Tải bản đầy đủ (.pdf) (7 trang)

Xác định các thông số động học của vi sinh vật trong mô hình bể bùn hoạt tính dòng chảy liên tục xử lý nước thải chế biến thủy sản

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (772.33 KB, 7 trang )

An Giang University Journal of Science – 2018, Vol. 20 (2), 90 – 96

XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ ĐỘNG HỌC CỦA VI SINH VẬT TRONG MÔ HÌNH BỂ BÙN
HOẠT TÍNH DÒNG CHẢY LIÊN TỤC XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHẾ BIẾN THỦY SẢN
Lê Thị Cẩm Chi1, Trương Khanh Nhật Thảo1, Thái Vân Anh2
Trường Đại học An Giang
Trường Đại học Công nghiệp Thực phẩm Thành phố Hồ Chí Minh

1
2

Thông tin chung:
Ngày nhận bài: 21/04/2018
Ngày nhận kết quả bình duyệt:
04/06/2018
Ngày chấp nhận đăng:
06/2018
Title:
Detemination of kinetic
coefficients through lab-scale
continuous-flow activated
sludge reactor for aqua
product wastewater treatment
Keywords:
Continuous-flow activated
sludge reactor, kinetic
coefficients
Từ khóa:
Bể bùn hoạt tính dòng chảy
liên tục, thông số động học


ABSTRACT
The aqua product industry is becoming increasingly developed in our
country. As a result, a large amount of wastewater is created as well as
activated sludge process is widely used for treating this wastewater. Thus, it
is essential to conduct a research on “Detemination of kinetic coefficients
through lab-scale continuous-flow activated sludge reactor for aqua product
wastewater treatment”, such as maximum specific substrate utilization rate
(k), half-velocity constant (Ks), synthesis yield coefficient (Y), and
endogenous decay coefficient (kd). The lab-scale continuous-flow activated
sludge reactor for aqua product wastewater treatment was started with
hydraulic detention times: 5.4; 6.0; 6.7; 8.2 hours and sludge is returned
100%. After running the lab-scale reactor: maximum specific substrate
utilization rate (k): 1.429 d-1, half-velocity constant Ks: 119 mgBOD/L,
synthesis yield coefficient Y: 0.5382 mgVSS/mgBOD, endogenous decay
coefficient kd: 0.0973 d-1.

TÓM TẮT
Ngành chế biến thủy sản ngày càng phát triển ở nước ta. Vì vậy, nó sinh ra
một lượng lớn nước thải, quá trình bùn hoạt tính được sử dụng phổ biến ở
các trạm xử lý nước thải này. Do vậy, cần xác định các thông số động học
trong mô hình bể bùn hoạt tính dòng chảy liên tục xử lý nước thải chế biến
thủy sản như hệ số sử dụng chất nền tối đa (k), hằng số bán vận tốc (Ks), hệ
số năng suất tối đa (Y), hệ số phân hủy nội bào (kd). Chạy thí nghiệm mô
hình bể bùn hoạt tính với các thời gian lưu nước: 5,4; 6,0; 6,7; 8,2 giờ và
bùn được tuần hoàn lại 100%. Sau quá trình chạy thí nghiệm, ta xác định
được: k = 1,429 ngày-1, Ks = 119 mgBOD/L, Y = 0,5382 mgVSS/mgBOD, kd
= 0,0973 ngày-1.

gây ra ô nhiễm môi trường nghiêm trọng (Nguyễn
Trọng Lực, 2008). Ngành chế biến thủy sản đang

phát triển mạnh ở nước ta mà đặc biệt là ở An
Giang nên phát sinh một lượng lớn nước thải chế
biến thủy sản cần xử lý. Thành phần của nước thải

1. GIỚI THIỆU
Ngành chế biến thuỷ sản là ngành tiêu thụ nhiều
nước nhất trong công nghiệp dao động từ 40 đến
114 m3/tấn thành phẩm, lượng nước thải trung
bình là 70 đến 120 m3 nước thải/tấn sản phẩm và

90


An Giang University Journal of Science – 2018, Vol. 20 (2), 90 – 96

θ: thời gian lưu nước của ngăn thổi khí (ngày)

phát sinh từ ngành công nghiệp chế biến thủy sản
chủ yếu là các chất rắn lơ lửng, chất hữu cơ, chất
dinh dưỡng và dầu mỡ nên hệ thống xử lý loại
nước thải này thường có các công trình xử lý bằng
phương pháp sinh học mà thường là bể bùn hoạt
tính. Quy trình xử lý nước thải bằng bùn hoạt tính
được thực hiện ở Anh từ năm 1914, đã được duy
trì và phát triển đến nay, với phạm vi ứng dụng
rộng rãi xử lý nước thải sinh hoạt và nước thải
công nghiệp. Quá trình bùn hoạt tính hay bể hiếu
khí (aerotank) là quá trình xử lý sinh học hiếu khí,
trong đó nồng độ cao của vi sinh vật mới được tạo
thành được trộn đều với nước thải (Nguyễn Văn

Phước, 2007). Hiệu suất của quá trình sinh học
được sử dụng cho xử lý nước thải phụ thuộc động
học sử dụng cơ chất và sự phát triển của vi khuẩn
(Tchobanoglous, Burton, Stensel, 2003). Theo Đỗ
Thị Viên (2005), kết quả thí nghiệm xác định các
thông số động học của vi sinh vật trong bể bùn
hoạt tính chạy theo dạng mẻ xử lý nước thải chế
biến thực phẩm là tốc độ sử dụng chất nền tối đa k
= 2,088 ngày-1, hằng số bán tốc độ Ks = 33,226
mg/L, hệ số phân hủy nội bào kd = -0,0784 ngày-1,
hệ số năng suất tối đa Y = 0,622 mg/mg. Để tính
toán thiết kế và vận hành tốt bể bùn hoạt tính thì
cần phải có thông số động học phù hợp với loại
nước thải mà bể bùn hoạt tính xử lý. Chính vì vậy,
đề tài “Xác định một số thông số động học của vi
sinh vật trong mô hình bể bùn hoạt tính dòng chảy
liên tục xử lý nước thải chế biến thủy sản” cần
thiết được tiến hành nghiên cứu. Theo Lâm Minh
Triết, Nguyễn Thanh Hùng, Nguyễn Phước Dân
(2006) có các phương trình động học như sau:

Ks: hằng số bán vận tốc (mg/L)
k: hệ số sử dụng cơ chất tối đa (ngày-1)
Ta có

1

c

 Y


rsu
 kd
X

Trong đó:
θc: thời gian lưu bùn (ngày)
Y: hệ số năng suất tối đa (mg/mg)
rsu: tốc độ sử dụng cơ chất (mg/L/ngày)
kd: hệ số phân hủy nội bào (ngày-1)
Do

rsu  

S0  S



Nên

1

c

c 

 YU  kd

Vr X
Qw X r  Qe X e


Trong đó:
Vr: thể tích ngăn thổi khí (L)
X: MLVSS trong ngăn thổi khí (mg/L)
Qw: lưu lượng bùn thải bỏ (L/ngày)
Qe: lưu lượng đầu ra sau bể lắng (L/ngày)
Xe: MLVSS trong nước đầu ra (mg/L)
2. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN
CỨU

K 1 1
1
X

 s. 
U S0  S
k S k

2.1 Mô hình nghiên cứu

Trong đó:
U: tốc độ sử dụng cơ chất riêng (ngày)

Hệ thống bùn hoạt tính dùng chạy thí nghiệm là
bể (được làm bằng meca dày 3 mm) gồm 2 ngăn:

X: MLVSS trong ngăn thổi khí (mg/L)

-


S0: BOD đầu vào (mg/L)

-

S: BOD đầu ra (mg/L)

91

Ngăn thổi khí (bể aeroten) (có thể tích 4,9 lít)
là vùng số 1 trên Hình 1a.
Ngăn lắng (có thể tích 3,4 lít) là vùng số 2 trên
Hình 1a.


An Giang University Journal of Science – 2018, Vol. 20 (2), 90 – 96

máy thổi khí

1

2

Nước thải đầu ra

Bơm định lượng
Nước thải đầu vào
a)

b)
Hình 1. Mô hình nghiên cứu

a) Sơ đồ mô hình bể bùn hoạt tính; b) Mô hình bể bùn hoạt tính tại Khu thí nghiệm

Nước thải dùng chạy thí nghiệm được lấy tại
Công ty TNHH TMDV Giang Long tại Long
Xuyên, An Giang. Nước thải lấy về phòng thí
nghiệm được lọc qua vải để loại bỏ bớt cặn lơ
lửng nhằm thỏa điều kiện nước thải trước khi vào
bể bùn hoạt tính có SS < 150 mg/L. Sau đó, pha
nước thải với nước máy theo tỉ lệ 1:1.
Bùn hoạt tính được lấy từ bể aeroten của hệ thống
xử lý nước thải ở Công ty Cổ phần Xuất nhập
khẩu Thủy sản An Mỹ tại Phú Hòa, Thoại Sơn,
An Giang.

Các máy móc, thiết bị sử dụng trong quá trình vận
hành mô hình hệ thống bùn hoạt tính:
-

-

Bơm định lượng (Blue – White Industries, tốc
độ tối đa 0,8 galon/giờ, điện thế 220 ~ 50Hz ~
45W)
Máy thổi khí. (RAMBO Hi-tec & stil/powerful
air pump, 220 đến 240 V/50 Hz, 5,6 W).

2.2 Nguyên liệu thí nghiệm và phương pháp
phân tích các chỉ tiêu

Bảng 1. Phương pháp phân tích các chỉ tiêu


Thông số

STT

Phương pháp

1

BOD

SMEWW 5210B:2012

2

SS, MLSS, MLVSS

TCVN 6625:2000

3

DO

Máy đo cầm tay

4

pH

Máy đo để bàn

92


An Giang University Journal of Science – 2018, Vol. 20 (2), 90 – 96

SVI 

Chỉ số thể tích lắng của bùn:

Vlang
MLSS

Trong đó: Vlang: thể tích lắng của bùn sau khi để hỗn hợp bùn hoạt tính từ bể aeroten cho vào ống đong 1
lít rồi để lắng trong 30 phút.
2.3 Tiến trình nghiên cứu
Tiến trình nghiên cứu được thể hiện qua sơ đồ quy trình nghiên cứu như Hình 2.

Xây dựng mô hình nghiên cứu

Chạy thích nghi 1 tuần

Vận hành mô hình với các thời gian
lưu nước 8,2; 6,7; 6,0; 5,4 giờ.
Phân tích BOD, SS đầu vào và đầu
ra; MLSS, MLVSS tại ngăn thổi khí
và đầu ra tại mỗi thời gian lưu nước

Thống kê số liệu. Vẽ đường hồi quy
tuyến tính xác định một số thông số
động học của vi sinh vật k, Ks, Y, kd

Hình 2. Sơ đồ quy trình nghiên cứu

Mỗi thời gian lưu nước lấy mẫu 1 lần. Các số liệu
thu thập được thống kê bằng phần mềm Excel.

Sau 1 tuần chạy thích nghi, khi thấy SVI < 150
mL/g thì xem như quá trình chạy thích nghi kết
thúc vì bùn hoạt tính có SVI < 150 mL/g thì có
khả năng lắng khá tốt (Sperling, Chernicharo,
Andreoli, Fernandes, 2005).
Bùn chạy thích nghi kết thúc thì cho bùn vào mô
hình thí nghiệm chạy theo chế độ dòng chảy liên
tục với thời gian lưu nước là 8,2 giờ. Trong quá
trình vận hành ta kiểm soát pH, DO trong ngăn
thổi khí mỗi ngày và SS đầu vào mỗi khi lọc nước
thải bằng vải như Bảng 2.

3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1 Chế độ vận hành
Bùn hoạt tính lấy từ Công ty Cổ phần Xuất nhập
khẩu Thủy sản An Mỹ tại Phú Hòa, Thoại Sơn,
An Giang về Khu Thí nghiệm Trung tâm tiến
hành nuôi ở dạng mẻ để chạy thích nghi với nước
thải chế biến thủy sản lấy từ Công ty TNHH
TMDV Giang Long.

93


An Giang University Journal of Science – 2018, Vol. 20 (2), 90 – 96

Bảng 2. Các thông số kiểm soát trong quá trình vận hành mô hình nghiên cứu

Giá trị

STT

Thông số

Đơn vị

1

pH

2

DO

mg/L

>2

3

SS đầu vào

mg/L

< 150


6,5 ÷ 7,5

Sau 2 ngày chạy với thời gian lưu nước 8,2 giờ thì
tiến hành lấy mẫu xác định BOD, MLVSS,
MLSS.

Sau hơn 2 tháng chạy mô hình hệ thống bùn hoạt
tính xử lý nước thải chế biến thủy sản với các thời
gian lưu nước khác nhau ta có kết quả thí nghiệm
như Bảng 3.
Trong suốt quá trình vận hành bể bùn hoạt tính
không có thải bỏ bùn tại ngăn lắng tuần hoàn bùn
từ ngăn lắng về ngăn aeroten (bùn được tuần hoàn
lại 100%).

Làm tương tự với các thời gian lưu nước: 6,7; 6,0;
5,4 giờ. Ở thời gian lưu nước sau cùng vẫn là ở
mức 5,4 giờ mà chỉ thay đổi BOD của nước thải
đầu vào và MLVSS trong bể aeroten.
3.2 Kết quả thí nghiệm

Bảng 3. Kết quả vận hành mô hình hệ thống bùn hoạt tính xử lý nước thải thủy sản

STT

Q
(L/ngày)

BOD vào
(S0)

(mg/L)

BOD ra
(S)
(mg/L)

X
(mg/L)

Xe
(mg/L)

SS vào
(mg/L)

SS ra
(mg/L)

θ
(giờ)

1

14,4

221

36

1650


38

124

42

8,2

2

17,6

234

20

3750

20

68

22

6,7

3

19,7


156

35

1580

30

128

32

6,0

4

21,6

201

38

1900

40

152

41


5,4

5

21,6

252

60

1820

68

142

72

5,4

Qua kết quả ở Bảng 3 cho ta thấy, nước thải đầu
vào thường có SS < 150 mg/L nên thỏa yêu cầu
nước thải đầu vào bể bùn hoạt tính và không ảnh
hưởng đến quá trình vận hành hệ thống bùn hoạt
tính, hiệu suất xử lý BOD của mô hình thí nghiệm
đạt thấp nhất từ 76,2% ứng với thời gian lưu nước
5,4 giờ đến cao nhất là 91,5% ở thời gian lưu
nước 6,7 giờ. Ở thời gian lưu nước 8,2 giờ thì


hiệu suất xử lý BOD là 83,7% thấp hơn hiệu suất
xử lý ở thời gian lưu nước 6,7 giờ. Điều này là do
thời gian lưu nước cao nên không đủ thức ăn cho
vi sinh vật sử dụng cho nhu cầu sinh trưởng và
phát triển của tế bào. Từ kết quả Bảng 3 thì tính
được tuổi của bùn (θc), tốc độ sử dụng chất nền
(U), 1/U, 1/θc, 1/S như Bảng 4.

Bảng 4. Số liệu tính toán cho thí nghiệm xác định các thông số động học

STT

θc
(ngày)

1/θc
(ngày-1)

U
(ngày-1)

1/U
(ngày)

1/S
(mg/L)-1

1

14,775


0,068

0,329

3,035

0,028

2

52,202

0,019

0,205

4,879

0,050

3

13,100

0,076

0,308

3,248


0,029

4

10,775

0,093

0,378

2,644

0,026

5

6,072

0,165

0,465

2,150

0,017

94



An Giang University Journal of Science – 2018, Vol. 20 (2), 90 – 96

Từ số liệu Bảng 4, ta vẽ biểu đồ như Biểu đồ 1
biểu diễn sự biến thiên của 1/U theo 1/S rồi vẽ
đường hồi quy tuyến tính có dạng y = ax + b để
xác định hệ số sử dụng chất nền tối đa (k) và hằng

số bán vận tốc (Ks) theo phương trình

K 1 1
1
X

 S.  .
U S0  S
k S k

0,006
y = 83,425x + 0,6996
R² = 0,9779

Y=1/U (ngày)

0,005

0,004
0,003
0,002

0,002


0,005

0,003
0,003
0,003

0,001
0,000
0,000

0,000

0,000

0,000

0,000

0,000

0,000

X = 1/S (1/mg/L)
Biểu đồ 1. Đồ thị biểu diễn biến thiên của 1/U theo 1/S

Từ đồ thị Hình 3 ta có:

Từ số liệu Bảng 4 ta vẽ biểu đồ như Biểu đồ 2
biểu diễn sự biến thiên của 1/θc theo U rồi vẽ

đường hồi quy tuyến tính có dạng y = ax + b để
xác định hệ số phân hủy nội bào (kd) và hệ số
năng suất tối đa (Y) theo mối quan hệ

1
 0, 6996
k
k = 1,429 ngày-1

Suy ra

Hệ số góc của đường thẳng: a 

KS
 83, 425
k

1

c

Ks = 119 mg/L

 YU  kd .

0,000
0,000

Y = 1/θc (ngày-1)


0,000

y = 0,5382x - 0,0973
R² = 0,9487
0,000
0,000
0,000

0,000
0,000
0,000
0,000

0,000
0,000

0,000

0,000

0,000

0,000

-1

X = U (ngày )
Biểu đồ 2. Đồ thị biểu diễn sự biến thiên của 1/θc theo U

95


0,001


An Giang University Journal of Science – 2018, Vol. 20 (2), 90 – 96

Từ Biểu đồ 2 ta có: kd = 0,0973 ngày-1.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Hệ số góc: a= Y = 0,5382 mg/mg.

Đỗ Thị Viên. (2005). Xác định một số thông số
động học của vi sinh vật trong bể bùn hoạt
tính. Luận văn Đại học ngành Kỹ thuật Môi
trường, Trường Đại học Cần Thơ.

Giá trị của hệ số phân hủy nội bào (kd) và hệ số
năng suất tối đa (Y) nằm trong khoảng giá trị đặc
trưng như trong Bảng 4 trong quá trình bùn hoạt
tính xử lý nước thải sinh hoạt.

Lâm Minh Triết, Nguyễn Thanh Hùng, Nguyễn
Phước Dân. (2006). Xử lý nước thải đô thị &
công nghiệp – Tính toán thiết kế công trình.
Hồ Chí Minh: Nhà xuất bản Đại học Quốc gia
Thành phố Hồ Chí Minh.

4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Sau 2 tháng chạy mô hình hệ thống bùn hoạt tính

xử lý nước thải chế biến thủy sản ở các thời gian
lưu nước: 5,4 giờ; 6,0 giờ; 6,7 giờ; 8,2 giờ với
điều kiện nhiệt độ 27 oC – 29 oC, pH của nước thải
đầu vào trong khoảng 6,5 – 7,5 đề tài đã xác định
được các thông số động học của vi sinh vật trong
hệ thống ở chế độ dòng chảy liên tục như sau:

Nguyễn Trọng Lực. (2008). Nghiên cứu quá trình
nitrat hoá của bùn hạt hiếu khí. Luận văn Thạc
sĩ ngành Công nghệ Môi trường. Hồ Chí
Minh: Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh,
Trường Đại học Bách Khoa.
Nguyễn Văn Phước. (2007). Giáo trình xử lý nước
thải sinh hoạt và công nghiệp bằng phương
pháp sinh học. Hà Nội: Nhà xuất bản Xây
dựng.
Sperling, M.V., Chernicharo, C.A.D.L., Andreoli,
C.V., Fernandes, F. (2005). Biological
wastewater treatment in warm climate regions.
London: IWA.

Hệ số sử dụng chất nền tối đa k: 1,429 ngày-1.
Hằng số bán vận tốc Ks: 119 mgBOD/L.
Hệ số năng
mgVSS/mgBOD.

suất

tối


đa

Y:

0,5382

Hệ số phân hủy nội bào kd: 0,0973 ngày-1.
Trong các nghiên cứu tiếp theo nên xác định hàm
lượng nitơ, photpho để điều chỉnh tỉ lệ BOD:N:P
thích hợp cho vi sinh phát triển tốt.

Tchobanoglous, G., Burton, F.L., Stensel, H.D.
(2003). Wastewater engineering treatment and
reuse. McGraw-Hill.

96



×