(Luận văn thạc sĩ) nghiên cứu xử lý nitơ và phốtpho trong nước thải chăn nuôi lợn bằng hệ bùn hoạt tính aao cải tiến

ÐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ÐẠI HỌC NÔNG LÂM - ĐÀO THỊ ÁNH DƯƠNG Tên đề tài: “NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NITƠ VÀ PHỐTPHO TRONG NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI LỢN BẰNG HỆ BÙN HOẠT TÍNH AAO CẢI TIẾN” KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Hệ đào tạo Chun ngành Khoa Khóa học : Chính quy : Khoa học môi trường : Môi trường : 2013 - 2015 Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS Đỗ Thị Lan Khoa Môi trường - Trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên Thái Nguyên, năm 2014 n LỜI CẢM ƠN Trong thời gian thực tập làm khóa luận tốt nghiệp, cố gắng, nỗ lực thân em nhận nhiều giúp đỡ từ gia đình, bạn bè, tận tình bảo thầy cô giáo cán khoa học công tác Trung tâm nghiên cứu Công nghệ Môi trường Phát triển Bền vững (CETASD)- Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội Trước tiên em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới TS Lê Văn Chiều Trưởng Phịng Cơng nghệ Trung tâm nghiên cứu Công nghệ Môi trường Phát triển Bền vững (CETASD) - người dìu dắt giúp đỡ em bước tiên tận tình hướng dẫn suốt thời gian em làm khóa luận Bên cạnh đó, em xin gửi lời cảm ơn đến tồn thể cán cơng tác Phịng Cơng nghệ - Trung tâm nghiên cứu Công nghệ Môi trường Phát triển Bền vững (CETASD) đặc biệt Ths Nguyễn Trường Quân, Nguyễn Việt Hà, Nguyễn Thị Trang Võ Thị Thanh Tâm người trực tiếp hướng dẫn, bảo tận tình tạo điều kiện thuận lợi suốt thời gian em làm việc Em xin chân thành cảm ơn tới PGS.TS Đỗ Thị Lan thầy cô khoa Môi trường - Trường Đại học Nông lâm Thái Nguyên - Đại học Thái Nguyên người không mang đến cho em niềm đam mê mà truyền đạt cho em nhiều kiến thức bổ ích, tận tình giúp đỡ cho em năm học tập rèn luyện trường Cuối em xin cảm ơn đến gia đình bạn bè, người ln tin tưởng cổ vũ cho em suốt thời gian qua, để em hồn thành tốt đề tài Em xin chân thành cảm ơn ! Sinh viên ĐÀO THỊ ÁNH DƯƠNG n DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1 Một số đặc trưng vận hành hệ thống xử lý sinh học Bảng 2.2 Hợp chất photpho khả chuyển hóa Bảng 3.1 Chất lượng nước thải dự kiến đưa vào hệ pilot để khảo sát 23 Bảng 4.1 Thành phần nước thải trại lợn sau pha loãng 26 Bảng 4.2 Tổng hợp kết khảo sát hệ xử lý AAO cải tiến 40 n DANH MỤC HÌNH Hình 2.1 Một số cấu trúc điển hình màng vi sinh (dạng xếp lớp, dạng hình nấm, dạng hợp lưu dạng lông mao; kể từ xuống, từ trái sang phải) 11 Hình 2.2 Vật liệu mang xốp dạng khối lập phương hình a (sản phẩm thương phẩm nghiên cứu), hình b (sản phẩm Hàn Quốc) 15 Hình 2.3 Sơ đồ cơng nghệ theo kỹ thuật màng vi sinh tầng chuyển động 15 Hình 2.4 Sơ đồ công nghệ theo kỹ thuật màng vi sinh tầng tĩnh 15 Hình 3.1 Mơ tả ngun lý hoạt động 21 Hình 4.1 Diễn biến COD chế độ thời gian lưu (HRT) = 24 27 Hình 4.2 Diễn biến tổng N chế độ thời gian lưu (HRT) = 24 28 Hình 4.3 Diễn biến NH4+ chế độ thời gian lưu (HRT) = 24 29 Hình 4.4 Diễn biến NO3- chế độ thời gian lưu (HRT) = 24 30 Hình 4.5 Diễn biến octophotphat tổng P chế độ HRT = 24 30 Hình 4.6 Hiệu suất xử lý thành phần N P chế độ HRT = 24 31 Hình 4.7 Diễn biến COD chế độ thời gian lưu (HRT): 36 giờ, Qr = 7,2 m3/h 32 Hình 4.8 Diễn biến N tổng chế độ thời gian lưu (HRT): 36 giờ, Qr = 7,2 m3/h 33 Hình 4.9 Diễn biến NH4+ chế độ thời gian lưu tổng số (HRT): 36 giờ, Qr = 7,2 m3/h 33 Hình 4.10 Diễn biến NO3- chế độ HRT: 36 giờ, Qr = 7,2 m3/h 34 Hình 4.11 Diễn biến octophotphat P tổng chế độ HRT: 36 giờ, Qr = 7,2 m3/h 35 Hình 4.12 Hiệu suất xử lý thành phần N P chế độ thời gian lưu tổng số (HRT): 36 giờ, Qr = 7,2 m3/h 35 Hình 4.13 Diễn biến COD chế độ thời gian lưu tổng số (HRT): 36 giờ, có vật liệu xốp PU 36 Hình 4.14 Diễn biến N tổng chế độ thời gian lưu tổng số (HRT): 36 giờ, có vật liệu xốp PU 37 n Hình 4.15 Diễn biến NH4+ chế độ HRT: 36 giờ, có vật liệu xốp PU 38 Hình 4.16 Diễn biến NO3- chế độ HRT: 36 giờ, có vật liệu xốp PU 38 Hình 4.17 Diễn biến otophotphat P tổng chế độ thời gian lưu tổng số (HRT): 36 giờ, có vật liệu xốp PU 39 Hình 4.18 Hiệu suất xử lý thành phần N P chế độ thời gian lưu tổng số (HRT): 36 giờ, có vật liệu xốp PU 40 Hình 4.19.Thiết lập quan hệ tải lượng suất xử lý 42 n DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT AAO BOD BTNMT COD CODt CODht HSXL HRT PAO Anaerobic - anoxic - oxic Biochemical Oxygen Demand Chemical Oxygen Demand Hydrcalic Residence time Polyphosphate Accumulatin Organisms QCVN NSXL T-N T-P TSS Yếm khí - thiếu khí - hiếu khí Nhu cầu oxi sinh hóa Bộ tài ngun mơi trường Nhu cầu oxi hóa học COD tổng COD hịa tan Hiệu suất xử lý Thời gian lưu Vi khuẩn tích lũy photpho Quy chuẩn Việt Nam Năng suất xử lý Tổng số nito Tổng số photphat Tổng chất rắn lơ lửng n MỤC LỤC PHẦN 1: MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Mục tiêu nghiên cứu 1.3 Mục đích nghiên cứu 1.4 Ý nghĩa đề tài 1.4.1 Ý nghĩa học tập nghiên cứu khoa học 1.4.2 Ý nghĩa thực tiễn sản xuất PHẦN 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1 Các sở nghiên cứu đề tài 2.1.1 Nước thải giàu N, P 2.1.2 Xử lý hợp chất N 2.1.3 Xử lý hợp chất P 2.1.4 Xử lý đồng thời hợp chất vô 2.1.5 Xử lý thành phần chứa N, P công nghệ vi sinh 2.1.6 Công nghệ màng vi sinh 10 2.2 Tình hình nghiên cứu nước 16 2.2.1 Tình hình nghiên cứu giới 16 2.2.2 Tình hình nghiên cứu nước 17 PHẦN 3: ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 20 3.1 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 20 3.1.1 Đối tượng nghiên cứu 20 3.1.2 Phạm vi nghiên cứu 20 3.2 Địa điểm thời gian tiến hành 20 3.2.1 Địa điểm tiến hành 20 3.2.2 Thời gian tiến hành 20 3.3 Nội dung nghiên cứu 20 3.4 Phương pháp nghiên cứu 21 3.4.1 Phương pháp bố trí thí nghiệm 21 n 3.4.2 Phương pháp thực nghiệm 24 3.4.3 Các phương pháp phân tích 24 3.4.4 Các phương pháp thu thập số liệu 25 PHẦN 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 26 4.1 Diễn biến thành phần nước thải 26 4.2 Đánh giá chế độ 27 4.2.1 Chế độ thời gian lưu nước 24h, Qr = 7,2 m3/ h 27 4.2.2 Chế độ thời gian lưu nước 36 giờ, Qr = 7,2 m3/h 31 4.2.3 Chế độ thời gian lưu nước 36 giờ, có vật liệu xốp PU gắn biofilm 36 4.3 Mối quan hệ suất xử lý tải lượng 41 PHẦN 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 43 5.1 Kết luận 43 5.2 Kiến nghị 43 TÀI LIỆU THAM KHẢO 44 I Tài liệu tiếng Việt 44 II Tài liệu tiếng Anh 45 PHỤ LỤC n PHẦN 1: MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề Cùng với phát triển xã hội, vấn đề ô nhiễm môi trường ngày trở nên đáng báo động, có vấn đề nhiễm nước Tác nhân gây ô nhiễm môi trường nước chất có khả chuyển hố thành chất khác chất bền tác động đến cân sinh thái môi trường nước nhận Rất nhiều hợp chất gây nhiễm nước thải có khả chuyển hố cao mơi trường nước tự nhiên thơng qua phản ứng hố học, sinh hố, quang hoá tác động đến cân sinh thái môi trường Thành phần gây ô nhiễm nước thải, xét khía cạnh tác động gây hại giải pháp cơng nghệ xử lý, chia thành ba nhóm chính: chất hữu có khả sinh hủy, thành phần dinh dưỡng loại hợp chất hóa học cần đặc biệt quan tâm Nitơ photpho hai nguyên tố sống, có mặt tất hoạt động liên quan đến sống nhiều ngành nghề sản xuất công nghiệp, nơng nghiệp Hợp chất hố học chứa nitơ, photpho gọi thành phần dinh dưỡng phạm trù nước thải đối tượng gây ô nhiễm trầm trọng cho môi trường Tác dụng xấu nước thải lên môi trường người nhận biết từ lâu ln tìm cách hạn chế Kỹ thuật hay cơng nghệ xử lý nước thải đặc trưng trình độ phát triển qua giai đoạn: xử lý sơ cấp, thứ cấp bậc ba (phương pháp tiên tiến) Rất nhiều giải pháp kỹ thuật sử dụng để xử lý nước thải sử dụng điều kiện khác kỹ thuật huyền phù, cố định vi sinh chất mang, kỹ thuật bùn hoạt tính, đĩa quay, lọc nhỏ giọt, tầng cố định, tầng giãn nở, tầng linh động (lưu thể) tổ hợp (lai ghép) kỹ thuật Mỗi phương pháp kỹ thuật có ưu, nhược điểm riêng Xử lý thành phần gây nhiễm nước thải địi hỏi mức độ phát triển công nghệ khác Việc xử lý mức độ khó chi phí tốn việc xử lý chất thải chứa thành phần chứa chất dinh dưỡng hay hợp n chất hoá học đặc biệt nêu Nhận biết mức độ gây hại thành phần dinh dưỡng nước thải, vào thập kỷ 90, loạt nước công nghiệp đề chiến lược qui định kiểm soát yếu tố Công nghệ xử lý nước thải phát triển hoàn thiện sở thành tựu khoa học, kỹ thuật nhằm hạ giá thành xây dựng vận hành hệ thống xử lý nước thải nâng cao chất lượng nước sau xử lý Tuy nhiên việc xử lý nước thải nói chung nước thải giàu N, P nói riêng theo hướng áp dụng kỹ thuật sinh học trọng phát triển mạnh thời gian gần chúng có tính bền vững, thích nghi với nhiều điều kiện tự nhiên Từ lý em lựa chọn thực đề tài: “Nghiên cứu xử lý nitơ phốtpho nước thải chăn ni lợn hệ bùn hoạt tính AAO cải tiến” 1.2 Mục tiêu nghiên cứu - Đánh giá chế độ vận hành hệ xử lý phối hợp đồng thời nitơ phốtpho hệ thí nghiệm quy mơ phịng thí nghiệm, đánh giá ảnh hưởng thời gian lưu, tải lượng đến khả xử lý N P - Thiết lập quan hệ tải lượng hữu - suất xử lí N P, nhằm đưa giá trị thông số thiết kế áp dụng cho hệ thống qui mơ lớn thực tiễn 1.3 Mục đích nghiên cứu Đánh giá số liệu, hiệu chỉnh vận hành phù hợp; đề xuất hiệu chỉnh cho quy trình tổng thể hợp xử lý nước thải giàu N, P Đánh giá hiệu kinh tế đề tài 1.4 Ý nghĩa đề tài 1.4.1 Ý nghĩa học tập nghiên cứu khoa học + Vận dụng kiến thức học + Nâng cao tay nghề 1.4.2 Ý nghĩa thực tiễn sản xuất Ý nghĩa thực tiễn việc áp dụng công nghệ sinh học xử lý nước thải vô quan trọng đời sống Vừa mang lại lợi ích cho kinh n 39 Nitrat giai đoạn hiếu khí tăng lên đến 40-53,4 mgN/l cho hiệu suất oxi hóa amoni 92,2% Nồng độ nitrat ngăn thiếu khí giảm xuống 18-26 mgN/l q trình đề-nitrat hóa giai đoạn thiếu khí cho hiệu suất khử nitrat 52% Hiệu suất khử nitrrat chế độ thí nghiệm có giá trị cao so với chế độ Do tác dụng vật liệu mang PU tạo điều kiện tốt cho trình khử nitrat vi sinh thấm sâu vào khối vật liệu xốp - nơi có điều kiện thiếu khí có lợi cho q trình khử (hình 4.16) Hình 4.17 Diễn biến otophotphat P tổng chế độ thời gian lưu tổng số (HRT): 36 giờ, có vật liệu xốp PU Giá trị P tổng trung bình nước thải đầu vào khoảng 35,0 mgP/l, P tổng hịa tan 24,4 mgP/l, octophophat 14,1 mgP/l.Trong ngăn yếm khí, q trình giải phóng octophotphat vi sinh PAO bùn hoạt tính nâng giá trị lên 30,7 - 44,2 mgP/l tức gấp 2,6 lần Nồng độ octophotphat P tổng sau ngăn hiếu khí cịn lại tương ứng 8,3 6,4 mgP/l cao giá trị tiêu chuẩn QCVN 40: 2011 P tổng nước thải môi trường loại B (6 mgP/l) Do vi sinh PAO bị vật liệu PU giữ lại khơng ln chuyển ngăn yếm khí - hiếu khí Do q trình giải phóng - tích lũy octophotphat vi sinh khơng thực thuận lợi (hình 4.17) n 40 Hình 4.18 Hiệu suất xử lý thành phần N P chế độ thời gian lưu tổng số (HRT): 36 giờ, có vật liệu xốp PU Nhìn chung giá trị trung bình chế độ khảo sát thu được: hiệu suất loại bỏ COD 91,8%, hiệu suất oxi hóa amoni 92,2% hiệu suất xử lý N 92,2% P 75,8% (hình 4.18) Bảng 4.2 Tổng hợp kết khảo sát hệ xử lý AAO cải tiến Chế độ HS oxi HS COD, T-N, t, T-P, t COD, T-N, ht T-P, ht HS HS TS, hóa khử t, vào vào vào ht ra COD XL P (mg/l) NH4+ N (mg/l) (mgN/l) (mgP/l) (mg/l) (mgN/l) (mgP/l) (%) (%) (%) (%) HRT: 24 1039 240,5 22,4 249,1 55,1 9,2 136,6 75,9 85,3 77,1 58,7 HRT: 36 1522 340,7 34,8 154,1 39,5 6,4 135,2 89,8 93,2 88,3 81,6 HRT: 36 giờ, có PU biofilm 1533 341,6 35,0 126,3 26,8 8,4 34,9 91,8 92,2 92,2 75,8 Các kết bảng 4.2 cho thấy hệ xử lý đồng thời N P hệ AAO cải tiến: n 41 • Khi tăng dần thời gian lưu tổng số từ 24h lên 36h giữ nguyên lưu lượng tuần hoàn hỗn hợp nước bùn từ bể thiếu khí sang bể hiếu khí cho thấy hiệu xử lý COD, N P tăng lên, thông số đầu COD, tổng Nitơ tổng P gần đạt giá trị tiêu chuẩn QCVN 40:2011 nước thải mơi trường loại B • Khi sử dụng vật liệu xốp PU gắn vi sinh cải thiện cho hiệu suất xử lý COD, hiệu suất khử N tăng hiệu suất q trình đề-nitrat hóa • Hiệu xử lý P chưa cao (75,8%) sử dụng vật liệu 4.3 Mối quan hệ suất xử lý tải lượng Tải lượng thông số quan trọng việc đánh giá khả chịu đựng hệ xử lý Nếu vận hành hệ thống vi sinhở tải lượng cao, nước sau xử lý không đạt tiêu chuẩn quy định Tải lượng thể tích (tải lượng COD, Nitơ tính cho đơn vị thể tích hữu ích bể xử lý) tính theo cụng thc: Trong ú: COD vào ì Q ì 10 −3 TK = V - TK: tải lượng thể tích (COD/m3 ngày), (N/m3.ngày) N × Q × 10 −3 - Q: Lưu lượng nước thải vào hệ (m3/ngày) TK = vao V - V: Thể tích bể phản ứng (m3); - CODvào, Nvào: Giá trị COD Nitơ đầu vào (g/m3); Năng suất xử lý hệ tính theo cụng thc: (CODvào CODra ) ì 10 Trong đó: η (COD) = η (N ) = θ ( N vao − N ) × 10 θ −3 - η(COD): COD/m3.ngày) suất xử lý (kg - η(COD): suất xử lý (kg N/m3.ngày) - θ: thời gian lưu nước (ngày) θ = V Q Dựa giá trị COD trước sau xử lý, xác định tải lượng suất xử lý hệ thống (hình 4.19) n 42 Hình 4.19.Thiết lập quan hệ tải lượng suất xử lý Từ hình 4.19 cho thấy tăng tải lượng COD vào hệ từ 0,90 lên tới 6,60 kg COD/m3/ngày suất xử lý tăng từ 0,72 lên tới 5,20 kgCOD/m3/ngày Tải lượng tăng từ 0,90 đến 6,05 kgCOD/m3/ngày suất xử lý tăng từ 0,72 đến 5,04 kg/m3/ngày tuyến tính với Khi tải lượng tăng từ 6,05 kg/m3/ngày lên giá trị 6,60 kg/m3/ngày suất có tăng khơng cịn tuyến tính COD đầu vượt tiêu chuẩn nước thải chăn nuôi quy định Năng suất hệ đạt 5,04 kg/m3/ngày giá trị tải lượng 6,05 kgCOD/m3/ngày (hình 4.19) Khi tiếp tục tăng giá trị tải lượng đầu vào suất hệ có xu hướng khơng tăng đạt bão hồ, điều lý giải tải lượng lớn vượt khả xử lý vi sinh hệ n 43 PHẦN 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 5.1 Kết luận - Hệ bùn hoạt tính cải tiến có khả xử lý N P nước thải ô nhiễm cao Đã tiến hành khảo sát với nồng độ COD, N, P tăng dần với chế độ thay đổi thời gian lưu, lưu lượng dịng tuần hồn áp dụng vật liệu mang xốp PU (2cm x 2cm x 2cm) với tỉ lệ 20% thể tích Khi sử dụng vật liệu mang gắn vi sinh tăng hiệu suất xử lý COD Nước thải sau xử lý gần đạt tiêu chuẩn loại B thuộc QCVN 40:2011/BTNMT tiêu COD, N P - Khảo sát hệ bùn hoạt tính từ 24 lên 36 giữ nguyên lưu lượng, hiệu suất xử lý COD (89,8%), N (88,3%), P (81,6%) cho thấy 36 hiệu suất xử lý tốt - Khảo sát nồng độ N-NH4+ đầu vào hiệu xử lý N-NH4+ nồng độ 250 mgN/L tốt - Khi sử dụng vập liệu xốp mang PU cho kết hiệu suất xử lý COD (91,8%) tổng N (92,2%) tăng lên, hiệu suất xử lý tổng P (75,8%) sử dụng vật liệu chưa cao - Năng suất xử lý COD đạt 5,04 kg/m3 giá trị tải lượng đầu vào đạt 6,05 kg/m3 5.2 Kiến nghị - Tiếp tục nghiên cứu chế độ HRT khác nhau: 48, 60h - Tiếp tục khảo sát thay đổi thông số COD, tiêu tổng nito, tổng photpho đầu vào khác - Thay đổi nồng độ đầu vào N-NH4+ nồng độ khác - Thay đổi vật liệu mang PU kích thước khác nhau: 1x1x1, 4x4x4 cm - Cần nghiên cứu thêm yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất xử lý hệ như: nhiệt độ, pH, độ kiềm, tốc độ bơm, tỉ lệ chất dinh dưỡng cho vi sinh, mật độ bùn cấp cho hệ n 44 TÀI LIỆU THAM KHẢO I Tài liệu tiếng Việt Lê Văn Cát (2007), Xử lý nước thải giàu hợp chất nitơ Phốtpho, NXB Khoa học tự nhiên Công nghệ Hà Nội Lê Văn Cát (2012), Nghiên cứu ứng dụng vật liệu mang xử lý nước thải, cơng trình nghiên cứu Viện Khoa học Việt Nam Lê Văn Cát, Phạm Thị Hồng Đức (2009) “Nghiên cứu tái sử dụng nước nuôi giống thủy sản nhằm mục đích kiểm sốt nhiễm mơi trường phát triển bền vững” Hội nghị nuôi trồng thủy sản Việt Nam Australia Nha Trang Lê Văn Chiều (2012), Báo cáo xử lý nước thải chăn nuôi giàu N, P Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội Hoàng Phương Hà 2009 Nghiên cứu vi khuẩn nitrat hóa để ứng dụng công nghệ xử lý nước ô nhiễm amoni Luận án tiến sĩ Nguyễn Thị Hoa Lý (1994), “Nghiên cứu tiêu nhiễm bẩn chất thải chăn nuôi heo tập trung áp dụng số biện pháp xử lý” Luận án tiến sỹ khoa học Nơng nghiệp, Đại học Nơng lâm TP Hồ Chí Minh Trần Đình Minh (2013) ‘Nghiên cứu xử lý Nito Photpho nước có tải lượng nhiễm cao hệ bùn hoạt tính cải tiến’ Luận văn thạc sĩ khoa học môi trường, Đại học Khoa hoc Tự nhiên, Đại học quốc gia Hà Nội Ngô Kế Sương Nguyễn Lân Dũng (1997), Sản xuất khí đốt (biogas) kỹ thuật lên men kỵ khí, trang 20-48 NXB Nông nghiệp QCVN40:2011/BTNMT-Quy Chuẩn kĩ thuật quốc gia nước thải công nghiệp n 45 II Tài liệu tiếng Anh 10 C.E Benjamin, S.D Schwarz, T.T Theodore, (2001) “A bioflter network model importance of the pore structure and other large-scale heterogeneities” Chemical Engineering Science 56: p 475-483 11 Gaul T, Filipov E, Schlosser N, Kunst S and Helmer-Madhok C, 2002 Balancing of nitrogen conversion in deammonifying biofilms through batch tests and GC/MS Water Scien Technol 46: 157-62 12 Mecalf & Eddy: “Wastewater engineering”, 2005; Seabloom R.W.et al., (2003): Constructed Wetland University of Washington: 1-31 13 M Morikawa, (2006) Review: “Beneficial biofilm formation by industrial bacteria Bacillus substilis and related species”, Journal of Bioscience and Biotechnology 101(1): p 1-8 14 Mulder, (2003) “The quest for sustainable nitrogen technologies” Wat Sci Technol Vol 48, No 1, p 67-75 15 S Sirianuntapiboon, S Yommee, (2006) “Application of a new type of moving bio-film in aerobic sequencing batch reactor (aerobic-SBR)” Journal Environmental Management 78: p 149-156 16 S Sirianuntapiboon, S Yommee, (2006) “Application of a new type of moving bio-film in aerobic sequencing batch reactor (aerobic-SBR)” Journal Environmental Management 78: p 149-156 17 S Andersson, (2009) “Characterization of bacterial biofilms for wastewater Treatment School of Biotechnology”, Royal Institute of Technology (KTH), Sweden 18 Y.X Chen, J Yin, K Wang, (2005) “Long-term operation of biofilters for biological removal of ammonia” Chemosphere 58: p 1023-1030 n PHỤ LỤC Qui trình phân tích COD * Nguyên tắc COD 600 xác định theo phương pháp bicromat Theo phương pháp mẫu đun hồi lưu 2h 1.500oC với K2Cr2O7 môi trường axit đặc có Ag2SO4 làm xúc tác (Ag2SO4 dùng để thúc đẩy q trình oxi hóa hợp chất hữu có phân tử lượng thấp) theo phản ứng: Ag2SO4 Cr2O7 + 14 H+ + 6e Cr 3+ + H2O Nếu nước có hàm lượng Cl- cao (> = 300 mg/l) xảy phản ứng sau: + Cr3+ + H2O Cr2O7 + Cl- + 14 H+ Điều cản trở trình xác định COD, để tránh ảnh hưởng ion người ta thêm HgSO4 để tạo phức Cl- Ngồi ảnh hưởng Clcịn phải kể tới ảnh hưởng NO2-, nhiên lượng NO2- từ 1-2 mg/L ảnh hưởng NO2- khơng đáng kể, để loại bỏ ảnh hưởng cần thêm lượng axitsufamic với tỉ lệ 10mg/ 1mg NO2* Hóa chất Pha hỗn hợp phản ứng: sấy K2Cr2O7 1050C 2h Cân xác 10,216 g K2Cr2O7 sấy khơ đem hịa tan, thêm 167 ml dung dịch H2SO4 đặc 33,3 g HgSO4, để nguội định mức đến 1000 ml Pha thuốc thử axit: pha theo tỉ lệ 4,.96g Ag2SO4 500 ml H2SO4, dùng từ để khuấy cho Ag2SO4 tan hết * Tiến hành làm đường chuẩn Sấy khơ lượng kaliphtalat 1200C Cân xác 850 mg kaliphtalat hòa tan nước cất định mức thành 1.000 ml, dung dịch chưa 1.000 mg O2 /L Chuẩn bị dãy dung dịch chuẩn gồm điểm có nồng độ tương ứng mg O2/ l, 20 mg O2/l, 50 mg O2/l, 100 mg O2/ l, 200 mg O2/l, 500 mg O2 /L Thêm 1,5 ml hỗn hợp phản ứng vào dãy dung dịch chuẩn Thêm 3,5 ml thuốc thử axit vào dãy chuẩn Lắc đem phá mẫu 2h 1500C n Để nguội đem đo bước sóng 600 nm ĐƯỜNG CHUẨN COD 600 y = 2630.2x NONG DO 500 R = 0.9989 400 Series1 300 Linear (Series1) 200 100 0 0.05 0.1 0.15 ABS 0.2 0.25 Đường chuẩn COD * Tiến hành xác định COD 600 mẫu bồn thực vật Bước 1: Cho vào ống phá mẫu 2,5 ml mẫu nước bồn thực vật (chú ý làm song song mẫu lọc không lọc cho mẫu bồn) Bước 2: Thêm tiếp 1,5 ml hỗn hợp phản ứng Bước 3: Thêm tiếp 3,5 ml dung dịch thuốc thử axit Bước 4: Lắc đun hồi lưu vòng 2h máy phá mẫu 120 oC Bước 5: Lấy để nguội đem đo bước sóng 600 nm * Tính tốn COD mẫu nước bồn thực vật Tính giá tri COD mẫu nghiên cứu dựa vào đường chuẩn: y = 2* 2630 x * D (R2 = 0.9989) y:nồng độ COD mẫu phân tích (mg O2/l) x:độ hấp thụ quang mẫu D: độ pha lỗng Qui trình phân tích amoni *Nguyên tắc Amoni phản ứng với hypochloride với có mặt hợp chất indo phenol màu xanh đậm.Đo màu bước sóng 640 nm.Giới hạn phát > 0.1 mg / l N- NH4+ * Dụng cụ: ống thủy tinh chịu nhiệt làm amoni, pipet tự động loại ml, giá đựng mẫu, cốc thủy tinh, bếp điện, nước đá * Hóa chất:Hypochloride, NaOH, NaOCl 0,1 %, phenol, nitro prusside * Pha hóa chất: n Pha hypochloride: cân 15g NaOH khan , thêm 500 ml NaOCl 0,1 %, sau định mức thành 1000 ml nước deion Dung dịch phenol sodium nitroprusside: 5g phenol 0,025 g nitroprusside pha nước đeion định mức tới 500 ml * Xây dựng đường chuẩn: Pha dung dịch chuẩn: sấy NH4Cl tinh khiết phân tích 1030C 3h, sau cho vào bình hút ẩm để nguội 15 phút đem cân Cân 3,819 g NH4Cl hòa tan định mức đến 1000 ml nước deion, dung dịch có nơng độ 1.000mg/l Chuẩn bị dung dịch có nồng độ N- NH4+ 1mg/l (khơng pha lỗng q 100 lần) Lập đường chuẩn với nồng độ N-NH4: mg/l, 0,2 mg/l, 0,4 mg/l, 0,6 mg/l, 0,8 mg/l, mg/l.Thêm ml phenol-sodiumnitroprusside, lắc 30s Thêm ml hypochloride, lắc 30 s Điều nhiệt 30 - 400C 2030 phút Đem đo bước sóng 640 nm Số ống Nống độ NNH4 (mg/l) V đeion V (N-NH4) ABS 0,2 0,4 0,6 0,8 2 0,094 0,169 0,251 0,323 0,403 Cách làm đường chuẩn NH4+ Sự phụ thuộc độ hấp thụ quang vào amoni tuân theo phương trình y =2,447 x (R2 = 0,9978) n Đường chuẩn amôni Nồng độ (mg N/L) 1.2 y = 2.447x R2 = 0.9978 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 ABS Đường chuẩn NH4+ * Xác định NH4+ mẫu bồn thực vật Do mẫu nước bồn thực vật lấy từ nguồn nước hồ nên hệ phức tạp, phải tiến hành làm thêm mẫu thêm chuẩn N- NH4+ 1mg/l Mẫu không thêm chuẩn: Hút 2,5 ml mẫu thêm 2,5 ml nước cất Mẫu thêm chuẩn: Hút 2,5 ml mẫu 2,5 ml chuẩn Thêm ml phenol- sodiumnitroprusside, lắc 30s Thêm ml hypochloride, lắc 30s Điều nhiệt 30 - 40oC 20- 30 phút Đem đo bước sóng 640 nm * Tính tốn: có cách tính Cách 1: tính theo đường chuẩn y =2,447 x (R2 = 0.9978) y: nồng độ N-NH4+ mẫu x: độ hấp thụ quang ABS Cách 2: tính theo thêm chuẩn Qui trình phân tích Photpho * Nguyên tắc: ammonium molipdat kali antimony tatrat phản ứng với PO43- mơi trường axittrung bình tạo axit heteropolyaxit photpho molipdic sau bị khử axit ascorbic tạo màu xanh molybden Đo màu bước sóng 710 nm máy UV- VIS (giới hạn đo < 3mg tổng P) n * Hóa chất:Amoni molipdat, kali antimony tarat, H2SO4, NaOH, axit ascorbic, K2S2O8, phenol phtalein, KH2PO4 * Dụng cụ: Bình chịu nhiệt, ống phacol, máy đo,bếp điện, giá đựng, máy phá mẫu, cốc cân, chai đựng hóa chất, pipet tự động, pipet 10ml, 1ml,5ml, bình định mức 100ml,25ml, 50ml * Pha hóa chất: Pha K2S2O8: cân 4g K2S2O8 hòa tan 100 ml nước cất Pha H2SO4 1:2: pha 10ml axit H2SO4 vào 20 ml nước cất Pha dung dịch NaOH: hòa tan khối lượng NaOH khơng cần xác khối lượng nước cất để làm môi trường Pha axit ascorbic: cân 1,8 g axit ascobic hòa tan 25 ml nước cất Pha molipđat: +Hòa tan 7,27 g amoni molipdat (NH4)6Mo7O24.4H2O sấy 1050C 3h vào 150 ml nước cất +Hòa tan 0,189 g kali antimony tatrat C4H4O6KSbO.1/2H2O 50 ml nước +Cho 96 ml H2SO4 đặc vào bình chứa 600 ml nước cất sau đẻ lạnh đến nhiệt độ phòng + Trộn dung dịch với + Thêm vào 10g ammonium amidosulfat NH4OSO2NH2 8,509 NH2OSO2H vào hỗn hợp Định mức thành 1000ml * Lập đường chuẩn P Lập đường chuẩn gồm dãy điểm Pha dung dịch gốc tổng P: sấy KH2PO4 1050oC 2h.Cân xác 0,4394 g KH2PO4 1.000 ml nước deion Dung dịch chuẩn: pha loãng dung dịch gốc 20 lần ta dung dịch chuẩn 5mg/l Lấy dãy dung dịch chuẩn theo nồng độ sau: Nồng độ dung dịch chuẩn 5mg/l 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 V dung dịch chuẩn n Cách làm chuẩn P Sau lấy dung dịch chuẩn vào ống phacol định mức thành 20 ml Thêm 0,5 ml axit ascorbic Thêm 2,5 ml dung dịch (NH4)6Mo6 Định mức thành 25 ml Điều nhiệt 30-400C thời gian 10 - 15 phút Đem đo máy UV_VIS bước sóng 710 nm Đường chuẩn tổng photpho Nồng độ (mg P/L) 1.2 y = 1.8314x R2 = 0.9992 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0.1 0.2 0.3 ABS 0.4 0.5 0.6 Đường chuẩn P * Cách tiến hành thí nghiệm với mẫu nước bồn thực vật Dụng cụ: bình chịu nhiệt bình, ống phacol ống,pipet 10ml, 2ml, giá đựng, bếp điện, cốc đựng nước thủy tinh, bếp điện , pipet tự động, 5ml 1ml, máy phá mẫu Hóa chất: NaOH, phenol phtalein,amoni molipdat, H2SO4 1:2, K2S2O8 Bước 1: Hút 10 ml dịch mẫu sau lọc vào ống chịu nhiệt Bước 2: Thêm 5ml K2S2O8 Bước 3: Thêm ml H2SO4 1:2 Bước 4: Phá mẫu 1200C 30 phút Bước 5: Hút thể tích mẫu xác định(10ml) sau phá mẫu từ bình chịu nhiệt Bước 6: Thêm giọt phenol phtalein Bước 7: Thêm dung dịch NaOH đến chuyển sang màu hồng Bước 8: Thêm 2.5 ml amoni molipdat Định mức lên 20ml nước cất n Bước 9: Thêm 0.5 ml axit ascorbic Định mức thành 25 ml Bước 11: Gia nhiệt bếp điện 30-400C 10-15 phút , đo bước sóng 710 nm *Kết tính tốn: tính theo đường chuẩn y = 4*1.831x *D (R2 = 0.9992) y nồng độ tổng P mẫu (mg/l) x kết đo ABS D độ pha loãng Phương pháp xác định nitrat a Nguyên tắc Phản ứng nitrat brucide pH= 2-3 tạo thành dung dịch có màu vàng Đo màu bước sóng 415 nm b Chuẩn bị thuốc thử Hòa tan 1g Brucide (C23H26O4N2)2 H2SO4.7H2O) + 0,1g Axit sulfanil (H2NC6H4SO3H) + 3ml HCl vào 70ml nước cất làm lạnh tới nhiệt độ sau định mức đến 100 ml với nước deion c Lập đường chuẩn Chuẩn bị ống thủy tinh chịu nhiệt có nút, dung tích khoảng 20mL Chuẩn bị dung dịch chuẩn 1mg N-NO3-/L từ dung dịch gốc 1g/L Nồng độ N-NO30,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 (mg/L) N-NO3- (mL) V deion (ml) d Cách tiến hành - Chuẩn bị mẫu nằm khoảng đường chuẩn < 1mg/l - Lấy 5ml mẫu vào ống - Thêm 5ml H2SO4 80% - Làm lạnh vòi nước - Lắc 30 giây - Thêm 0,2ml brucide sulfanil - Lắc 30 giây - Đun sôi >95oC n - Làm lạnh tới nhiệt độ phịng - Đo bước sóng 415 nm Phương pháp xác định nitrit a Nguyên tắc Phản ứng nitrit hỗn hợp sunfanilamide với naphtylenediamine tạo phức màu hồng pH= 2,0 - 2,5 Đo màu bước sóng 540nm b Chuẩn bị thuốc thử dung dịch chuẩn - Dung dịch sunfanilamide: Cân 0,6 g NH2C6H4SO2NH2 hịa tan 50ml nước cất deion nóng, làm lạnh thêm 40 ml HCl sau định mức đến 100ml - Dung dịch Naphtylenediamine dihydrochloride: Cân 0,1 g C10H7NHCH2NH2.2HCl hòa tan 100ml nước deion Đựng chai màu nâu (Nếu dung dịch chuyển sang màu nâu không dùng nữa) - Các dung dịch thuốc thử phải bảo quản tủ lạnh - Chuẩn bị ống thủy tinh tích chứa khoảng 15ml - Chuẩn bị dung dịch gốc N-NO2- có nồng độ 250mg N-NO2- /l: Hòa tan 1,23g NaNO2 1000ml nước deion - Chuẩn bị dung dịch chuẩn N-NO2- có nồng độ 1mg/l N-NO2từ dung dịch gốc cách pha loãng nồng độ Nồng độ N-NO20 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 (mg/l) 0,2 0,4 0,6 0,8 V N-NO2- chuẩn (ml) 10 9,8 9,6 9,4 9,2 V deion(ml) c Cách tiến hành - Chuẩn bị dung dịch mẫu nằm khoảng giới hạn < 0,1mg/l - Lấy 10ml mẫu vào ống thủy tinh - Thêm 0,2ml sunfanilamide - Trộn giữ yên phút - Thêm 0,2ml naphtylenediamine dihydrochloride - Trộn giữ yên 10 phút - Đo bước sóng 540 nm Với dung dịch chuẩn làm tương tự với bước n ... tính bền vững, thích nghi với nhiều điều kiện tự nhiên Từ lý em lựa chọn thực đề tài: ? ?Nghiên cứu xử lý nitơ phốtpho nước thải chăn ni lợn hệ bùn hoạt tính AAO cải tiến? ?? 1.2 Mục tiêu nghiên cứu. .. có tính khả thi cơng nghệ xử lý nước thải bị amoni trình ANAMMOX n 20 PHẦN 3: ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3.1 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 3.1.1 Đối tượng nghiên cứu + Nước thải. .. giải tải lượng lớn vượt khả xử lý vi sinh hệ n 43 PHẦN 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 5.1 Kết luận - Hệ bùn hoạt tính cải tiến có khả xử lý N P nước thải ô nhiễm cao Đã tiến hành khảo sát với nồng