TRƯỜng đẠi học khoa học tự nhiên nguyễn quang nam nghiên cứu nâng cao hiệu quả XỬ LÝ
tải về 0.49 Mb.
|
- Điều hướng trang này:
- 3.3.1. Khảo sát hiệu quả xử lý COD trong giai đoạn xử lý sinh học
- Hình 3.3. Sự biến thiên COD và hiệu suất xử lý của giai đoạn sinh học
- 3.3.2. Hiệu suất xử lý Amoni
- Hinh 3.4. Sự biến thiên NH 4 + -N và hiệu suất xử lý của giai đoạn sinh học
- 3.3.3. Hiệu suất xử lý nitrat
- Hình 3.5. Diễn biến NO 3 - -N theo thời gian
- 3.3.4. Hiệu suất xử lý PO 4 3- -P
- Hình 3.6. Diễn biến PO 4 3- -P qua các bể theo thời gian
- 3.3.5. Khả năng loại bỏ vi khuẩn sau màng vi lọc polyme
- Bảng 3.5. Mật độ Coliform trước và sau khi xử lý
- 3.4. Khảo sát hiệu quả xử lý COD trong giai đoạn tiền xử lý keo tụ bằng phèn sắt kết hợp sinh học
- Hình 3.7. Hiệu suất xử lý COD giai đoạn hóa lý kết hợp sinh học
- 3.5. Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình keo tụ ở giai đoạn xử lý tăng cường nước thải chăn nuôi lợn sau khi qua hệ thống sinh học kết hợp với lọc màng
- Bảng 3.6. Đặc điểm nước thải chăn nuôi lợn sau khi xử lý qua hệ sinh học kết hợp lọc màng MBR
- QCVN 40:2011/ BTNMT (loại B)
|
Từ Bảng 3.4 thấy rằng, qua thời gian khảo sát, giá trị COD, nồng độ N-NH4+ trong nước thải đầu vào không ổn định và ở mức ô nhiễm cao:
Điều này phản ánh thực tế nước thải lợn luôn có sự thay đổi về nồng độ các chất ô nhiễm trong từng thời điểm xả thải nhất định, với mỗi nồng độ khác nhau cần thời gian khác nhau cho quá trình sinh học xảy ra, nồng độ cao đòi hiệu suất xử lý cao, đồng nghĩa với thời gian xử lý dài hơn. Ngoài ra, nước thải đầu vào còn ảnh hưởng tới hiệu quả xử lý sinh học như pH, pH thuận lợi cho quá trình sinh học tối ưu là từ 7 đến 8,5; hóa chất, các độc tố của nước thải đầu vào như các chất kháng sinh, các sản phẩm hóa học có thể gây ức chế cho quá trình hoạt động của vi sinh trong hệ xử lý; nhiệt độ của nước thải đầu vào cũng ảnh hướng lớn đến quá trình xử lý, nhiệt độ lý tưởng cho quá trình sinh học là 35oC. 3.3.1. Khảo sát hiệu quả xử lý COD trong giai đoạn xử lý sinh học Hợp chất hữu cơ giàu thành phần cacbon có khả năng sinh huỷ (BOD5) khi tồn tại trong nước với nồng độ lớn là nguồn cơ chất cho các loại VSV phát triển. Với các loại VSV hiếu khí, trong quá trình phát triển và hoạt động chúng tiêu thụ một lượng oxy hòa tan lớn, với mật độ cao sẽ gây đục nước và lắng xuống lớp bùn đáy khi chết.
Hình 3.3. Sự biến thiên COD và hiệu suất xử lý của giai đoạn sinh học Hiệu suất xử lý COD qua các bể được ước tính theo công thức:
Trong đó CODv (mg/L) và CODr (mg/L) lần lượt là COD đầu vào và đầu ra các bể xử lý. Kết quả cho thấy COD đầu vào dao động trong khoảng lớn, từ 2140 - 6880 mg/L. Nước thải đầu vào có khoảng dao động lớn như vậy bởi vì nước thải chăn nuôi không đồng nhất giữa các thời gian xả thải và các ngày. Nước thải bao gồm phân và nước tiểu của lợn có giá trị COD cao hơn nước thải phần lớn là nước rửa chuồng, nước tắm cho lợn. Mặt khác, giá trị COD không chỉ xác định qua nước thải ra hàng ngày của lợn mà bao gồm cả lượng cơ chất sinh ra trong quá trình phân hủy xác các VSV chết lắng đọng trong nước thải. Ở bể yếm khí, kết quả cho thấy, khi COD, BOD đầu vào tăng, nồng độ đầu ra cũng tăng ở đầu ra của hệ thống yếm khí đạt 1110 – 3560 mg/L. Như vậy ở hệ thống này hiệu quả xử lý đạt khoảng 50%. Điều này có thể được giải thích: việc loại bỏ các hợp chất cacbon trong điều kiện yếm khí một phần là các chất hữu cơ hòa tan được chuyển hóa thành khí metan và CO2. Mặt khác, các hợp chất hữu cơ này thông qua quá trình lên men, nó cũng có thể tạo thành các chất hữu cơ mạch ngắn. Bởi vậy, khi tốc độ chuyển hóa thành CO2 và CH4 chậm hơn so với tốc độ lên men thủy phân chất hữu cơ từ mạch dài sang mạch ngắn, nó có thể còn làm cho COD trong nước tăng lên. Tuy nhiên, trong hệ thống được nghiên cứu, thì hiệu suất loại bỏ COD đạt 50%. Điều này cho thấy hiệu quả của hệ thống là khá cao. Trong bể thiếu khí: Sau khi đã được xử lý qua bể yếm khí, thì hàm lượng COD đầu vào của bể là 1110 – 3560 mg/L, sau khi qua bể thiếu khí, COD còn lại là 720 – 2110 mg/L, tương ứng với hiệu suất xử lý là 35 – 45%. Điều này là do các hợp chất hữu cơ mạch ngắn được VSV sử dụng để tạo sinh khối và một phần được sử dụng trong quá trình lên men yếm khí. Trong bể hiếu khí: Sau khi qua bể thiếu khí, hàm lượng COD đầu vào bể hiếu khí còn 720 – 2110 mg/L. Sau khi được xử lý qua bể hiếu khí thì COD còn 202 – 509 mg/L, tương ứng với hiệu suất là 46,2 – 74,1%. Hiệu suất xử lý ở bể hiếu khí cao hơn so với các bể khác. Điều này có thể được giải thích như sau: trong bể hiếu khí với việc bổ sung thêm oxy không khí đã xảy ra quá trình oxy hóa các hợp chất hữu cơ để tạo thành CO2. Mặt khác, khi sử dụng màng lọc, có một lượng chất rắn bám dính trên màng như sinh khối, nó đóng vai trò làm vật liệu hấp phụ, nó sẽ hấp phụ một phần các hợp chất hữu cơ hòa tan. Bởi vậy, hiệu quả xử lý tăng lên rõ rệt so với các bể khác trong hệ thống. Điều này cho thấy tính hiệu quả cao của việc sử dụng màng lọc. Nó làm giảm thời gian lưu, giảm chi phí đầu tư hệ thống. Nhìn chung, các thông số đầu vào biến thiên nhưng hiệu suất xử lý của hệ tương đối ổn dịnh và không dao động quá lớn. Hiệu suất xử lý COD đạt mức từ 85 – 92,8 %. Như vậy mặc dù đặc tính nước thải đầu vào ảnh hưởng đến quá trình xử lý sinh học nhưng nếu lựa chọn các thông số vận hành hệ xử lý phù hợp thì hiệu quả xử lý trong quá trình xử lý sinh học sẽ không bị ảnh hưởng nhiều. 3.3.2. Hiệu suất xử lý Amoni Ôxy hóa amoni với tác nhân ôxy hóa là ôxy phân tử được hai loại VSV Nitrosomonas và Nitrobacter thực hiện kế tiếp nhau: NH4+ + 1,5 O2 NO2- + 2 H+ + H2O NO2- + 0,5 O2 NO3- NH4+ + 2 O2 NO3- + 2 H+ + H2O Hiệu suất xử lý amoni được ước tính theo công thức :
Trong đó NH4v (mg N/L) và NH4r (mg N/lít) lần lượt là nồng độ NH4+ trước và sau xử lý. 
Ghi chú: M1 - Đầu vào SH; M2 - Đầu ra yếm khí; M3 - Đầu ra thiếu khí; M4 - sau màng lọc Hinh 3.4. Sự biến thiên NH4+ -N và hiệu suất xử lý của giai đoạn sinh học Từ kết quả thể hiện trên đồ thị Hình 3.4 nhận thấy, sau khi qua bể yếm khí, nồng độ amoni có xu hướng tăng lên do trong bể yếm khí, các vi khuẩn sẽ phân giải các chất hữu cơ và sinh ra NH3-N, và với pH trong bể khoảng 7,9 - 8,5 nên sẽ chuyển thành dạng NH4+-N. Tại bể yếm khí hiệu suất xử lý NH4+ đạt tỷ lệ thấp khoảng 20% chủ yếu là do vi sinh sinh trưởng xây dựng tế bào, đồng thời cũng xảy ra hiện tự phân hủy tế bào chết. Amoni sau khi qua bể thiếu khí giảm một phần, do trong bể có một phần nhỏ oxy từ bể hiếu khí chuyển qua bể thiếu khí từ đường tuần hoàn, nên xảy ra phản ứng oxy hóa amoni. Ngoài ra, hàm lượng NH4+ sau bể thiếu khí (M3) thấp là do được pha loãng từ dòng tuần hoàn. Trong môi trường hiếu khí, chủng vi sinh có chức năng chuyển hoá amoni (NH4+ hay NH3) thành nitrat là loại nitrosomonas và nitrobacter. Chúng là loại vi sinh tự dưỡng sử dụng nguồn carbon vô cơ trong nước - muối bicarbonat, làm cơ chất theo phản ứng : 1,02 NH4+ + 1,89 O2+ 2,02 HCO3- 0,021 C5H7O2N + 1,06 H2O + 1,92 H2CO3 + 1,0 NO3- Phương trình trên là tổng của ba quá trình: phát triển sinh khối (nitrosomonas, nitrobacter), oxy hoá NH4+ thành nitrit và nitrit thành nitrat [3]. Quá trình oxy hoá trên có vai trò cung cấp năng lượng cho VSV. Hiệu suất xử lý amoni của hệ sinh học nghiên cứu là tương đối cao 93,0% đến 96,5%. Amoni được xử lý chủ yếu ở bể hiếu khí. Nguyên nhân là do trong bể hiếu khí có hàm lượng bùn hoạt tính rất lớn (9000 mg/L) nên làm tăng số lượng vi khuẩn Nitrosomonas và Nitrobacter, làm tăng khả năng chuyển hóa amoni. Ngoài ra, amoni còn có thể bị loại bỏ nhờ khả năng lọc rất tốt của màng lọc. Mặc dù hiệu suất chuyển hóa amoni cao nhưng nồng độ NH4+- N ở đầu ra còn cao (7,16 – 22,11 mg/L), điều này là do thời gian lưu chưa đủ dài để hệ vi sinh có thể chuyển hóa hoàn toàn lượng amoni. 3.3.3. Hiệu suất xử lý nitrat Hàm lượng nitrat và nitrit trong nước thải đầu vào rất nhỏ, chỉ khoảng < 0,6 mg/L. Nitrat, nitrit là sản phẩm trong quá trình chuyển hóa amoni. Kết quả phân tích chuyển hóa amoni thành nitrat trong bể hiếu khí được thể hiện trên Hình 3.5.
Hình 3.5. Diễn biến NO3--N theo thời gian Nhận thấy nitrat sau bể hiếu khí khá cao, dao động từ 70 – 150 mg/L. Nguyên nhân là do quá trình nitrat hóa xảy ra gần như hoàn toàn nên hầu hết amoni được chuyển hóa thành nitrat. Lượng NH4+-N đầu vào dao động 139,9 – 538,2 mg/L nên lượng NO3--N được hình thành cũng tương đương. Để xử lý nitrat cần môi trường thiếu khí. Do đó, nitrat đầu ra bể hiếu khí được tuần hoàn lại bể thiếu khí để thực hiện quá trình khử nitrat. Hiệu suất khử nitrat phụ thuộc vào tỷ lệ dòng tuần hoàn. Với tỷ lệ dòng tuẩn hoàn 300%, hiệu suất xử lý nitrat của hệ đạt được 40 – 72,5%. Theo lý thuyết, hiệu suất khử nitrat với tỷ lệ dòng tuần hoàn 300% có thể đạt được 75%. Như vậy kết quả đạt được trong thí nghiệm là có thể chấp nhận được. Kết quả đạt được cao là do nước thải chăn nuôi sử dụng trong nghiên cứu có tỷ số COD/NH4-N là 12,7 – 18,5 (>5). Khả năng khử nitrat thường được thể hiện ở tỷ số TCOD/TKN hoặc TCOD/NH4-N. Yêu cầu cân bằng hóa học cho quá trình khử nitrat là 2,86g O2/g NO3-. Chất hữu cơ cũng được tiêu thụ để tổng hợp sinh khối và hô hấp nội sinh trong quá trình khử nitrat. Do đó, tỷ số TCOD/ NH4+-N để có thể khử nitrat hoàn toàn bằng quá trình bùn hoạt tính đối với nước thải chăn nuôi là ≥ 5 [22]. Do đó, với nguồn nước thải này, hệ sinh học có thể xử lý hoàn toàn nitơ mà không cần bổ sung nguồn cacbon bên ngoài vào, giúp tiết kiệm chi phí hóa chất. 3.3.4. Hiệu suất xử lý PO43--P Khả năng xử lý PO43--P được biểu diễn trên Hình 3.6.
Hình 3.6. Diễn biến PO43--P qua các bể theo thời gian Quan sát trên đồ thị Hình 3.6 nhận thấy, nồng độ PO43--P đầu vào của nước thải chăn nuôi lợn dao động trong khoảng từ 24,7 – 47,7 mg/L. Hiệu suất xử lý PO43--P của hệ trong nghiên cứu đạt 79 – 91%, tương ứng đầu ra 3,1 – 7,6 mg/L, (trung bình 5,35 mg/L < 6 mg/L) đáp ứng tiêu chuẩn xả thải loại B của QCVN 40-2011/BTNMT. Hiệu suất xử lý PO43--P cao hơn một phần do cách bố trí các bể xử lý gồm có yếm khí, thiếu khí, hiếu khí và làm việc với nồng độ bùn cao; một phần quan trọng tạo nên sự khác biệt nữa đó chính là sử dụng màng lọc. Nhờ khả năng tách loại các hợp chất phôtpho cùng với các tạp chất khác rất tốt của màng lọc vi lọc nên làm giảm lương phôtpho đầu ra.
- Đặc tính nước thải đầu vào ảnh hưởng tới quá trình xử lý các chất ô nhiễm trong hệ xử lý như nồng độ chất chất ô nhiễm đầu vào, giá trị pH … - Trong quá trình vận hành hệ xử lý nước thải đầu vào cần đưa vào bể yếm khí có tác dụng giảm thiểu sự dao động các thông số ô nhiễm đầu vào cho hệ xử lý. Với việc bố trí hệ xử lý nhiều giai đoạn: yếm khi, thiếu khí, hiếu khí kết hợp màng lọc để xử lý nước thải chăn nuôi lợn giàu chất dinh dưỡng cho hiệu quả rất khả quan. Với thời gian lưu 4 ngày, hiệu quả xử lý COD, NH4+-N, NO3--N và PO43--P lần lượt là 85 – 92,8 %, 93,0% - 96,5%, 40 – 72,5%, và 79 – 91%. - Do đặc tính nước thải chăn nuôi chứa hàm lượng cặn lơ lửng cao, toàn bộ lượng cặn này sẽ đi vào bể yếm khí nếu không có giai đoạn tiền xử lý trước sinh học dễ xảy ra hiện tượng tắc nghẽn bể yếm khí. Vì vậy, chế độ vận hành yêu cầu khắt khe hơn, thời gian xả bùn bể yếm khí ngăn hơn (trung bình từ 10 đến 15 ngày) sẽ làm xáo trộn hệ VSV yếm khí, ảnh hưởng tới hiệu quả xử lý. Do đó, loại bỏ một phần SS, COD ở giai đoạn tiền xử lý là cần thiết. 3.3.5. Khả năng loại bỏ vi khuẩn sau màng vi lọc polyme Để đánh giá khả năng lọc vi sinh của màng lọc vi lọc, tiến hành lấy mẫu phân tích khảo sát nồng độ Coliforms với tần suất 2 ngày/lần. Kết quả thể hiện trong Bảng 3.5. Bảng 3.5. Mật độ Coliform trước và sau khi xử lý
Kết quả thể hiện trong Bảng 3.5 cho thấy, hiệu suất xử lý coliform sau màng vi lọc polyme đạt được rất cao từ 99,97 - 99,98% tương ứng đầu ra là 200 - 400 MPN/100 ml. Điều này được giải thích là do kích thước hạt bùn lớn hơn kích thước lỗ màng, toàn bộ bùn bị giữ lại trong bể hiếu khí. Chỉ tiêu vi sinh đạt tiêu chuẩn xả thải loại A QCVN 40:2011/BTNMT. Như vậy, một đặc điểm quan trọng của công nghệ MBR được thể hiện đó là màng lọc có khả năng loại bỏ các vi khuẩn gây bệnh. Màng lọc như một tấm rào cản cơ học đối với VSV nên không bị phụ thuộc vào chất lượng nước đầu vào. Trong dây chuyền công nghệ xử lý nước thải chăn nuôi áp dụng của đề tài này sẽ không có công đoạn khử trùng mà vẫn đảm bảo chỉ tiêu vi sinh của mẫu nước đầu ra đạt quy chuẩn hiện hành. 3.4. Khảo sát hiệu quả xử lý COD trong giai đoạn tiền xử lý keo tụ bằng phèn sắt kết hợp sinh học Do đặc điểm nước thải chăn nuôi lợn nhiều cặn lơ lửng và thành COD cao nên rất cần thiết phải có giai đoạn tiền xử lý mục đích để giảm tải lượng đầu vào hệ sinh học và tăng thời gian lưu của bùn yếm khí.
- Nước thải đầu vào sinh học: lọc sơ bộ, loại bỏ những loại cặn lớn bằng rây lọc kích thước lỗ 0,5 × 0,5 mm. Từ kết quả nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình keo tụ nước thải chăn nuôi bằng phèn sắt, lựa chọn điều kiện tiền xử lý như sau: - Xử lý keo tụ nước thải chăn nuôi đầu vào giảm 50% COD: nồng độ phèn sắt 600 mg/L, pH ~ 8; - Xử lý keo tụ nước thải chăn nuôi đầu vào tại điều kiện tối ưu: nồng độ phèn sắt 1000 mg/L, pH ~ 8.
- Vận hành giai đoạn xử lý sinh học: Nồng độ bùn hoạt tính 9000 mg/L; Thời gian lưu thủy lực 4 ngày; Thời gian lưu bùn 30 – 60 ngày; Dòng tuần hoàn so với dòng ra là 3:1; Năng suất lọc của màng: 12 L/m2.h [9]. - Số lượng mẫu: 04 tại các vị trí lần lượt là M1, M2, M3, M4 Hiệu suất xử lý COD của các thi nghiệm thể hiện trên Hình 3.7 như sau:
Hình 3.7. Hiệu suất xử lý COD giai đoạn hóa lý kết hợp sinh học Từ kết các kết quả Thí nghiệm 3, 4 và 5 có thể thấy rằng hiệu suất xử lý COD khi kết hợp thêm giai đoạn hóa lý cho hiệu suất cao hơn, ổn định hơn, COD đầu ra thấp hơn. Cụ thể, hiệu suất xử lý COD trong điều kiện keo tụ bằng phèn sắt 1000 mg/L là lớn nhất, đạt 96,9 – 98,25%. Khi tiền xử lý với nồng độ phèn sắt 600 mg/L, hiệu suất xử lý COD của hệ đạt 92,47 – 97,9%. Tuy nhiên, khi tiền xử lý với nồng độ chất keo tụ lớn sẽ làm cho phần lớn chất hữu cơ bị loại bỏ dẫn tới hiện tượng thừa NH4+, tỷ lệ C:N giảm gây ra hiện tượng ức chế vi sinh yếm khí, không tốt cho các giai đoạn sinh học. Tiền xử lý cần được áp dụng khi nước thải đầu vào có tải trọng ô nhiễm lớn quá sức chịu tải của hệ. Trong điều kiện vận hành thực tế, để giảm chi phí vận hành ta có thể sử dụng chất keo tụ ít hơn mà vẫn đảm bảo hiệu suất xử lý của giai đoạn sinh học là cần thiết. 3.5. Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình keo tụ ở giai đoạn xử lý tăng cường nước thải chăn nuôi lợn sau khi qua hệ thống sinh học kết hợp với lọc màng 3.5.1. Đặc tính nước thải sau hệ thống sinh học kết hợp lọc màng MBR Nước thải chăn nuôi lợn sau khi được xử lý qua hệ sinh học kết hợp màng lọc MBR có đặc điểm như trong Bảng 3.6. Bảng 3.6. Đặc điểm nước thải chăn nuôi lợn sau khi xử lý qua hệ sinh học kết hợp lọc màng MBR
Каталог: files -> ChuaChuyenDoi ChuaChuyenDoi -> ĐẠi học quốc gia hà NỘi trưỜng đẠi học khoa học tự nhiên nguyễn Thị Hương XÂy dựng quy trình quản lý CÁc công trìNH ChuaChuyenDoi -> TS. NguyÔn Lai Thµnh ChuaChuyenDoi -> Luận văn Cao học Người hướng dẫn: ts. Nguyễn Thị Hồng Vân ChuaChuyenDoi -> 1 Một số vấn đề cơ bản về đất đai và sử dụng đất 05 1 Đất đai 05 ChuaChuyenDoi -> Lê Thị Phương XÂy dựng cơ SỞ DỮ liệu sinh học phân tử trong nhận dạng các loàI ĐỘng vật hoang dã phục vụ thực thi pháp luật và nghiên cứU ChuaChuyenDoi -> TRƯỜng đẠi học khoa học tự nhiên nguyễn Hà Linh ChuaChuyenDoi -> ĐÁnh giá Đa dạng di truyền một số MẪu giống lúa thu thập tại làO ChuaChuyenDoi -> TRƯỜng đẠi học khoa học tự nhiêN ChuaChuyenDoi -> TRƯỜng đẠi học khoa học tự nhiên nguyễn Văn Cường tải về 0.49 Mb. Chia sẻ với bạn bè của bạn:
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
