TRƯỜng đẠi học khoa học tự nhiên nguyễn quang nam nghiên cứu nâng cao hiệu quả XỬ LÝ

Hình 3.8. Tính chất mang màu khác nhau của các chất humic

Trong quá trình nghiên cứu, quan sát thấy nước thải chăn nuôi đầu ra có màu vàng nâu đến nhạt dần, do đó loại bỏ nhóm hợp chất humic sẽ làm giảm độ màu và làm giảm COD.

3.5.2. Ảnh hưởng của pH

Tiến hành thí nghiệm như đã mô tả tai mục 2.3.3, chương 2, kết quả thu được thể hiện trên Hình 3.9:

Hình 3.9. Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất xử lý độ màu

Qua kết quả thí nghiệm thể hiện trên Hình 3.9 nhận thấy: ở khoảng pH từ 4 – 5 hiệu suất xử lý độ màu của phèn sắt là cao nhất (cao nhất tại pH ~ 4, hiệu suất đạt 78,18%). Trong khi đó, với phèn nhôm là ở khoảng pH từ 5 - 6 (cao nhất tại pH ~ 6, hiệu suất đạt 74,54%). Ở pH ~ 3, hiệu suất xử lý độ màu của cả phèn sắt và phèn nhôm đều thấp nhất. Khi tăng pH lên 5 - 7, hiệu suất xử lý màu của phèn sắt giảm đáng kể, nhưng ở dải pH từ 8 – 9, hiệu suất xử lý màu lại tăng dần lên. Đối với phèn nhôm, hiệu suất xử lý độ màu ở khoảng pH từ 7 – 9 thay đổi không đáng kể. Nguyên nhân của hiện tượng trên có thể là do sự thay đổi điện tích bề mặt các hạt keo trong môi trường pH khác nhau [10]. Nhìn chung, hiệu suất xử lý độ màu của phèn sắt và phèn nhôm không chênh lệch nhau nhiều.

Theo dõi pH sau khi xử lý nhận thấy thay đổi không đáng kể: cùng ở pH ~ 5, sau xử lý với phèn sắt pH ~ 5,03, với phèn nhôm pH ~ 4,95.

Hình 3.10. Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất xử lý COD

Quá trình keo tụ cũng làm giảm COD đáng kể. Ở khoảng pH từ 4 – 5, hiệu suất xử lý COD của phèn sắt là cao nhất, từ 62, 7 – 68,3%. Trong khi đó, ở phèn nhôm là 41, 6 – 48,4% tại khoảng pH từ 5 – 6. Hiệu suất xử lý COD của phèn sắt nhìn chung cao hơn so với phèn nhôm. Kết quả này cũng phù hợp với kết quả nghiên cứu của Ahamed Fadel Ashery và cộng sự (2010): hiệu quả loại bỏ chất hữu cơ của phèn nhôm tốt nhất tại pH ở khoảng 5 – 6. Khi pH tăng, các chất humic sẽ dễ ion hóa hơn bởi vì các nhóm carboxyl sẽ mất proton và điện tích dương trên chất keo tụ kim loại sẽ giảm [12]. Do đó, cần nồng độ chất keo tụ lớn hơn tại các giá trị pH cao hơn.

Như vậy, pH tối ưu của phèn sắt trong khoảng từ 4 đến 5, còn đối với phèn nhôm là pH trong khoảng 5 đến 6.

3.5.3. Ảnh hưởng nồng độ chất keo tụ

Tiến hành thí nghiệm ảnh hưởng nồng độ chất keo tụ lần lượt tại các pH tối ưu của các chất keo tụ thu được ở phần trên.

Thí nghiệm với nồng độ phèn sắt tăng dần từ 500 – 2000 mg/L ở pH ~ 4. Kết quả thu được thể hiện trên Hình 3.11.

Hình 3.11. Ảnh hưởng của nồng độ phèn sắt đến hiệu suất xử lý

Khi tăng nồng độ phèn sắt từ 500 – 1500 mg/L, hiệu suất xử lý độ màu và COD không tăng mà ngược lại còn giảm, tuy nhiên giảm không đáng kể. Nhìn chung, dải nồng độ phèn sắt từ 500 – 1500 mg/L, hiệu suất xử lý không chênh lệch nhau nhiều và hiệu suất xử lý độ màu cao hơn COD. Khi tăng nồng độ lên 2000 mg/L, hiệu suất xử lý đã tăng lên đáng kể, đặc biệt là về độ màu, đạt 80%, còn COD thì tăng nhẹ, đạt 60,3%, tương ứng đầu ra 100 Pt-Co và 146 mg/L.

Hình 3.12. Ảnh hưởng của nồng độ phèn nhôm đến hiệu suất xử lý

Khác với phèn sắt, khi tăng nồng độ phèn nhôm, hiệu suất xử lý độ màu và COD đều có xu hướng tăng. Khi tăng đến nồng độ 2000 mg/L, hiệu suất xử lý độ màu vẫn có xu hướng tăng, nhưng hiệu suất COD lại giảm. Tại nồng độ 2000 mg/L, hiệu suất xử lý độ màu đạt 78,18%, COD đạt 61,78%, tương ứng đầu ra 120 Pt-Co và 94 mg/L.

Nhìn chung, phèn sắt và phèn nhôm có hiệu quả trong việc loại bỏ độ màu và COD trong xử lý nước thải chăn nuôi lợn. Tại nồng độ chất keo tụ 2000 mg/L, chỉ tiêu độ màu và COD nước thải đã đạt tiêu chuẩn loại B QCVN 40:2011/BTNMT do bộ Tài nguyên môi trường quy định. Hiệu suất xử lý của 2 chất keo tụ không chênh lệch nhau nhiều, do đó lựa chọn phèn nhôm cho xử lý tăng cường nước thải đầu ra sau hệ MBR. Lý do lựa chọn là vì pH nước thải đầu ra của hệ MBR ở khoảng 7,8 – 8,5 sẽ tốn ít hóa chất để điều chỉnh về pH ~ 6. Và sau khi thêm hóa chất keo tụ vào, pH nước thải sẽ có thể giảm, tuy nhiên thay đổi không đáng kể, do đó sẽ không phải bổ sung hóa chất để nâng pH lên đạt tiêu chuẩn đầu ra loại B.

3.6. Đánh giá, so sánh hiệu quả và lựa chọn mô hình tối ưu xử lý nước thải chăn nuôi

Trên cơ sở nghiên cứu và phân tích các thí nghiệm xử lý nước thải chăn nuôi lợn, thực hiện so sánh và đánh giá ưu nhược điểm của từng giai đoạn từ đó đề xuất dây chuyền công nghệ phù hợp với điều kiện Việt Nam.

Bảng 3.7. Đánh giá ưu nhược điểm của các giai đoạn xử lý

Nước thải chăn nuôi lợn  Keo tụ với phèn sắt nồng độ 600 mg/L, pH = 8 Yếm khí  Thiếu khí  Hiếu khí kết hợp lọc màng  Keo tụ với phèn nhôm nồng độ 2000 mg/L, pH = 6 môi trường

Dây chuyền công nghệ xử lý nước thải lựa chọn đáp ứng đầy đủ các yếu tố: chi phí đầu tư xây dựng không cao, chi phí vận hành thường xuyên thấp, thỏa mãn các tiêu chuẩn về môi trường đối với ngành chăn nuôi. Tuy nhiên, cần phải có thêm các khảo sát tính toán cho phù hợp với điều kiện của từng trang trại.

3.7. Sơ bộ đánh khả năng áp dụng trong thực tế

Hệ xử lý có thiết kế nhỏ gọn, do không cần bể lắng cấp hai và bể khử trùng dẫn đến giảm chi phí xây dựng cơ bản và giải phóng mặt bằng, hệ quả là giảm phí thời gian không xác định, tăng hiệu quả kinh tế.

Do mật độ sinh khối trong bồn phản ứng cao tới 1 - 1,5% nên một mặt năng xuất xử lí tăng khoảng 5 - 7 lần so với BHT, điều này đồng nghĩa với việc giảm khối tích và chi phí xây dựng, chi phí mặt bằng như đã nêu; mặt khác cho phép lưu bùn lâu và phân huỷ bùn ngay trong bể phản ứng dẫn đến giảm lượng và chi phí xử lí bùn thải.

Tăng cường chất lượng nước ra tới mức cao nhất hiện nay, đặc biệt về khía cạnh các chỉ tiêu vi sinh, điều này cho phép tái sử dụng nước xử lí để giảm thiểu chi phí nước sạch cho các mục đích công cộng như tưới cây, rửa phố, rửa xe ...

Công nghệ dễ dàng được triển khai dưới dạng modul cho công suất không hạn chế với chế độ tự động hoá hợp lý, giảm thiểu sự phụ thuộc vào người vận hành, dễ dàng mở rộng công suất.

KẾT LUẬN

1. Nước thải chăn nuôi lợn lấy tại xóm Múi – xã Bích Hòa – huyện Thanh Oai – Hà Nội có đặc điểm COD, nitơ, phốtpho, Coliform… cao gấp nhiều lần so với quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp (QCVN 40:2011/BTNMT), cột B: TSS cao gấp 80 - 300 lần; COD gấp 20 - 60 lần; BOD₅ gấp 40 – 70; NH₄⁺-N cao gấp 10 - 50 lần; T-P cao gấp 10 - 20 lần; Coliform cao gấp 190 – 250 lần.

2. Tiền xử lý nước thải chăn nuôi bằng chất keo tụ phèn sắt với nồng độ từ 600 đến1000 mg/L cho hiệu quả xử lý COD, SS cao, ổn định chất lượng nước đầu vào giai đoạn sinh học và ít độc với vi sinh. Đã lựa chọn điều kiện vận hành giai đoạn tiền xử lý với nồng độ phèn sắt là 600 mg/L, tại pH 8 loại bỏ một phần chất hữu cơ, SS, giảm tải cho hệ xử lý sinh học tiếp theo, nhưng vẫn đảm bảo tỷ lệ COD/NH₄⁺-N > 5. Kết quả cho thấy, nước thải chăn nuôi lợn sau khi tiền xử lý bằng chất keo tụ phèn sắt Fe₂(SO₄)₃, nồng độ 600 mg/L, pH 8 đưa vào hệ sinh kết hợp màng lọc MBR cho hiệu quả loại bỏ COD cao hơn là 92,7 -97,9%.

3. Việc bố trí hệ xử lý sinh học nhiều giai đoạn: yếm khí, 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. Hiệu quả xử lý COD, NH₄⁺-N, NO₃^--N, PO₄^3--P và Coliform lần lượt là: 85 - 92,8%; 93,0 - 96,5%; 40 - 72,5%; 79 - 91% và 99,97 - 99,98%.

4. Xử lý tăng cường bằng phương pháp keo tụ với phèn nhôm và phèn sắt ở nồng độ 2000 mg/L, nước thải đầu ra đã đáp ứng được các tiêu chuẩn độ màu và COD theo QCVN 40:2011/BTNMT, cột B. Lựa chọn phèn nhôm cho giai đoạn xử lý tăng cường do đáp ứng được tiêu chuẩn nước thải đầu ra và tiết kiệm chi phí hóa chất.

5. Đã đề xuất dây chuyền công nghệ xử lý nước thải chăn nuôi lợn: Nước thải chăn nuôi lợn  Keo tụ với phèn sắt nồng độ 600 mg/L, pH ~ 8 Yếm khí  Thiếu khí  Hiếu khí kết hợp lọc màng  Keo tụ với phèn nhôm nồng độ 2000 mg/L, pH ~ 6 môi trường.

KHUYẾN NGHỊ

1. 
   Cần nghiên cứu thêm hiệu quả xử lý nước thải chăn nuôi bằng các chất keo tụ khác. Ảnh hưởng cụ thể của từng chất keo tụ đến giai đoạn sinh học.
   
2. 
   Cần nghiên cứu cụ thể sâu hơn đánh giá đặc tính nước thải đầu vào đến quá trình xử lý sinh học: nồng độ chất ô nhiễm trong nước thải đầu vào ảnh hưởng tới thời gian lưu; nhiệt độ, pH, hóa chất…ảnh hưởng đến quá trình xử lý sinh học.
   
3. 
   Nghiên cứu hiệu quả xử lý nước thải chăn nuôi trong giai đoạn sinh học với các kỹ thuật phản ứng khác nhau.
   

TÀI LIỆU THAM KHẢO

HÌNH ẢNH TRONG QUÁ TRÌNH THÍ NGHIỆM

(a) (b)

Hình 3. Lấy mẫu nước thải chăn nuôi tại hộ gia đình xóm Múi xã Bích Hòa– huyện Thanh Oai – Hà Nội.