Nghiên cứu thực nghiệm xử lý COD, BOD, tổng ni tơ trong nước thải sinh hoạt trên thiết bị nguyên khối sử dụng công nghệ AO-MBBR lưu lượng 5m3/ngđ

I. MỞ ĐẦU

MBBR là viết tắt của Moving Bed Biofilm Reactor được định nghĩa là bộ phản ứng sinh học bằng vi sinh dính bám trên lớp vật liệu mang di chuyển.

MBBR được phát triển ở Na uy từ những năm cuối của thập niên 80 và những năm đầu thập niên 90 khi vấn đề loại bỏ ni tơ và các chất dinh dưỡng trong nước thải ngày càng được chú trọng [4]. Công nghệ sử dụng MBBR là sự kết hợp của của 2 quá trình: bùn hoạt tính và lọc sinh học. MBBR có thể hoạt động như một quá trình độc lập hoặc có thể được sử dụng để tăng cường hoặc nâng cấp cho các trạm xử lý cũ bị hạn chế về diện tích cho việc mở rộng trong tương lai. Quá trình này trở nên phổ biến trong lĩnh vực xử lý nước thải vì nó tối đa hóa năng lực và hiệu quả của nhà máy xử lý trong khi giảm thiểu diện tích chiếm chỗ cho công trình. Nó có khả năng chịu được những biến động của nước thải đầu vào, có khả năng loại bỏ chất dinh dưỡng cao hơn, tạo ra ít bùn hơn do sinh khối cao, giảm thiểu độ phức tạp của quá trình, dễ dàng bảo trì, tự điều tiết quá trình với biến động tải hữu cơ…Hệ thống MBBR chủ yếu dựa trên tốc độ sục khí và các phản ứng diễn ra trên bề mặt của giá thể được thiết kế đặc biệt để cung cấp một bề mặt lớn cho vi khuẩn sinh trưởng và phát triển trên đó. Khi các giá thể chuyển động liên tục trong bể bằng cách sục khí hoặc khuấy trộn, sinh khối phát triển như một màng sinh học trên bề mặt của các các giá thể [5]. MBBR là phương pháp hiệu quả để giữ lại các vi sinh vật phát triển chậm như Nitrifiers ở dạng biofilm. Hệ thống MBBR có thể hoạt động trong điều kiện hiếu khí để loại bỏ BOD và nitrat hóa hoặc dưới điều kiện thiếu khí cho khử nitơ. Trong bể hiếu khí sự chuyển động của các giá thể được tạo thành do sự khuyếch tán của những bọt khí có kích thước trung bình từ máy thổi khí. Trong khi đó ở bể thiếu khí thì quá trình này được tạo ra bởi sự xáo trộn của các giá thể trong bể bằng cánh khuấy.

Để xử lý được ni tơ trong nước thải cần kết hợp cả hai loại bể MBBR hiếu khí (Aerobic) và thiếu khí (Anoxic) [6]. Thiết bị kết hợp hai bể này gọi là thiết bị xử lý nước thải công nghệ AO-MBBR.

Nghiên cứu này được tiến hành nhằm đánh giá hiệu quả xử lý BOD, COD, tổng nitơ của thiết bị xử lý nước thải được chế tạo theo công nghệ AO-MBBR dạng nguyên khối lưu lượng 5 m³/ngđ. Kết quả của nghiên cứu nhằm hoàn thiện và phát triển nhân rộng ứng dụng thiết bị xử lý nước thải sinh hoạt nguyên khối trên thị trường ở các cấp quy mô công suất lớn hơn.

II. THỰC NGHIỆM

2.1. Mô tả thiết bị XLNT đã chế tạo

Thiết bị XLNT sinh hoạt lưu lượng 5 m³/ngđ được chế tạo với kích thước chiều dài x chiều rộng x chiều cao = 2800x1200x2000mm; gồm 5 ngăn: ngăn MBBR thiếu khí, ngăn MBBR hiếu khí số 1,  ngăn MBBR hiếu khí số 2, ngăn lọc vật liệu nổi, ngăn khử trùng.

Thông số kỹ thuật của thiết bị như sau:

– Lưu lượng xử lý: 5 m³/ngđ.

– Loại giá thể sử dụng:

+ Tên: MBC-2

+ Kích thước: 20x20x20 mm

+ Diện tích bề mặt:  8 000 – 12 000 m²/m³

+ Độ xốp: 94 – 96 %.

+ Vật liệu chế tạo: Polyurethane.

+ Xuất xứ: Viện Hóa học- Việt Nam

+ Mật độ giá thể: 20% thể tích mỗi ngăn thiếu khí, hiếu khí.

2.2. Sơ đồ thực nghiệm

Sơ đồ thực nghiệm trên thiết bị được thể hiện như hình dưới:

Hình 3: Sơ đồ thực nghiệm với thiết bị xử lý nước thải sinh hoạt nguyên khối AO-MBBR đã chế tạo

Mô tả quy trình xử lý nước thải: Nước thải sinh hoạt được thu thập từ sau các bể phốt trong khuôn viên trụ sở số 216 Nguyễn Trãi – Viện Khoa học an toàn và vệ sinh lao động đưa về bể gom số (6). Từ đây, nước thải được bơm lên ngăn MBBR thiếu khí số (1) của thiết bị xử lý nước thải sinh hoạt nguyên khối lưu lượng 5 m³/ngđ đã chế tạo. Nước thải sau khi qua ngăn thiếu khí sẽ tự chảy qua ống thông nước sang ngăn hiếu khí số 1 (ngăn 2), tiếp tục chảy sang ngăn hiếu khí số 2 (ngăn 3). Nước thải sau đó được dẫn xuống phía đáy của ngăn lọc vật liệu nổi (4). Nước trong sau lọc bỏ xác vi sinh vật, cặn lơ lửng sẽ chảy sang ngăn khử trùng (5). Tại đây, nước thải được châm hóa chất Javen khử trùng loại bỏ các vi sinh vật gây bệnh rồi được xả ra nguồn tiếp nhận. Chọn bổ sung nguồn các bon cho vi sinh vật thiếu khí khử nitrat bằng cách tuần hoàn hỗn hợp nước và bùn ở cuối ngăn hiếu khí số 2 về đầu ngăn thiếu khí với lưu lượng bằng lưu lượng dòng vào.

2.3. Tiến hành thực nghiệm

– Thiết bị xử lý nước thải nguyên khối đã chế tạo được điều chỉnh vận hành ở chế độ lưu lượng thiết kế: Q= 5 m³/ngđ bằng các van điều chỉnh trên đường ống.

– Kiểm soát lưu lượng tuần hoàn hỗn hợp nước thải và bùn thải ở cuối ngăn hiếu khí 2 về ngăn thiếu khí với lưu lượng tuần hoàn bằng lưu lượng đầu vào thiết bị, Q_th = 5 m³/ngđ;

– Kiểm soát DO trong ngăn hiếu khí bằng cách điều chỉnh các van khí trên đường ống cấp  khí tới các đĩa khí sao cho DO trong các ngăn hiếu khí 1 và 2 luôn ở trong khoảng 2,5-3,5 mg/l;

– Trình tự tiến hành thực nghiệm:

+ Thực hiện chạy ổn định căn chỉnh thủy lực cho thiết bị trong vòng 5 ngày liên tục, kiểm tra hiệu chỉnh để thiết bị hoạt động ổn định ở các thông số như trên;

+ Thực hiện chạy thích nghi để giá thể MBBR thích nghi được với nước thải đầu vào liên tục trong vòng 45 ngày. Sau thời gian thích nghi bắt đầu thực hiện lấy mẫu phân tích các chỉ tiêu và đánh giá hiệu quả làm việc của thiết bị đã chế tạo.

2.4. Phương pháp phân tích          

Các mẫu nước được thu thập và phân tích theo các phương pháp sau:

Bảng 1: Phương pháp phân tích  các thông số ô nhiễm nước

III. KẾT QUẢ

Trong nghiên cứu thực nghiệm này, chúng tôi tiến hành đánh giá hiệu quả xử lý các chỉ tiêu COD, BOD₅, tổng ni tơ trong nước thải sinh hoạt của trụ sở số 216 Nguyễn Trãi của Viện Khoa học an toàn và vệ sinh lao động. Thông số nước thải sinh hoạt làm đầu vào của thực nghiệm như bảng sau:

Kết quả thực nghiệm trên thiết bị xử lý nước thải nguyên khối lưu lượng 5 m³/ngđ sử dụng công nghệ AO-MBBR với giá thể MBC-2 như sau: 

Hiệu quả xử lý COD:

Nhận xét:

Hiệu quả xử lý COD trên thiết bị sau giai đoạn vận hành ổn định cho hiệu suất khử COD rất cao, đạt trung bình mức 93%. Từ kết quả ta thấy phần lớn COD được sử dụng để khử nitrat thành khí ni tơ trong ngăn thiếu khí, phần còn lại được khử ở ngăn hiếu khí, ngăn lọc dùng vật liệu lọc MBC-2 ngoài chức năng loại bỏ cặn lơ lửng, xác vi sinh vật sau quá trình xử lý sinh học thì còn có tác dụng bổ trợ cho quá trình xử lý nên nồng độ COD sau khi qua ngăn lọc vẫn giảm thêm so với sau ngăn hiếu khí. Kết quả này hoàn toàn phù hợp với các kết quả thu được trong phòng thí nghiệm và các thông số kỹ thuật cũng như khuyến cáo sử dụng của nhà cung cấp vật liệu.

Nồng độ COD đầu ra của thiết bị xử lý nước thải nguyên khối đã đạt mức cột A theo QCVN 14:2008/BTNMT.

Hiệu quả xử lý BOD₅

Qua kết quả thực nghiệm cho thấy hiệu quả xử lý BOD₅ được thể hiện trong đồ thị dưới đây:

Nhận xét:

Hiệu quả xử lý BOD₅ trên thiết bị sau giai đoạn vận hành ổn định cho hiệu suất rất cao, đạt trung bình mức 96%.

Nồng độ BOD₅ đầu ra của thiết bị xử lý nước thải nguyên khối đã đạt mức cột A theo QCVN 14:2008/BTNMT.

Hiệu quả xử lý tổng ni tơ:

Qua kết quả thực nghiệm cho thấy hiệu quả xử lý tổng ni tơ được thể hiện trong đồ thị dưới đây:

Nhận xét:

Hiệu quả xử lý tổng ni tơ trên thiết bị sau giai đoạn vận hành ổn định cho hiệu suất cao, đạt trung bình mức 87,69%. So với kết quả trong phòng thí nghiệm thì hiệu suất xử lý tổng ni tơ cao hơn, nguyên nhân là do bố trí ngăn lọc vật liệu nổi phía sau ngăn hiếu khí 2, trong ngăn lọc có vật liệu lọc MBC-2 ngoài tác dụng lọc trong nước đầu ra còn có tác dụng bổ trợ thêm quá trình xử lý ni tơ trong nước thải do trong vật liệu lọc vẫn có các vùng thiếu khí, hiếu khí đan xen. Tuy nhiên, khi dùng ngăn lọc thay cho ngăn lắng thì chúng ta phải chú ý thường xuyên rửa lọc tránh xảy ra hiện tượng tắc tầng lọc làm ảnh hưởng tới chất lượng nước đầu ra.

Chỉ số tổng ni tơ đầu ra của thiết bị xử lý nước thải nguyên khối đã đạt mức cột A theo QCVN 14:2008/BTNMT.

Tổng hợp kết quả xử lý các chỉ tiêu COB, BOD_5, tổng ni tơ:

Nhận xét:

Thiết bị xử lý nước thải sinh hoạt nguyên khối công nghệ AO-MBBR với giá thể MBC-2 đã chế tạo qua quá trình thực nghiệm cho hiệu quả xử lý cao và ổn định ở cả 3 chỉ tiêu COD, BOD₅, tổng ni tơ. Nước thải sau khi được xử lý bằng thiết bị đã chế tạo đều đạt yêu cầu xả thải loại A theo QCVN14:2008/BTNMT về ba chỉ tiêu nói trên.

IV. KẾT LUẬN

Từ kết quả thực nghiệm cho thấy:

– Để xử lý nước thải sinh hoạt, công nghệ AO-MBBR cho hiệu quả cao và ổn định, việc lựa chọn sử dụng công nghệ này là hoàn toàn hợp lý.

– Thiết bị xử lý nước thải sinh hoạt nguyên khối công nghệ AO-MBBR đã chế tạo qua thực nghiệm cho hiệu quả xử lý cao. Nước thải đầu ra đạt cột A theo QCVN14:2008/BTNMT ở tất cả các chỉ tiêu COD, BOD₅, tổng ni tơ.

– Cần tiếp tục nghiên cứu định hình để đưa vào chế tạo sản xuất thiết bị xử lý nước thải nguyên khối công nghệ AO-MBBR hàng loạt cho các cấp lưu lượng điển hình để sẵn sàng đáp ứng các quy mô lưu lượng theo nhu cầu xử lý.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Trần Đức Hạ (2002), Xử lý nước thải sinh hoạt quy mô nhỏ và vừa, NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội.
2. Trần Đức Hạ (2006), Xử lý nước thải đô thị, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội.
3. QCVN 14:2008/BTNMT.
4. H. Ødegaard (1999), The moving Bed Biofilm Reactor, J. Water Environmental Engineering and Reuse of  Water, Hokkaido Press, pp.250-305.
5. Kermani, M., Bina, B., Movahedian, H., Amin, M.M. and Nikaein, M. (2008), Application of moving bed biofilm process for biological organics and nutrients removal from municipal wastewater, American Journal of Environmental Sciences, 4 (6), pp.675-682.
6. Metcaly & Eddy (2004), Waste water Enginneerning Treatment and Reuse, 4th Edittion, Mc Graw Hill.

NGUYỄN THỊ MAI

Viện Khoa học An toàn và Vệ sinh lao động

(Nguồn tin: Vnniosh.vn)