc hay thức ăn cho cá ( cá chép, cá rô phi). Cung cấp nước cho trồng trọt Điều hòa dòng chảy trong mùa mưa và hệ thống thoát nước ở đô thị Không đòi hỏi chi phí cao Bảo trì, điều hành đơn giản. 3.2.2.Phương pháp sinh học xử lý nước thải trong điều kiện nhân tạo Các phương pháp sinh học xử lý nước trong điều kiện tự nhiên có nhiều nhược điểm như: Quá trình xử lý hay quá trình hoạt động của sinh vật trong nước cần xử lý không được kiểm soát chặt chẽ. Hiệu suất xử lý theo phương pháp này thường không cao do sự không ổn định về số lượng và số loài VSV tự nhiên có trong nước thải. Các yếu tố khác như nhiệt độ, pH cũng không đồng nhất trong quá trình xử lý. Trong khi đó, phương pháp sinh học xử lý nước trong điều kiện nhân tạo có những ưu điểm : Toàn bộ quá trình sinh học xảy ra trong thiết bị kín, do đó ta hoàn toàn có thể kiểm soát được lượng khí thải sinh ra. Chất lượng nước sau xử lý đảm bảo theo các tiêu chuẩn hiện hành và hoàn toàn ổn định. 3.2.2.1.Phương pháp kỵ khí Quá trình phân hủy các chất hữu cơ trong điều kiện kỵ khí do quần thể vi sinh vật hoạt động không cần sự có mặt của oxy không khí, sản phẩm cuối cùng là hỗn hợp khí có CH4, CO2, N2, H2,… trong đó có tới 65% là CH4( khí metan). Vì vậy, quá trình này cũng có thể gọi là quá trình lên men metan và quần thể vi sinh vật được gọi tên chung là các vi sinh vật metan. Các vi sinh vật kỵ khí sử dụng một phần chất hữu cơ trong nước thải hoặc môi trường để xây dựng tế bào, tăng sinh khối. Người ta đã tính toán lượng chất hữu cơ dùng cho mục đích này chỉ khoảng 10% so với tổng số các chất hữu cơ. Do vậy, lượng bùn hoạt tính hình thành trong phân hủy kỵ khí là rất thấp. Người ta áp dụng phương pháp xử lý kỵ khí để xử lý các loại bã cặn chất thải công nghiệp, sinh hoạt cũng như các loại nước thải đậm đặc có hàm lượng chất bẩn hữu cơ cao : BOD đến 10 – 30 (g/l) Một số công trình xử lý sinh học kỵ khí điển hình: Bể tự hoại: Được xây dựng bằng các cấu kiện betông đúc sẵn, gạch đá…một ngăn hay nhiều ngăn với chức năng : lắng và lên men cặn lắng, thường dùng cho các hộ gia đình. Bể tự hoại cũng được sử dụng trong xử lý cặn bùn của hệ thống xử lý nước thải chế biến thủy sản, với thời gian lưu bùn từ 1 – 2 tháng, bùn được nâng nhiệt đến 350C và đáy bể có ván tháo cặn. Quá trình phân hủy bùn cặn được tăng cường khi bùn được khuấy trộn. Bể lắng 2 vỏ: Được xây bằng gạch hoặc bêtông cốt thép hình tròn hay chữ nhật, có đáy hình nón hay hình chóp cụt để chứa và phân hủy bùn cặn. Bể lắng 2 vỏ có chức năng tương tự như bể tự hoại, nhưng có công suất lớn hơn. Phía trên bể là các máng lắng đóng vai trò như bể lắng ngang. Nước chuyển động chậm qua máng lắng. Bùn lắng theo khe trượt xuống ngăn lên men, phân hủy và ổn định bùn cặn. Bể lắng 2 vỏ được sử dụng cho các công trình xử lý nước thải sinh hoạt có công suất nhỏ và trung bình (Q < 10000m3/ngày đêm). Bùn cặn lưu tron bể từ 1 – 6 tháng. Hiệu suất lắng từ 55 – 60 %. Tất cả các trạm xử lý nước thải và công nghiệp đều có thể sử dụng công trình này. Bể metan: được xây bằng bêtông cốt thép hình trụ, đáy và nắp hình nón. Bể được sử dụng để phân hủy cặn lắng từ bể lắng I & II cũng như bùn hoạt tính dư của trạm xử lý nước thải. Ngoài ra, bể còn được dùng để phân hủy rác nghiền, phế thải rắn hữu cơ. Các trạm xử lý nước thải đều có thể sử dụng công trình này. Bể UASB – bể bùn kỵ khí dòng chảy ngược : được sử dụng rộng rãi để xử lý các loại nước thải của các nhà máy công nghiệp thực phẩm. Bùn được xả ra khỏi bể UASB từ 3 – 5 năm/lần nếu nước thải đưa vào đã qua bể lắng I, hoặc 3 – 6 tháng/lần nếu nước thải đưa vào xử lý trực tiếp. Bể được sử dụng để xử lý nước thải có hàm lượng chất hữu cơ cao. Ưu điểm: chi phí đầu tư, vận hành thấp, lượng hóa chất cần bổ sung ít, không đòi hỏi cấp khí, do đó, ít tiêu hao năng lượng, có thể thu hồi tái sử dụng năng lượng từ biogas, lượng bùn sinh ra ít, cho phép vận hành với tải trọng hữu cơ cao, giảm diện tích công trình. Khuyết điểm: giai đoạn khởi động kéo dài, dễ bị sốc tải khi chất lượng nước vào biến động. Bị ảnh bởi các chất độc hại. Khó hồi phục sau thời gian ngừng hoạt động. 3.2.2.2.Phương pháp hiếu khí Nguyên tắc của công nghệ này là sử dụng các vi sinh vật hiếu khí phân hủy các chất hữu cơ trong nước thải có đầy đủ oxy hòa tan ở nhiệt độ, pH … thích hợp. Quá trình phân hủy chất hữu cơ của vi sinh vật hiếu khí có thể mô tả bằng sơ đồ: (CHO)nNS + O2 à CO2 + H2O + NH4+ + H2S + tế bào vi sinh vật + …ΔH. Trong điều kiện hiếu khí NH4+ và H2S cũng bị phân hủy nhờ quá trình nitrat hóa, sunfat hóa bởi vi sinh vật tự dưỡng: NH4+ + 2O2 à NO3- + 2H+ + H2O + ΔH ; H2S + 2O2 à SO42- + 2H+ + ΔH Hoạt động sống của vi sinh vật hiếu khí bao gồm quá trình dị dưỡng: vi sinh vật sử dụng các chất hữu cơ, các chất dinh dưỡng và các nguyên tố khoáng vi lượng kim loại để xây dựng tế bào mới tăng sinh khối và sinh sản. Quá trình phân hủy: vi sinh vật oxy hóa cac chất hữu cơ hòa tan hoặc ở dạng các hạt keo phân tán nhỏ thành nước và CO2 hoặc tạo ra các chất khí khác. So với công nghệ kỵ khí thì công nghệ hiếu khí có các ưu điểm là những hiểu biết về quá trình xử lý đầy đủ hơn, hiệu quả xử lý cao hơn. Công nghệ hiếu khí không gây ô nhiễm thứ cấp như phương pháp hóa học, hóa lý. Nhưng công nghệ hiếu khí cũng có các nhược điểm: là thể tích công trình lớn và chiếm nhiều mặt bằng. Chi phí xây dựng công trình và đầu tư thiết bị lớn hơn. Chi phi vận hành, đặc biệt chi phí cho năng lượng sục khí tương đối lớn. Không có khả năng thu hồi năng lượng. Không chịu được những thay đổi đột ngột về tải trọng hữu cơ. Sau xử lý sinh ra một lượng bùn dư lớn và lượng bùn này kém ổn định, do đó đòi hỏi chi phí đầu tư để xử lý bùn. Các yếu tố ảnh hưởng lên quá trình sinh học hiếu khí Lượng oxy hòa tan trong nước là đủ khi nước thải ra khỏi bể lắng II có nồng độ oxy hòa tan là 2mg/l. Thành phần dinh dưỡng đối với vi sinh vật Trong nước thải, thành phần dinh dưỡng chủ yếu là nguồn cacbon ( được gọi là cơ chất hoặc chất nền được thể hiện bằng BOD). Ngoài BOD, cần lưu ý đến 2 thành phần khác : nguồn Nitơ ( thường ở dạng NH4+) và nguồn phospho (ở dạng muối phosphat) là những chất dinh dưỡng tốt nhất đối với vi sinh vật. Vi sinh vật phát triển còn cần tới một loạt các chất khoáng khác, như Mg, K, Ca, Mn, Fe, Co… Tỉ lệ các chất dinh dưỡng cho xử lý nước thải bằng phương pháp hiếu khí như sau: BOD: N: P = 100 : 5 : 1. Tỉ số này thường chỉ đúng cho 3 ngày đầu. Trong thời gian này vi sinh vật trong Aerotank phát triển mạnh và bùn hoạt tính cũng được tạo thành nhiều nhất ( nhất là 1 – 2 ngày đầu tiên). Còn quá trình xử lý kéo dài thì tỉ lệ này cần là 200 : 5 : 1 ( thời gian xử lý có thể tới 20 ngày). Để cân đối dinh dưỡng có thể dùng các muối amon và phosphat bổ sung vào nước thải để tăng nguồn N và P. Nồng độ cho phép của chất bẩn hữu cơ Các loại nước thải có thể xử lý bằng Aerotank có lượng BOD vào khoảng 500mg/l, còn trường hợp cao hơn ( không quá 1000mg/l), phải xử lý bằng Aerotank khuấy trộn là hoàn chỉnh. Nếu BOD cao quá mức trên đây thì ta phải pha loãng bằng nước được quy ước là sạch ( như nước sông, hồ không bị ô nhiễm) hoặc nước đã qua xử lý có lượng BOD ở dòng ra thấp. Cũng có thể phải qua xử lý kỵ khí trước khi xử lý hiếu khí. Các chất có độc tính ở trong nước thải Để đảm bảo cho bùn hoạt tính được tạo thành và hoạt động bình thường trong nước thải cần phải xác định xem nước thải làm môi trường dinh dưỡng để nuôi vi sinh vật có thích hợp không, có kìm hãm, ức chế đến sinh trưởng và tăng sinh khối của chúng hay không? pH của nước thải pH của nước thải có ảnh hưởng nhiều đến các quá trình hóa sinh của vi sinh vật, quá trình tạo bùn và lắng. Nói chung, pH thích hợp cho xử lý nước thải ở Aerotank là 6,5 – 8,5. Nhiệt độ Nhi._.