Khả năng sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật trên giá thể xơ dừa trong nước thải, ứng dụng xử lý ô nhiễm môi trường nước với bể sinh lọc hiếu khí

Tuyển tập Báo cáo “Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học” lần thứ 6 Đại học Đà Nẵng - 2008 421 KHẢ NĂNG SINH TRƯỞNG VÀ PHÁT TRIỂN CỦA VI SINH VẬT TRÊN GIÁ THỂ XƠ DỪA TRONG NƯỚC THẢI. ỨNG DỤNG XỬ LÝ Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG NƯỚC VỚI BỂ SINH LỌC HIẾU KHÍ THE SUBJECT INVESTIGATE CAPACITY TO BE BORN AND GROW UP OF MICROOFGRANISM ON COCONUT-FIBER IN DIRTY WATER. APPLICATION PROCESS WATER-POLUTION WITH BIOFILTER_TRICKLING SVTH: VĂN THỊ TRÀ MY Lớp 05 MT2, Trường Cao đẳng Công nghệ, Đại học Đà Nẵng GVHD: Ths. LÊ XUÂN PHƢƠNG Khoa Hoá, Trường Cao đẳng Công nghệ, Đại học Đà Nẵng TÓM TẮT Trên nguyên lý cơ sở của phương pháp lọc sinh học là nhờ vào quá trình hoạt động của vi sinh vật ở màng sinh học, oxy hoá chất bẩn hữu cơ có trong nước; Đề tài nguyên cứu khả năng sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật trên giá thể Xơ Dừa trong nước thải. Ứng dụng xử lý ô nhiễm môi trường nước với bể lọc sinh học hiếu khí (Biofilter_Trickling) ABSTRACT To learn on base principle of the filtered water multiply method to rely on process active of microorganism to loge biological membrane. Chemical oxygen dirty organic-subtance in water. The subject investigate capacity to be born and grow up of microorganism on coconut-fiber in dirty water. Application process water-polution with Biofilter_Trickling. 1. Mở đầu : Hiện nay trên thế giới có khoảng 6 tỉ ngƣời sinh sống và thải ra hàng tỷ mét khối nƣớc thải sinh hoạt hàng ngày. Cùng với lƣợng nƣớc thải đó là hàng trăm ngàn tấn các chất hữu cơ, dầu mỡ, chất dinh dƣỡng (giàu N, P), vi sinh vật. Phần lớn lƣợng chất thải này không đƣợc xử lí mà thải trực tiếp ra đất. Ở Việt Nam cũng vậy, hàng ngày có hàng triệu m3 nƣớc thải đƣợc đƣa vào môi trƣờng do hoạt động sinh hoạt gia đình của con ngƣời đó là chƣa kể đến các hoạt động công nghiệp, nông nghiệp.. và phần lớn lƣợng nƣớc thải trong sinh hoạt trong số này không đƣợc xử lí mà đổ trực tiếp ra môi trƣờng nƣớc hay đất, ở đây Đề Tài đề cập đến Hồ Đầm Rong_Thuận Phƣớc_Đà Nẵng cũng đang trong tình trạng chịu sự ô nhiễm do nƣớc thải sinh hoạt của ngƣời dân không đƣơc xử lý mà thải trực tiếp ra môi trƣờng Hồ. Điều này không chỉ gây nguy hại cho môi trƣờng xung quanh do sự phân huỷ các chất dinh dƣỡng mà còn nguy hiểm hơn khi các chất ô nhiễm này ngấm xuống tầng nƣớc ngầm gây ô nhiễm nƣớc ngầm vốn là nguồn nƣớc sinh hoạt của nhiều ngƣời dân, góp phần làm huỷ hoại môi trƣờng biển Thanh Bình_Đà Nẵng. Chính vì vậy mà Đề Tài này sẽ đƣa ra những tìm hiểu, đánh giá chung về nƣớc thải sinh hoạt và biện pháp xử lí hiệu quả, ít tốn kém có thể phù hợp với điều kiện của Việt Nam. 2. Nội dung : 2.1. Sơ lược về giá thể Xơ Dừa : Nhằm tìm kiếm một loại vật liệu làm giá thể có thể khắc phục đƣợc các điểm yếu nêu trên. Đề tài dùng Xơ Dừa nghiên cứu xử lý nƣớc thải Hồ Đầm Rong _Quận Thanh Khê_TP Đà Tuyển tập Báo cáo “Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học” lần thứ 6 Đại học Đà Nẵng - 2008 422 Nẵng. Mô hình hệ thống đƣợc đặt tại phòng thí nghiệm Khoa Công Nghệ Môi Trƣờng, Trƣờng Cao Đẳng Công Nghệ. Các miếng đệm xơ dừa dƣới dạng các khối chữ nhật kích thƣớc nhỏ đƣợc lắp đặt đều bên trong một bể xử lý hiếu khí. Với nƣớc thải sinh hoạt, mô hình trên có hiệu suất xử lý chất hữu cơ khoảng 90%. Từ những ứng dụng ban đầu của công nghệ trên; Đề tài nghiên cứu thành công ứng dụng xơ dừa thô trong xử lý nƣớc thải dƣới dạng đơn giản hơn. Các sợi xơ dừa đƣợc kết thành chuỗi tiết diện tròn, đƣờng kính 20cm và dài 200cm. Sau đó, các chuỗi này đƣợc buộc song song với nhau trên một khung hình khối chữ nhật. Vì thành phần chủ yếu của xơ dừa là cellulose (khoảng 80%) và lignin (khoảng 18%), nên rất khó bị vi sinh vật phân hủy, khả năng và hiệu quả sử dụng Xơ Dừa thô trong bể xử lý hiếu khí để xử lý nƣớc thải sinh hoạt. Xơ dừa là một vật liệu rẻ tiền và sẵn có ở nhiều vùng trong nƣớc ta, nên đây có thể đƣợc coi nhƣ một hƣớng phát triển các công nghệ xử lý nƣớc thải đơn giản và rẻ tiền. 2.2. Sơ lược về mẫu nước thải xử lý trong phạm vi đề tài : Nƣớc thải, hay nƣớc cống, là nguồn nƣớc đã sử dụng của một cộng đồng và bao gồm : 2.2.1. Các chất thải sinh hoạt hòa trong nước, bao gồm phân người và các loại nước rửa đi từ các cống rãnh của các căn hộ và của cả thành phố đổ vào hệ thống cống. 2.2.2. Nước ngầm, nước bề mặt và nước khí quyển thâm nhập vào hệ thống nước thải. 2.3. Sơ lược kỹ thuật màng mỏng cố định (fixed film process) Trong kỹ thuật này, nƣớc thải đƣợc tiếp xúc với vi sinh vật bám vào các giá thể bằng đá, chất dẻo, cát, gốm, sứ, gỗ,...Đối với đề tài nghiên cứu khoa học giá thể ứng dụng là Xơ Dừa. Hệ lọc nhỏ giọt (lọc sinh học, trickling filter) đƣợc sử dụng phổ biến hiện nay để xử lý các chất hữu cơ trong nƣớc thải, là một ví dụ về kỹ thuật màng mỏng cố định. Trong hệ lọc nhỏ giọt, nƣớc thải đƣợc phun từ bên trên tháp, lần lƣợt chảy qua các vật liệu xốp rỗng đặt cách nhau thành từng lớp trong tháp. Vi sinh vật hiếu khí phát triển trên bề mặt các lớp vật liệu nói trên (gọi là màng sinh học) tiếp xúc với nƣớc thải và phân hủy các chất hữu cơ trong nƣớc thải theo cơ chế phân hủy hiếu khí. Hình 2.2 Mẫu nguồn nƣớc thải tại Đầm Rong_Thuận Phƣớc_Đà Nẵng Hình 2.2.1 A. Bể lọc nhỏ giọt để xử lý nước thải đô thị Tuyển tập Báo cáo “Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học” lần thứ 6 Đại học Đà Nẵng - 2008 423 3. Kết quả và biện luận : 3.1. Xử lý giá thể sơ bộ giá thể Xơ Dừa và thời gian để vi sinh vật thích nghi : Giai đoạn 1 : Vì thành phần chủ yếu của xơ dừa là cellulose (khoảng 80%) và lignin (khoảng 18%), nên rất khó bị vi sinh vật phân hủy. Hàm lƣợng chất hữu cơ cao, các mụn Xơ Dừa gây ô nhiễm nguồn nƣớc và tăng nồng độ COD trong nƣớc thải đầu vào xử lý. 3.2. Khả năng thích nghi và kết quả xử lý của hệ thống thí nghiệm : Giai đoạn 2 : Ngày Nguồn vào (mg/l) Nguồn ra (mg/l) Vkvào (ml) Vkra (ml) Vkmt (ml) Hiệu suất(%) 14/4/2008 78.40(10l) 62.40(5l) 5.1 8 0.2 20% 15/4/2008 440(50l) 336(50l) 6 4.7 0.5 23.6 16/4/2008 336(50l) 320(50l) 4.7 4.5 0.5 5% 17/4/2008 336(50l) 220(20l) 4.7 6 0.5 34.5% 18/4/2008 320(50l) 185.6(25l) 4.5 6.3 0.5 42% 19/4/2008 228(50l) 92.8(10l) 4.1 6.3 0.5 68% 21/4/2008 560(50l) 116(10l) 7.5 8.1 0.5 78% 23/4/2008 329.6(25l) 96(10l) 10.3 6.5 0.5 71% 25/4/2008 424(50l) 182.4(20l) 5.8 6.2 0.5 57% 27/4/2008 336(50l) 148(20l) 4.7 4.2 0.5 56% 29/4/2008 284(20l) 89.6(10l) 7.6 6.1 0.5 68.4% 2/5/2008 352(20l) 81.6(10l) 9.3 5.6 0.5 76.8% 4/5/2008 544(50l) 58.4(5l) 7.3 7.8 0.5 89% 7/5/2008 568(50l) 46.4(5l) 7.6 5.7 0.5 91.8% Ngày Nguồn vào (mg/l) Nguồn ra (mg/l) Vkvào (ml) Vkra (ml) Vkmt (ml) Ghi chú 20/3/2008 168(10l) 472(50l) 10.7 6.1 0.2 22/3/08 59.2(10l) 344(50l) 3.9 4.5 0.2 23/3/2008 chạy mẫu trắng liên tục trong 2 ngày 23/3-24/3 25/3/2008 1.76 128(25l) 1.3 4.2 0.2 27/3/2008 2.88 166(25l) 2 5.2 0.2 28/3/2008 68(20l) 212(20l) 2 5.6 0.3 30/3/2008 96(10l) 160(25l) 6.2 4.2 0.2 3/4/2008 2.56 55.2(5l) 2 7.3 0.4 Chạy mẫu liên tục trong 10 ngày không thay mẫu nước mới. Bảng 3.1.1 Kết quả xử lý xơ bộ COD của giá thể Xơ Dừa ở bể lọc sinh học hiếu khí Bảng 3.2.1 Kết quả xử lý nồng độ COD nước thải đầu vào của giá thể Xơ Dừa ở bể lọc sinh học hiếu khí Tuyển tập Báo cáo “Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học” lần thứ 6 Đại học Đà Nẵng - 2008 424 Nhận xét : Với bể lọc sinh học hiếu khí(Biofilter_Trickling) khả năng xử lý hàm lƣợng COD cao hơn rất nhiều với bể lọc “Cổ Điển”. Hiệu suất cao nhất đạt đến 91%. Trong khi bể lọc “Cổ Điển ” hiệu suất cao nhất chỉ đạt 56%. 2/5/2008 105.6 24 77% 4/5/2008 163.2 16.4 90% 7/5/2008 170.4 13 92% 2/5/2008 105.6 47.8 54.7% 4/5/2008 163.2 74.5 54.3% 7/5/2008 170.4 69.4 59.2% Ngày Nguồn vào (mg/l) Nguồn ra (mg/l) Vkvào (ml) Vkra (ml) Vkmt (ml) Hiệu suất(%) 14/4/2008 78.40(10l) 75.2 5.1 4.9 0.2 4% 15/4/2008 440(50l) 384 6 5.3 0.5 12.7% 16/4/2008 336(50l) 296(50l) 4.7 4.2 0.5 12% 17/4/2008 336(50l) 288 (50l) 4.7 4.1 0.5 14.2% 18/4/2008 320(50l) 272(25l) 4.5 9 0.5 15% 19/4/2008 228(50l) 145.6(10l) 4.1 9.6 0.5 49.4% 21/4/2008 560(50l) 456(50l) 7.5 6.2 0.5 18.5% 23/4/2008 329.6(25l) 220.8(25l) 10.3 7.4 0.5 33% 25/4/2008 424(50l) 272(50l) 5.8 3.9 0.5 36% 27/4/2008 336(50l) 166.4(25l) 4.7 5.7 0.5 50.4% 29/4/2008 284(20l) 142.4(10l) 7.6 9.4 0.5 49.8% 2/5/2008 352(20l) 164.8(10l) 9.3 10.8 0.5 53.1% 4/5/2008 544(50l) 260(20l) 7.3 7 0.5 52.2% 7/5/2008 568(50l) 248(20l) 7.6 6.7 0.5 56.3% 0 20 40 60 80 100 COD(cđ) COD 0 20 40 60 80 100 BOD BODcđ Bảng 3.2.2 Kết quả xử lý nồng độ COD nước thải đầu vào của bể lọc “cổ điển” Bảng 3.2.3 Kết quả xử lý nồng độ BOD nước thải đầu vào của giá thể Xơ Dừa ở bể lọc sinh học hiếu khí Bảng 3.2.4 Kết quả xử lý nồng độ BOD nước thải đầu vào của bể lọc “cổ điển” H III.2 Biểu đồ so sánh khả năng xử lý BOD của 2 mô hình thí nghiệm H III.2 Biểu đồ so sánh khả năng xử lý COD của 2 mô hình thí nghiệm Tuyển tập Báo cáo “Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học” lần thứ 6 Đại học Đà Nẵng - 2008 425 Nhận xét : Với bể lọc sinh học hiếu khí(Biofilter_Trickling) khả năng xử lý hàm lƣợng BOD cao hơn rất nhiều với bể lọc “Cổ Điển”. Hiệu suất cao nhất đạt đến 92%. Trong khi bể lọc “Cổ Điển ” hiệu suất cao nhất chỉ đạt 59%. Nhận xét : Với bể lọc sinh học hiếu khí(Biofilter_Trickling) khả năng xử lý hàm lƣợng SS cao hơn với bể lọc “Cổ Điển”, nhƣng không đáng kể bao nhiêu. Hiệu suất cao nhất đạt 71%. Trong khi bể lọc “Cổ Điển ” hiệu suất cao nhất đạt 61%. 4. Kết quả thực nghiệm_kết luận: Nhận xét : Ngày Nguồn vào (mg/l) Nguồn ra (mg/l) V Hiệu suất(%) 19/4/2008 112 103 100 8% 21/4/2008 169 143 100 15,3% 23/4/2008 103 83 100 19,4% 25/4/2008 148 112 100 24,3% 27/4/2008 239 150 100 37,2% 29/4/2008 83 52 100 37,3% 2/5/2008 138 72 100 47,8% 4/5/2008 135.4 69 100 48,9% 6/5/2008 260 112 100 56,9% 7/5/2008 174 68 100 60.9% Ngày Nguồn vào (mg/l) Nguồn ra (mg/l) V(ml) Hiệu suất(%) 19/4/2008 103 83 100 19.4% 21/4/2008 112 86 100 23.2% 23/4/2008 148 89 100 39.8% 25/4/2008 169 83 100 50.8% 27/4/2008 239 113 100 52.7% 29/4/2008 83 35 100 57.8% 2/5/2008 174 68 100 60.9% 4/5/2008 260 101 100 61.2% 6/5/2008 135.4 42 100 68.9% 7/5/2008 138 40 100 71% Bảng 3.2.5 Kết quả xử lý nồng độ SS nước thải đầu vào của bể lọc “cổ điển” Bảng 3.2.6 Kết quả xử lý nồng độ SS nước thải đầu vào của bể lọc sinh học hiếu khí H III.2 Biểu đồ so sánh khả năng xử lý SS của 2 mô hình thí nghiệm 0 10 20 30 40 50 60 70 80 SScđ SS 3-D Column 3 Tuyển tập Báo cáo “Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học” lần thứ 6 Đại học Đà Nẵng - 2008 426 Qua thời gian khảo sát và tiến hành thực nghiệm thu đƣợc kết quả trên, qua đó cho thấy kết quả khả quan của quá trình nghiên cứu, tìm ra vật liệu lọc làm giá thể cho quá trình sinh trƣởng dính bám của vi sinh vật, đạt hiệu quả tối ƣu và cao nhất. Ngoài những kết quả xác đinh đƣợc trong các quá trình phân tích toán còn những kết quả đƣợc cảm nhận bằng khả năng khách quan, về màu sắc và mùi cũng nhƣ độ đục của nƣớc thải đầu vào và nƣớc thải đầu ra có sự khác biệt hoàn toàn. Nƣớc sau khi xử lý không còn mùi tanh hôi và màu sắc cũng trong hơn, không gây ô nhiễm môi trƣờng xung quanh. Hình ảnh của mẫu nước trước và sau xử lý TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] PGS.TS Lƣơng Đức Phẩm, Công nghệ xử lý nước thải bằng biện pháp sinh học. NXB giáo dục năm 2003. [2] Lê Huy Bá, Lâm Minh Triết, Sinh thái môi trường học cơ bản – Fundamental enviromental ecology. NXB Đại học Quốc Gia TP. Hồ Chí Minh 2002. [3] Trần Thị Thanh, Công nghệ vi sinh. NXB giáo dục năm 2003 [4] Nguyễn Tân Thiên, Nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt tại một số địa điểm tại TP. Đà Nẵng bằng phương pháp bùn hoạt tính. Luận văn tốt nghiệp 2001 năm 2006 – Khoa Sinh môi trƣờng - Trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Đà Nẵng [5] Trần Văn Quang, Giáo trình Công nghệ Môi trường, 2005 (Lƣu hành nội bộ) [6] Võ Văn Minh, Bài giảng Quản lý môi trường. Khoa sinh môi trƣờng - Trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Đà Nẵng, 2003 (Lƣu hành nội bộ)