Tài liệu Xác định cơ sở khoa học của việc sử dụng nước thải dứa sau xử lý để tưới

i Luận văn được hoàn thành tại Trường Đại học Thủy lợi Hà Nội với sự giúp đỡ, chỉ bảo, hướng dẫn tận tình của các thầy giáo, cô giáo và bạn bè. Trước hết cho em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới cô giáo PGS.TS. Phạm Thị Minh Thư, người đã hướng dẫn em hoàn thành luận văn này. Em cũng xin chân thành cảm ơn: Trường Đại Học Thủy Lợi, các thầy cô giáo Khoa Kỹ thuật tài nguyên nước và th ầy giáo, cô giáo của Trường đã tạo điều kiện, truyền đạt các kiến thức để em có thể hoàn thành khóa học Thạc sỹ này. Em cũng vô cùng biết ơn các cơ quan đoàn thể , bạn bè đã giúp đỡ ch ỉ dẫn, giúp em thu thập và phân tích dữ liệu đồng thời góp những ý kiến quý báu trong luận văn này. Cuối cùng em xin gửi lời cảm ơn tới những người thân yêu trong gia đình đã động viên và giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập và hoàn thành luận văn. Do hạn chế về trình độ cũng như thời gian và tài liệu thu thập, luận văn chắc chắn không thể tránh khỏi các thiếu sót, em rất mong nhận được sự thông cảm, lời góp ý chân tình của thầy cô và bạn bè quan tâm tới vấn đề này. Hà Nội, Ngày 28 Tháng 11 Năm 2010 Tác giả: Nguyễn Thị Kim Liên ii MỤC LỤC MỤC LỤC ......................................................................................................... ii Danh mục các hình vẽ ....................................................................................... v Danh mục các bảng biểu .................................................................................. vi CHƯƠNG I: MỞ ĐẦU ..................................................................................... 1 I.1. Tính cấp thiết của đề tài .......................................................................... 1 I.2. Mục tiêu nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu .......................................... 2 I.3. Nội dung nghiên cứu ............................................................................... 2 I.4. Phương pháp nghiên cứu ......................................................................... 2 CHƯƠNG II: TÍNH THÍCH HỢP CỦA VIỆC SỬ DỤNG NƯỚC THẢI NHÀ MÁY CHẾ BIẾN DỨA SAU XỬ LÝ ĐỂ TƯỚI ................................... 3 II.1. Đặt vấn đề .............................................................................................. 3 II.2. Hiện trạng hệ thống xử lý nước thải của nhà máy ................................. 4 II.3. Nguyên liệu và phương pháp nghiên cứu .............................................. 7 II.4. Xây dựng mô hình thực tế hệ lọc sinh học dựa trên mô hình thực nghiệm.......................................................................................................... 10 II.5. Thí nghiệm ........................................................................................... 10 CHƯƠNG III: KHẢ NĂNG SỬ DỤNG NƯỚC THẢI SAU XỬ LÝ LÀM NƯỚC TƯỚI................................................................................................... 14 III.1. Khả năng tổng hợp Amino levunilic acid của một số chủng vi khuẩn quang hợp tía................................................................................................ 14 III.2.Khả năng tổng hợp ALA của chủng VKQHT 4bII được nuôi trong nước thải chế biến dứa ................................................................................. 16 III.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của nước thải chế biến dứa đã được sử dụng để nuôi chủng VKQHT đến một số cây rau màu ............................................. 17 III.4.Kết luận về khả năng sử dụng nước thải của nhà máy chế biến dứa sau xử lý để tưới ................................................................................................. 21 iii CHƯƠNG IV: CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA VIỆC SỬ DỤNG NƯỚC THẢI NHÀ MÁY CHẾ BIẾN SAU XỬ LÝ ĐỂ TƯỚI ........................................... 22 IV.1. Đánh giá khả năng nguồn nước sử dụng cho tưới tại khu vực nghiên cứu................................................................................................................ 22 IV.1.1. Nguồn nước mặt ........................................................................... 22 IV.1.2. Nguồn nước ngầm ........................................................................ 25 IV.1.3. Nguồn nước thải của nhà máy chế biến hoa quả thuộc Công ty Cổ phần Thực phẩm Xuất khẩu Đồng Giao .................................................. 26 IV.1.4. Hiện trạng tưới nước .................................................................... 27 IV.1.5. Tình hình tiêu trong khu vực ....................................................... 28 IV.1.6. Phương hướng sử dụng đất và phát triển thuỷ lợi........................ 28 IV.2. Tham khảo một số kết quả xử lý nước thải để tái sử dụng ................ 39 IV.2.1. Xử lý nước thải thành nước uống tại trung tâm cứu hộ gấu Việt Nam nằm ở vườn quốc gia Tam Đảo ....................................................... 39 IV.2.2. Xử lý nước thải bằng bèo Nhật Bản ............................................ 39 IV.2.3. Xử lý nước thải sinh hoạt để làm nước uống - TS Mai Thanh Truyết , Kiều bào Mỹ ............................................................................... 41 IV.3. Hiệu quả kinh tế-xã hội-môi trường ................................................... 44 IV.3.1. Mục đích tính toán kinh tế ........................................................... 44 IV.3.2. Cơ sở tính toán các chỉ tiêu kinh tế của tưới nước ...................... 40 IV.3.3. Phân tích một số tác động của dự án đối với kinh tế-xã hội vùng nghiên cứu ................................................................................................ 42 IV.4. Nội dung tính toán các chỉ tiêu kinh tế của dự án tưới dứa ............... 49 IV.4.1. Xác định tổng chi phí của dự án .................................................. 44 IV.4.2. Xác định lợi ích của lợi án tưới dứa............................................. 46 IV.5. Xác định các chỉ tiêu hiệu quả kinh tế của dự án dưa ........................ 52 IV.6. Hiệu quả xã hội và môi trường .......................................................... 52 iv KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ......................................................................... 54 Tài liệu tham khảo ........................................................................................... 55 v Danh mục các hình vẽ Hình 2.1: Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải nhà máy chế biến hoa quả ........... 5 Hình 2.2: Sơ đồ hệ lọc sinh học ........................................................................ 8 Hình 2.3: Hệ lọc sinh học.................................................................................. 8 Hình 2.4: Sơ đồ hệ lọc sinh học thực tế .......................................................... 10 Hình 2.5: Sơ đồ quá trình phân huỷ chất hữu cơ ........................................... 12 Hình 3.1: Ảnh hưởng của nước thải chế biến dứa đã sử dụng nuôi VKQHT4bII .................................................................................................................. 19 Hinh 3.2: Ảnh hưởng của nước thải đã sử dụng nuôi VKQHT – 4IIb và môi trường Knop .................................................................................................... 20 Hình 3.3: Thí nghiệm dùng nước thải sau xử lý để tưới dứa .......................... 21 vi Danh mục các bảng biểu Bảng 2.1: Kết quả phân tích chất lượng nước sau các công đoạn ban đầu....... 6 Bảng 2.2: Kết quả phân tích nước thải trước và sau khi xử lý 48h ............... 12 Bảng 2.3: Kết quả phân tích nước thải trước và sau khi xử lý 72h ............... 13 Bảng 3.1: Hàm lượng ALA tích lũy trong môi trường nuôi một số VKQHT phân lập tại Việt Nam ..................................................................................... 15 Bảng 3.2: Động thái tích lũy ALA trong dịch nuôi chủng VKQHT 4bII (có bổ sung 2,5mM glycin và 5mM axit levunilic – LA) được nuôi ở điều kiện kỵ ánh sáng ........................................................................................................... 16 Bảng 3.3: Động thái tích lũy sinh khối (∆OD) và hàm lượng ALA trong nước thải chế biến dứa (có bổ sung 2,5mM glycin và 5mM axit levunilic – LA) được nuôi ở điều kiện kỵ ánh sáng ................................................................. 16 Bảng 3.4: Hàm lượng ALA tích lũy của chủng 4bII trong nước thải có bổ sung 5mM glycin và LA ở các nồng độ khác nhau ........................................ 17 Bảng 3.5: Hàm lượng ALA tích lũy (sau 5 ngày) của chủng 4bII trong nước thải có bổ sung 2,5mM LA và glycin ở các nồng độ khác nhau.................... 17 Bảng 3.6: Biến động sinh khối VKQHT – 4bII, BOD và ALA trong nước thải chế biến dứa..................................................................................................... 18 Bảng 3.7: Ảnh hưởng của nước thải có bổ sung 2,5mM glycin và LA (nước thải đã sử dụng nuôi VKQHT) ........................................................................ 18 Bảng 4.1a: Đặc trưng cơ bản của các hồ chứa vùng Đồng Giao .................... 23 Bảng 4.1b: Chất lượng nước mặt của khu vực Đồng Giao, Ninh Bình .......... 24 Bảng 4.2: Kết quả phân tích mẫu nước ngầm tại Đồng Giao-Ninh Bình ....... 26 Bảng 4.3: Tính toán giá trị thu nhập thuần tuý của 100 ha cây dứa trong điều kiện không có dự án ........................................................................................ 47 Bảng 4.4: Tính toán giá trị thu nhập thuần tuý của 100 ha cây dứa trong điều kiện có dự án ................................................................................................... 48 Bảng 4.5: Bảng tính các chỉ tiêu NPV, IRR và B/C (phương án cơ sở) ......... 50 1 CHƯƠNG I: MỞ ĐẦU I.1. Tính cấp thiết của đề tài Cây dứa là cây có khả năng chịu hạn cao, không kén đất vì vậy được trồng nhiều ở các vùng trung du và miền núi. Khu vực Đồng giao của tỉnh Ninh Bình nổi tiếng là một vùng trồng dứa chuyên canh lớn trong cả nước với khoảng hơn 2000 ha, sản phẩm của cây dứa Đồng Giao đã được tiêu thụ ngày cành tăng ở nhiều thị trường khó tính trên thế giới như: Nhật Bản, Mỹ, Châu Âu và các nước phát triển khác. Cây dứa đã khẳng định là cây trồng có hiệu quả kinh tế cao, góp phần xóa đói giảm nghèo và làm giầu cho người dân trong tỉnh Ninh Bình. Bên cạnh những thế mạnh về truyền thống, kinh nghiệm sản xuất, thị trường tiêu thụ và giá trị kinh tế đem lại, thì cây dứa đang gặp phải những khó khăn về yêu cầu chất lượng sản phẩm, các tiêu chuẩn trong tiêu dùng và xuất khẩu ngày càng khắt khe đối với người sản xuất dứa. Khu vực chuyên canh dứa Đồng Giao đang cần có một chế độ tưới và công nghệ tưới thích hợp đáp ứng được tình hình thực tế của vùng là: Tăng năng suất và chất lượng quả dứa, đáp ứng nhu cầu tiêu dùng trong nước và xuất khẩu trước tình hình diện tích trồng dứa bị hạn chế. Chế độ tưới và công nghệ tưới phù hợp với địa hình đồi núi thấp, nguồn nước khan hiếm, đất đai phát triển trên địa tầng có hoạt động kaster khá phổ biến … Ngoài ra, chi phí tưới thấp, có thể áp dụng trong sản xuất đại trà và không đem lại những tác động xấu về môi trường, đây là những mục tiêu mà đề tài luận văn hướng tới và mong mỏi được đóng góp phần nào. 2 I.2. Mục tiêu nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu Xác định cơ sở khoa học của việc sử dụng nước thải của nhà máy chế biến hoa quả thuộc Công ty Cổ phần Thực phẩm Xuất khẩu Đồng Giao sau xử lý để tưới I.3. Nội dung nghiên cứu Để đạt được mục tiêu đề ra, đề tài dự kiến thực hiện các nội dung nghiên cứu sau đây: i. Xác định tính thích hợp của nước thải nhà máy chế biến dứa sau xử lý để tưới ii. Đánh giá khả năng sử dụng nước thải sau xử lý làm nước tưới iii. Xác định cơ sở khoa học của việc sử dụng nước thải của nhà máy chế biến hoa quả sau xử lý để tưới I.4. Phương pháp nghiên cứu − Kế thừa kết quả của các nghiên cứu trong nước và quốc tế; − Bố trí thí nghiệm, thực nghiệm ngoài đồng ruộng; − Ứng dụng phương pháp phân tích thống kê: xây dựng các đường hồi quy tuyến tính về mối quan hệ giữa tưới nước với sinh trưởng, năng suất, chất lượng của cây dứa; − Áp dụng phần mềm tính toán thủy lực (Hydrocalculation) của Israel trong tính toán kế hệ thống tưới phun mưa và lựa chọn đường ống tưới thích hợp 3 CHƯƠNG II: TÍNH THÍCH HỢP CỦA VIỆC SỬ DỤNG NƯỚC THẢI NHÀ MÁY CHẾ BIẾN DỨA SAU XỬ LÝ ĐỂ TƯỚI II.1. Đặt vấn đề Từ các công đoạn chế biến dứa quả tại nhà máy chế biến hoa quả thuộc Công ty Cổ phần Thực phẩm Xuất khẩu Đồng Giao thải ra một lượng lớn nước thải (trên một đơn vị nguyên liệu), hàm lượng chất ô nhiễm trong nước thải không quá cao. Nhưng cũng không thể đổ thẳng ra ngoài môi trường. Để xử lý làm sạch nguồn thải đó người ta thường sử dụng công nghệ sinh học xử lý và tái sử dụng nó trong sản xuất nông nghiệp. Để giảm bớt lượng chất ô nhiễm cũng như giảm chi phí vận hành hệ lọc sinh học, đề tài luận văn dự kiến nghiên cứu sử dụng một số loại vi khuẩn đặc thù để giảm bớt thành phần ô nhiễm trong nước thải từ phân xưởng đồ hộp và tận dụng phần thải chứa hoạt chất sinh học có khả năng tham gia vào quá trình kích thích sinh trưởng để tưới dứa. Nước thải sau xử lý nếu đạt tiêu chuẩn nước để dùng cho thủy lợi và có thể thu gom để tưới sẽ không những có ý nghĩa về mặt khoa học, nâng cao hiệu quả kinh tế thông qua việc tăng hệ số quay vòng sử dụng nước, giảm một phần chi phí đầu tư cho hệ thống tưới mà còn rất có ý nghĩa về mặt giáo dục nâng cao ý thức tiết kiệm nước cho người sản xuất, đặc biệt đối với những vùng mùa khô nguồn nước khan hiếm; nâng cao ý thức bảo vệ môi trường của công nhân nhà máy, cộng đồng cư dân sống trong khu vực. Bên cạnh đó, việc xử lý nước thải tốt để bảo vệ môi trường và quay vòng sử dụng nước sẽ tạo điều kiện để quảng bá thương phẩm của nhà máy với các thị trường có yêu cầu cao về tiêu chuẩn bảo vệ môi trường như Cộng đồng chung Châu Âu, Mỹ, Nhật. 4 Từ đặc trưng nước thải của nhà máy chế biến hoa quả thuộc Công ty Cổ phần Thực phẩm Xuất khẩu Đồng Giao là có chứa hàm lượng chất hữu cơ rất cao nên công nghệ xử lý hiệu quả và thường được áp dụng là công nghệ sinh học. Công nghệ sinh học xử lý nước t hải bao gồm: công nghệ sinh học xử lý nước thải trong điều kiện tự nhiên và công nghệ sinh học xử lý nước thải trong điều kiện nhân tạo. Công nghệ sinh học xử lý nước thải trong điều kiện tự nhiên dựa vào khả năng tự làm sạch của đất và nước do đó cần có nhiều nước và đất . Công nghệ sinh học xử lý nước thải trong điều kiện nhân tạo thường dùng là công nghệ Biofin và công nghệ Aroten. Trong đề tài “Nghiên cứu chế độ tưới và giữ ẩm cho dứa vùng đồi Bắc Trung bộ nhằm nâng cao năng suất, chất lượng và giá trị thương phẩm” các tác giả đã nghiên cứu thực nghiệm thành công mô hình xử lý nước thải kết hợp hai công nghệ sinh học xử lý nước thải trong điều kiện nhân tạo là Biofin và Aroten. II.2. Hiện trạng hệ thống xử lý nước thải của nhà máy Thực tế hệ thống xử lý nước thải tại nhà máy chế biến hoa quả thuộc Công ty Cổ phần Thực phẩm Xuất khẩu Đồng Giao trong giai đoạn sản xuất cao điểm (7-8 tháng/ năm) trung bình mỗi ngày thải ra k hoảng 400-700m3 nước thải. Hình 2.1 là sơ đồ của hệ thống xử lý nước thải hiện trạng. 5 3 N­íc th¶i 1 2 4 7 5 Kh«ng khÝ 8 6 N­íc th¶i ®· xö lý H×nh 1: S¬ ®å c«ng nghÖ xö lý n­íc th¶i - Nhµ m¸y chÕ biÕn TPXK §ång Giao 1- Song ch¾n r¸c 5- BÓ Aeroten 2. Ng¨n tiÕp nhËn nhËn n­íc th¶i 6- BÓ tiªu hñy bïn 3- B¬m n­íc th¶i 7- B¬m bïn 4- BÓ ®iÒu hßa 4- M¸y thæi khÝ Hình 2.1: Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải nhà máy chế biến hoa quả Nước thải từ khu vực sản xuất của nhà máy chế biến hoa quả Đồng Giao kéo theo các chất rắn có kích thước lớn và lưu lượng dòng thải cũng như nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải không đều mà biến thiên theo các thời điểm trong ngày. Theo kết quả phân tích mẫu nước thải sau xử lý lấy tại đầu kênh dẫn sau tường của nhà máy (nơi nước thải chảy ra từ bể lọc sinh học ) cho thấy các chỉ tiêu chưa thỏa mãn tiêu chuẩn nước thải được thải vào môi trường (QCVN 01: 2008/BTNMT) là pH , COD, BOD5. Theo kết quả phân tích các mẫu sau xử lý của nhà máy ở Bảng 1 cho thấy: nước thải sau xử lý (Mẫu 2) COD = 110 mg/l, BOD5 = 55,35 mg/l, pH = 5,2 là cao hơn tiêu chuẩn cho phép, khi gặp suối (Mẫu 3) thì tất cả các chỉ tiêu đều dưới mức tiêu chuẩn cho phép. 6 Bảng 2.1: Kết quả phân tích chất lượng nước sau các công đoạn ban đầu Số TT Chỉ tiêu phân tích ĐV tính Kết quả phân tích Mẫu 1 Mẫu 2 Mẫu 3 Mẫu 4 Tiêu chuẩn chất lượng nước 31,5 31,6 28,6 28,6 40 5,18 5,2 7,35 7,35 5,5÷9 1 Nhiệt độ 2 pH 3 COD mg/l 260 110 48 12 100 4 BOD5 mg/l 120 55,35 27,9 25,7 50 5 NH3 mg/l 1,57 1,43 0,92 0,91 4 6 Đồng mg/l 0,07 0,05 0,06 0,05 1 7 Sắt mg/l 0,15 0,17 0,16 0,15 5 8 Độ dẫn điện µS/ cm 225 365 201 215 9 TDS mg/l 117,5 191,5 100 108 10 Tổng N mg/l 15,68 8,4 5,6 5,6 60 11 Tổng P mg/l 0,68 1,04 0,42 0,08 6 12 Coliform MPN/1 00ml 620 Âm tính Âm tính Âm tính 10.000 0 C Ghi chú: Mẫu 1: Đầu vào hệ thống xử lý nước thải ; Mẫu 2: Sau xử lý; Mẫu 3: Lấy tại suối, phía sau điểm thải; Mẫu 4: Lấy tại suối, phía trước điểm thải Tuy nhiên có 3 lý do để đ ặt ra yêu cầu cần xử lý triệt để nước thải để ngay sau xử lý nước thải đã đạt tiêu chuẩn cho phép : một là để tới được suối , nước thải cần đi qua khu dân cư sinh sống, nước thải khi bị trữ lại ở khe rãnh, các chất hữu cơ lên men gây mùi khó chịu ; hai là suối có dòng chảy phân bố không đều theo mùa , mùa khô thường cạn kiệt nước cùng với khí hậu nắng nóng mùi sẽ tạo ra từ lên men chất hữu cơ ; ba là nước thải sau khi dẫn qua khu dân cư, khu trồng trọt của các đội một phần còn lại dẫn đổ vào hồ sinh 7 thái Yên Thắng sẽ ảnh hưởng không tốt tới quần thể sinh vật trong hồ và có nguy cơ gây ô nhiễm nước hồ ảnh hưởng đến du lịch sinh thái trong khu vực. Trong khuôn khổ của luận văn, khả năng hấp thụ và phân hủy các hợp chất hữu cơ có trong nước thải của vi sinh vật được nghiên cứu thông qua các chỉ tiêu xác định BOD, COD. Áp dụng hệ lọc sinh học với vật liệu lọc là sỏi nhẹ Kamezit có khả năng kết dính màng vi khuẩn trên bề mặt. II.3. Nguyên liệu và phương pháp nghiên cứu Nguyên lý cơ bản của dây chuyền xử lý nước thải sử dụng công nghệ sinh học được chia làm 3 công đoạn: 1. Xử lý sơ bộ hay xử lý cấp 1: ở công đoạn này các chất rắn, rác được giữ lại bởi hệ thống lưới chắn rác; 2. Xử lý cơ bản hay xử lý cấp 2: trong công đoạn này các chất thải hữu cơ được phân huỷ bởi các vi khuẩn thành các hợp chất vô cơ và chuyển các chất hữu cơ ổn định thành bông cặn để dễ loại bỏ ra khỏi nước. Ở công đoạn này xử lý nước thải dược chia ra làm nhiều nhóm khác nhau, phụ thuộc vào các tính chất và thiết bị sử dụng; 3. Xử lý bổ sung hay xử lý cấp 3: trong công đoạn này chỉ cần khử khuẩn để đảm bảo nước trước khi đổ vào lưu vực không còn vi khuẩn gây bệnh. Ở công đoạn xử lý cơ bản , quá trình sinh trưởng lơ lửng của vi khuẩn được đề cập tới và được hiểu với nghĩa là “Bùn hoạt tính” ở cả hai điều kiện kỵ khí và hiếu khí. Sinh trưởng gắn kết được hiểu với nghĩa “Màng sinh học”. Dựa vào nguyên lý cơ bản của dây chuyền xử lý nước thải sử dụng công nghệ sinh học, hệ lọc sinh học được đưa vào thử nghiệm với vi khuẩn phát triển tốt ở cả hai diều kiện hiếu khí và kỵ khí. 8 Hệ lọc sinh h ọc: Hệ lọc sinh học được thiết kế bằng thuỷ tinh. Bể được chia làm 7 khoang, có kích thước theo hình vẽ (Hình 2.2, 2.3) với các kích thước thiết kế như sau: − Dung tích bể là 67320cm3 − Bơm nước hồi lưu đặt ở khoang thứ 7, có công suất thiết kế Q max = 1500 l/h. − Trong khoang 1, 2, 4, 6 được bổ sung hạt sỏi nhẹ Kazemit (sản xuất tại Việt nam được cung cấp t ừ công ty cổ phần Bennet). Hạt sỏi này là vật liệu dễ thấm nước, vi khuẩn dễ dàng gắn kết trên bề mặt. Chủng vi khuẩn: Vi khuẩn được phân lập từ bùn lắng và cặn nước thải ở cửa cống của hệ thải của Công ty Cổ phần Thực phẩm Xuất khẩu Đồng Giao và được lưu giữ tại phòng thí nghiệm của Trung tâm An toàn Bức xạ và Kĩ thuật Môi trường thuộc Viện Khoa học và Kỹ thuật Hạt nhân. (3) (1) (2) (5) (4) (6) (7) (B) Hình 2.2: Sơ đồ hệ lọc sinh học 9 Hình 2.3: Hệ lọc sinh học Trước khi đưa vào xử lý nước thải chủng vi sinh được hoạt hóa trong môi trường giàu dinh dưỡng và đầy đủ vi lượng . Khi môi trường tạo được lượng tối đa vi sinh vật sẽ cho chủng vi sinh vào thí nghiệm xử lý nước thải . Vi khuẩn phân lập được có khả năng tăng sinh khối trong cả hai điều kiện hiếu khí và kỵ khí không bắt buộc. Nước thải Nước thải được lấy từ các công đoạn chế biến dứa và vệ sinh thiết bị của Công ty Cổ phần Thực phẩm Xuất khẩu Đồng Giao. Vị trí lấy mẫu sau bể điều hoà. Trước khi đưa vào xử lý, nước thải được phân tích để xác định mức độ ô nhiễm qua chỉ số BOD và COD. Thí nghiệm được thực hiện tại phòng thí nghiệm của Trung tâm An toàn Bức xạ và Kỹ thuật Môi trường, Viện Khoa học và Kỹ thuật Hạt nhân. 10 II.4. Xây dựng mô hình thực tế hệ lọc sinh học dựa trên mô hình thực nghiệm − Lượng nước thải bình quân của nhà máy là 400 – 700m3 /ngđ. Ta sử dụng lượng nước thải trung bình trong một ngày để tính: công suất thiết kế Qmax = 25.000 l/h. − Từ mô hình lý thuyết có công suất thiết kế Q max = 1500 l/h thì mô hình thực tế lớn gấp 17 lần. Áp dụng luật đồng dạng cho 2 mô hình thực tế và lý thuyết ta có kich thước của mô hình thực tế như sau: Hình 2.4: Sơ đồ hệ lọc sinh học thực tế II.5. Thí nghiệm Quá trình chuyển hóa các chất bẩn hữu cơ trong nguyên sinh chất của tế bào sống thực chất là một phản ứng oxy hóa khử và c ó thể biểu diễn ở dạng tổng quát như sau: vi sinh vat hieu khi → CO +H O+ vi khuẩn Các chất hữu cơ + O2  2 2 11 Các quá trình sinh trưởng gắn kết vào vật liệu xảy ra khi dịch thể (chủng vi sinh và nước thải ) chảy ngược qua khối vật li ệu lọc: khi dịch thể tiếp xúc với khối vật liệu lọc các vi sinh vật bám dính lại trên bề mặt́ tạo một lớp nhầy gọi là màng vi sinh . Ban đầu màng dày 0,1÷0,2mm, chất hữu cơ được phân hủy bởi những vi sinh vật hiếu khí . Khi vi sinh vật phát triển , chiều dày của lớp màng và oxy đã hấp thụ được tiêu thụ hết trước khi nó thấm hết chiều dày lớp màng sinh vật . Như vậy môi trường kị khí được hình thành ngay sát bề mặt hạt vật liệu lọc. Từ đó màng vi sinh bám ở bề mặt vật liệu lọc phân thành hai lớp: lớp yếm khí sát bề mặt đệm, và lớp hiếu khí ở ngoài. Do đó quá trình lọc ở đây thực chất là quá trình vi sinh vật hiếu - kị khí. Khi dòng thải chảy trùm nên lớp màng nhớt này, các chất hữu cơ được vi sinh vật chiết ra còn sản phẩm của quá trình trao đổi chất (CO2) sẽ được thải ra ngoài màng chất lỏng. Quá trình xử lý này cũng tuân theo theo 3 giai đoạn như các quá trình sinh trưởng lơ lửng, song khác là ở giai đoạn 3 có thêm quá trình chuyển hóa các chất bẩn hữu cơ trong nguyên sinh chất ở điều kiện kị khí: vi sinh vat ki khi → Các chất hữu cơ CH4 + CO2 + H2O + vi khuẩn Quá trình phân hủy chất hữu cơ trong điều kiện kị khí có thể được tổng hợp theo sơ đồ Hình 2.5. Nước thải được xử lý ở khoang 1 chưa hoàn toàn sẽ tiếp tục ở khoang 2, 3, 4, 5, 6, 7 và tiếp tục được hồi lưu trở lại để xử lý tiếp. Theo chiều dòng chảy từ khoang 1 → 2 → 3 → 4 → 5 → 6 → 7 nồng độ chất hữu cơ , nồng độ oxy hòa tan trong nước thải giảm dần, và tỷ lệ với nó là chủng vi sinh vật, màng vi sinh mỏng dần do đó mà lượng chất hữu cơ được xử lý cũng giảm dần. Đến một lúc nào đó các vi sinh vật ở trạng thái đói thức ăn do chất hữu cơ đã phân hủy hết trở nên cạn kiệt chất hữu cơ, vi sinh vật ở màng lọc sinh 12 học sẽ chuyển sang hô hấp nội bào và khả năng kết dính cũng giảm, dần dần bị vỡ cuốn theo nước lọc. Hiện tượng này gọi là hiện tượng tróc màng, sau đó lớp màng mới lại xuất hiện. Những màng vi sinh đã chết sẽ lơ lửng trong nước và cần được qua quá trình lắng để tách ra. Chất hữu cơ phức tạp (protein, lipit) Axit béo bay hơi axetat H2O, CO2 CH4, CO2 Hình 2.5: Sơ đồ quá trình phân huỷ chất hữu cơ Thí nghiệm 1: Thí nghiệm thực hiện trong phòng thí nghiệm nhiệt độ dao động 200C-280C, pH của nước thải ≈ 5,2; thời gian xử lý 48 h, nước thải được bơm hồi lưu liên tục với lưu lượng 16,5 (lít/h) (Bảng 2.2). Bảng 2.2: Kết quả phân tích nước thải trước và sau khi xử lý 48h Yếu tố Đơn vị BOD COD H2S mg/l mg/l mg/l Nước thải chưa xử lý 215 112,9 Không xác định Nước thải sau 48 giờ chảy có hồi lưu qua hệ lọc 52,5 11,5 2,28 Thí nghiệm 2: Thí nghiệm thực hiện trong phòng thí nghiệm nhiệt độ dao động 200C-280C, pH của nước thải ≈ 4,8; thời gian xử lý 72 h, nước thải được bơm hồi lưu liên tục với lưu lượng 21 (lít/h) (Bảng 2.3). 13 Bảng 2.3: Kết quả phân tích nước thải trước và sau khi xử lý 72h BOD COD (mg/l) (mg/l) Nước thải chưa xử lý (mẫu 3) 250 220,48 H2S (mg/l) Không xác định Yếu tố Đơn vị Nước thải sau 72 giờ chảy có hồi lưu qua hệ lọc (mẫu 4) 35 42,3 (24h) = 9,016; (72h) = 0,0084 Trong thí nghiệm này kiểm tra hiệu suất phân hủy chất hữu cơ trong nước thải được thông qua nồng độ H2S, kết quả sau 24 h cho thấy nồng độ H2S trong nước qua các khoang xử lý tăng lên rõ rệt, cho thấy protein trong nước thải bị phân hủy bởi các vi khuẩn. Dựa vào kết quả phân tích ở trên nồng độ BOD và nồng độ COD đã được xử lý giảm nhỏ , đạt tiêu chuẩn xử lý tới nước loại B . Nồng độ H2S đã được xử lý triệt để (đạt tới 0,0084 gần như không xác định) và không xuất hiện trở lại. Như vậy so sánh với tiêu chuẩn nước sử dụng cho tưới thì nước thải của nhà máy chế biến hoa quả Đồng Giao sau xử lý đạt tiêu chuẩn nước tưới (TCVN 6773-2002). 14 CHƯƠNG III: KHẢ NĂNG SỬ DỤNG NƯỚC THẢI SAU XỬ LÝ LÀM NƯỚC TƯỚI Theo kết quả nghiên cứu của một số tác giả nước ngoài và trong nước thì một số vi khuẩn quang hợp tía có thể tổng hợp và tiết ra môi trường một số hoạt chất sinh học như vitamin, các chất kháng khuẩn, kháng virus… và chất kích thích sinh trưởng thực vật. Trong những chất đó amino levunilic acid (ALA) với hoạt tính kích thích sinh trưởng ở thực vật bậc cao đã tìm được và ứng dụng trong trồng trọt. Trong phần này sẽ tiến hành đánh giá khả năng tổng hợp và tìm ra môi trường nuôi ALA của một số vi khuẩn quang hợp tía (VKQHT) phân lập tại Việt Nam, đánh giá khả năng của một số chủng VKQHT được lựa chọn đưa vào xử lý giảm thiểu ô nhiễm của nước thải chế biến dứa và tìm hiểu tác dụng của nước thải có chứa ALA kích thích sinh trưởng một số cây trồng trong đó có chồi dứa. III.1. Khả năng tổng hợp Amino levunilic acid của một số chủng vi khuẩn quang hợp tía Vi khuẩn được nuôi trong môi trường DSMZ-27 chứa glycin (2,5mM) và levuninat-Na (5mM.) Kết quả xác định khối tích lũy và hàm lượng ALA trong môi trường sau 6 ngày nuôi cấy được trình bày ở Bảng 3.1.