GIÁO TRÌNH THÍ NGHIỆM KỸ THUẬT XỬ LÝ CHẤT THẢI

GIÁO TRÌNH THÍ NGHIỆM KỸ THUẬT XỬ LÝ CHẤT THẢI

Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghệ TP.Hồ Chí Minh – Khoa Môi Trường CNCH MỞ ĐẦU Để có tài liệu tác giả cố gắng đúc kết kiến thức học tham khảo số tài liệu thực tập cách cô đọng Để có tài liệu liệu xuất phát từ trăn trở tác giả tốt nghiệp trường sinh viên ngành Kỹ thuật Môi trường tự thực nghiên cứu cụ thể hóa học lý thuyết thực nghiệm Tài liệu hướng dẫn kỹ thí nghiệm thuật xử lý chất thải dùng cho sinh viên Khoa Học Môi Trường ngành Kỹ Thuật Môi Trường Các thí nghiệm giới thiệu trình để xử lý loại ô nhiễm tiêu biểu gồm: ü Phương pháp học: Phương pháp lắng, lọc ü Phương pháp hoá lý: Trao đổi ion, keo tụ, hấp phụ ü Phương pháp hoá học: Quá trình oxi hoá khử , chế biến chất thải rắn để sản xuất sản phẩm có ích ü Phương pháp sinh học: xử lý bùn hoạt tính Nội dung Sinh viên thực thí nghiệm xử lý ô nhiễm, xử lý tận dụng chất thải Bài : Thí nghiệm khử sắt nước cấp Bài : Thí nghiệm trao đổi ion Bài : Thí nghiệm lắng cặn Bài : Thí nghiệm Jartest Bài : Xử lý nước thải ô nhiễm phẩm nhuộm phương pháp hấp phụ than hoạt tính Bài : Xử lý tái sử dụng xỉ kẽm Bài : Thực hành xác định hiệu xuất xử lý nước thải phương pháp bùn hoạt tính Mục đích thí nghiệm Giúp sinh viên làm quen với kỹ cần thiết cuả kỹ sư tương lai Ø Công nghệ xử lý, thiết bị xử lý ô nhiễm xử lý chất thải Ø Vận hành thiết bị xử lý ô nhiễm môi trường Ø Điều hành nhóm sinh viên thực công việc Ø Luyện tập khả viết báo cáo kỹ thuật Yêu cầu trước thí nghiệm Trước thí nghiệm sinh viên phải đọc trước hướng dẫn thí nghiệm, tham khảo tài liệu liên quan để tìm hiểu kiến thức cần thiết cho thí nghiệm Xem thiết bị để hiểu cách tiến hành thí nghiệm, lập kế hoạch làm việc phân công nhóm Ø Yêu cầu làm thí nghiệm.: Sau thí nghiệm sinh viên phải làm báo cáo thí nghiệm để báo cáo kết thu Báo cáo thí nghiệm gồm phần sau: ü Trang bìa ghi đầy đủ thông tin nhóm thí nghiệm thí nghiệm gồm: v Nhóm thí nghiệm: số nhóm, họ tên, mã số sinh viên v Ngày thí nghiệm, nơi thí nghiệm v Bài thí nghiệm Th.S Lâm Vónh Sơn PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com Trang Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghệ TP.Hồ Chí Minh – Khoa Môi Trường CNCH ü Nội dung v Trích yếu : trình bày yêu cầu, nội dung tóm tắt kết cuả thí nghiệm v Lý thuyết: trình bày lý thuyết liên quan đến thí nghiệm v Kết : trình bày kết đo thí nghiệm kết tính toán v Biện luận : nêu lên ý liến cuả vấn đề mà thí nghiệm yêu cầu bình luận v Phụ lục : trình bày phép xử dụng tính toán, kết thí nghiệm v Tài liệu tham khảo Th.S Lâm Vónh Sơn PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com Trang Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghệ TP.Hồ Chí Minh – Khoa Môi Trường CNCH Bài KHỬ SẮT KẾT HP LỌC TRONG NƯỚC CẤP 1.1 MỤC ĐÍCH - Nghiên cứu khả khử sắt nước cấp làm thoáng - Nghiên cứu khả khử sắt nước cất sử dụng chất oxi hóa mạnh - Nghiên cứu khả lọc sắt sau trình khử sắt 1.2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT Trong nước tự nhiên, kể nước mặt lẫn nước ngầm có chứa sắt Hàm lượng sắt dạng tồn chúng tùy thuộc vào loại nguồn nước, điều kiện môi trường nguồn gốc tạo thành chúng Trong nước mặt, sắt tồn dạng hợp chất sắt Fe3+ thông thøng Fe(OH)3 không tan, dạng keo hay huyền phù, dạng hợp chất hữu phức tạp khó tan Hàm lượng sắt có nước mặt không lớn khử trình làm nước Trong nước ngầm sắt tồn dạng ion, sắt có hóa trị ( Fe2+) thành phần muối hoà tan : bicacbonat Fe(HCO3)2 , sunfat FeSO4 Hàm lượng sắt nước ngầm thường cao phân bố không đồng trầm tích sâu Nước có hàm lượng sắt cao, có mùi có nhiều cặn bẩn màu vàng, gây ảnh hưởng xấu đến chất lượng nước ăn uống cho sinh hoạt sản xuất Vì nước có hàm lượng sắt lớn giới hạn cho phép phải tiến hành khử sắt Hiện có nhiều phương pháp khử sắt nước ngầm, chia thành nhóm sau: ü Khử sắt phương pháp làm thoáng ü Khử sắt phương pháp dùng hoá chất ü Khử sắt phương pháp khác 1.2.1 Khử sắt phương pháp làm thoáng Thực chất phương pháp khử sắt phương pháp làm thoáng làm giàu oxi cho nước tạo điều kiện để oxi hoá Fe2+ thành Fe3+ thực trình thuỷ phân tạo thành hợp chất tan Fe(OH)3, dùng bể lọc giữ lại Làm thoáng : làm thoáng tự nhiên hay làm thoáng nhân tạo Sau làm thoáng trình oxi hoá Fe2+ thủy phân Fe3+ xảy môi trường tự Trong nước ngầm, sắt (II) bicacbonat muối không bền vững, thường phân ly theo daïng sau : Fe(HCO3)2 = HCO3- + Fe2+ Nếu nước có oxi hoà tan, trình oxi hóa diễn sau : Fe2+ + O2 + 10 H2O = Fe(OH)3 + 8H+ Đồng thời xảy phản ứng phụ: H+ + HCO3- = H2O + CO2 Tốc độ phản ứng oxi hoá biểu thị theo phương trình sau: [ ] [ ] Fe2+ [O2 ] d Fe2+ v= = K dt H+ Trong : +v [ ] : Tốc độ oxi hóa Th.S Lâm Vónh Sơn PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com Trang Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghệ TP.Hồ Chí Minh – Khoa Môi Trường CNCH [ ] d Fe 2+ dt + [Fe2+]; [ H+]; [O2] +K + : Sự biến thiên nồng độ [Fe2+] theo thời gian t : Nồng độ ion Fe2+ , H+ , O2 tan nùc : Hằng số tốc độ phản ứng, phụ thuộc vào nhiệt độ chất xúc tác Theo phương trình Just tốc độ oxi hoá Fe2+ tỉ lệ thuận với [Fe2+] [O2], tỉ lệ nghịch với [ H+] Như trình chuyển hóa Fe2+ thành Fe3+ phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: pH, O 2, hàm lượng sắt nước ngầm, CO , độ kiềm, nhiệt độ, thời gian phản ứng Ngoài tốc độ oxi hóa Fe2+ phụ thuộc vào oxi hóa khử tiêu chuẩn Khi tất ion Fe2+ hoà tan nước chuyển hóa thành cặn Fe(OH) Việc loại bỏ cặn khỏi nước đïc thực bể lọc chủ yếu theo chế giữ cặn học 1.2.2 Khử sắt phương pháp dùng hóa chất 1.2.1.1.Khử sắt chất oxi hoá mạnh Các chất oxi hóa mạnh thường dùng để khử sắt là: Cl2 , KMnO4 , O3… Khi cho chất oxi mạnh vào nước phản ứng diễn sau : 2Fe2+ + Cl2 + H2O = 2Fe(OH)3 + Cl- + 6H+ 3Fe3+ + KMnO4 + H2O = Fe(OH)3 + MnO2 + K+ + H + Trong phản ứng, để oxi hóa 1mg Fe2+ cần 0,64 mg Cl2 0,94 mg KMnO4 đồng thời dộ kiềm nước phải giảm 0,018 mgđ/l So sánh với phương pháp khử sắt làm thoáng ta thấy, dùng chất oxi hoá mạnh phản ứng xảy mạnh , pH môi trường thấp ( pH< ) Nếu nước có tồn hợp chất : H2S, NH3 thí chúng gây ảnh hưởng đến trình khử sắt 1.2.1.2 Khử sắt vôi Phương pháp khử sắt vôi thường không đứng độc lập, mà kết hơp với trình làm ổn định nước làm mềm nước Khi cho vôi vào nước trình khử sắt xảy theo trường hợp : Trường hợp nước có oxi hoà tan : vôi coi chất xúc tác, phản ứng khử sắt xảy sau: 4Fe(HCO3)2 + O2 + 2H2O + Ca(OH)2 Fe(OH)3 + Ca(HCO3)2 Saét (III) hydroxit tạo thành dễ dàng lắng lại bể lắng giữ lại hoàn toàn bể lọc Trong trường hợp nước oxi hoà tan : cho vôi vào nước phản ứng diễn sau : Fe(HCO3)2 + Ca(OH)2 FeCO3 + CaCO3 + H2O Saét khử dạng FeCO3 hydroxit sắt 1.2.3 Các phương pháp khử sắt khác Ø Khử sắt trao đổi Cation Ø Khử sắt điện phân Ø Khử sắt phương pháp vi sinh Ø Khử sắt lòng đất Th.S Lâm Vónh Sơn PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com Trang Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghệ TP.Hồ Chí Minh – Khoa Môi Trường CNCH 1.3 CÁC BƯỚC TIẾN HÀNH 1.3.1 Khử sắt phưong pháp làm thoáng 1.3.1.1 Mô hình 1.3.1.2 Trình tự thí nghiệm Bước 1: Chuẩn bị ü Rửa mô hình nước máy ü Cân 2,7714g sắt II để pha thành 40 lít nước nhiễm sắt nồng độ 10mg/l (NH4)2Fe(SO4)2.6H2O Bước 2: Lập đường chuẩn để xác định sắt STT ống D sắt chuẩn (ml) 10 15 20 25 Nước cất (ml) 25 20 15 10 Dd đệm axetat ml ống Dd Phenanthroline ml ống, lắc đều, đợi 10 phút Đo độ hấp thu A dung dịch bước sóng 510 nm Bước 3: Lấy mẫu pha ( M1) xác định sắt tổng sắt II Ø Sắt tổng a Mẫu thật - Lấy 50ml mẫu M1 cho vào bình kín + 1ml NH2OH HCl - Thêm 5ml dd đệm + 2ml Phenanthroline Th.S Lâm Vónh Sơn PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com Trang Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghệ TP.Hồ Chí Minh – Khoa Môi Trường CNCH - Đậy nut, lắc, đợi 10phút - Đo độ hấp thu A bước sóng 510 nm b Mẫu trắng: Làm tương tự thay 50 ml mẫu 50 ml nước cất Ø Sắt II a Mẫu thật: - Lấy 50ml mẫu M1 cho vào bình kín - Thêm 5ml dd đệm + 2ml Phenanthroline - Đậy nut, lắc đều, đợi 10phút - Đo độ hấp thu A bước sóng 510 nm c Mẫu trắng: Làm tương tự thay 50 ml mẫu 50 ml nước cất Bước 4: Chạy mô hình Ø Giàn mưa - Bật bơm 1, bơm nước lên giàn mưa - Chỉnh lưu lượng van cho Q = 2lit/phút (2 LPM) - Bơm heat 40 lít nước lên giàn mưa Sau lấy mẫu (M2) khoang chứa xác định: ü Sắt II ü Sắt tổng Ø Cột lọc - Đóng : Van 2, 3, 4, hai van lấy mẫu 8, - Mở: Van 1, hai van đo áp 6,7 - Bật bơm, bơm nước từ khoang chứa qua cột lọc - Chỉnh lưu lượng van cho Q = lit/phút ( 3LPM) - Sau đến phút lấy mẫu nước van 9, cách quãng phút lần, mẫu là: M31, M32, M33 - Xác đình : Sắt (II) sắt tổng 1.3.1.3 Kết quả: - Hiệu khử sắt chung - Hiệu khử sắt thời gian khác 1.3.2 Khử Sắt Trong Nước Cấp Bằng Phương Pháp Chlorine 1.3.2.1 Thí nghiệm 3: Xác định khả khử sắt phương pháp làm thoáng ü Nước cấp có hàm lượng sắt lớn 30ppm, giá trị pH= ü Nước cấp bơm lên giàn mưa sục khí làm thoáng ü Thời gian phản ứng 15 phút để trình chuyển hoá Fe2+ thành Fe3+ xảy ü Tiếp tục bơm nước qua cột lọc Xác định hàm lượng sắt nước cấp xử lý 1.3.2.2 Thí nghiệm :Xác định lượng hoá chất tối ưu khảo sát thay đổi pH ü Nước cấp có hàm lượng sắt lớn 30ppm, giá trị pH= ü Cho dung dịch Chlorine 5% vào liều lượng khác Xác định dung dịch Chlorine cần thiết để chuyển hóa Fe2 thành Fe3 ü Thời gian phản ứng 15 phút để trình chuyển hoá Fe2+ thành Fe3+ xảy ü Tiếp tục bơm nước qua cột lọc Xác định hàm lượng sắt nước cấp xử lý Th.S Lâm Vónh Sơn PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com Trang Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghệ TP.Hồ Chí Minh – Khoa Môi Trường CNCH 1.4 KẾT QUẢ ü Thí nghiệm1: lập bảng số liệu Dựng đồ thị, trục hoành biểu thị giá trị pH, trục tung biểu thị giá trị hàm lượng sắt mẫu nước cấp đãxử lý Vẽ đường cong biến thiên Xác định điểm cực tiểu Từ suy giá trị pH tối ưu ü Thí nghiệm 2: lập bảng số liệu Dựng đồ thị, trục hoành biểu thị thời gian phản ứng, trục tung biểu thị giá trị hàm lượng sắt mẫu nước cấp đãxử lý Vẽ đường cong biến thiên Xác định đường tiệm cận Từ suy thời gian phản ứng tối ưu ü Thí nghiệm 3: ghi nhận kết bàn luận ü Thí nghiệm 4: lập bảng số liệu Dựng đồ thị, trục hoành biểu thị liều lượng phản ứng, trục tung biểu thị giá trị hàm lượng sắt mẫu nước cấp đãxử lý Vẽ đường cong biến thiên Xác định đường tiệm cận Từ suy lượng hóa chất phản ứng tối ưu Th.S Lâm Vónh Sơn PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com Trang Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghệ TP.Hồ Chí Minh – Khoa Môi Trường CNCH Bài TRAO ĐỔI ION 2.1 MỤC ĐÍCH Ø Nghiên cứu biến đổi pH trình trao đổi ion Ø Nghiên cứu trình trao đổi ion theo chiều dày lớp nhựa trao đổi ion Ø Xác định dung lượng trao đổi làm việc nhựa trao đổi ion 2.2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT Để khử tạp chất trạng thái ion nước, phương pháp dùng nhiều trao đổi ion Phương pháp khử tương đối triệt để tạp chất trạng thái ion nước Chất lượng nước thu tốt nước cất Vì , giai đoạn xử lý nước cần thiết để cấp nước cho mục đích sinh hoạt, ăn uống, cho sản xuất cho lò nhà máy điện,… Người ta sử dụng nhựa trao đổi ion sử lý nước cấp chủ yếu nhằm mục đích khử cứng khử khoáng Khử cứng nhằm loại bỏ ion Ca2+ , Mg2+ Khử khoáng nhằm loại bỏ hầu hết tất ion có nước Khử cứng cho nước cần xử lý chảy qua cột nhựa cation dạng RNa RNa + CaSO4 ↔ R2Ca + Na2 SO4 RNa + MgSO4 ↔ R2Mg + Na2 SO4 Khi lớp nhựa cation hiệu lực người ta tái sinh dung dịch muối aên NaCl R2Ca + NaCl ↔ RNa R2Mg + NaCl ↔ RNa + + CaCl2 MgCl2 Khử khoáng : cho nước cần xử lý chảy qua cột nhựa cation nhựa anion riêng lẽ hay qua cột kết hợp nhựa cation anion RSO3H + NaCl ↔ RSO3 Na + HCl RSO3H + Na2 SO4 ↔ RSO3 Na + H2 SO4 RSO3H + NaHCO3 ↔ RSO3 Na + CO2 + H2O RSO3H + Na2CO3 ↔ RSO3 Na + CO2 + H2O ROH + HCl ↔ RCl + H2O 2ROH + H2SO4 ↔ R2SO4 + H2O Khi lớp nhựa cation hiệu lực ngưới ta tái sinh dung dịch acid HCl dung dịch sút NaOH sau: RSO3 Na + HCl ↔ RSO3H + NaCl RCl + NaOH ↔ ROH + NaCl 2.2.1 Cân trao đổi Ion Phản ứng trao dổi ion phản ứng thuận nghịch, giống phản ứng hoá học thông thường, người ta thường dùng định luật tác dụng khối lượng để nghiên cứu cân trao đổi ion Th.S Lâm Vónh Sôn PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com Trang Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghệ TP.Hồ Chí Minh – Khoa Môi Trường CNCH Dưới ví dụ chất cation tính axit mạnh HR tiếnhành trao đổi NaR nước phản ứng sau: HR + Na+ ↔ NaR + H+ Theo định luật khối lượng tác dụng, cho phản ứng trao đổi đạt đến cân K Trong : ü KH Na ü [NaR] ü [RH] ü [H+] ü [Na+] Na H = [NaR ] [H + ] [HR] [Na + ] :Hằng số cân :Khi phản ứng cân bằng, nồng độ Na+ chất trao đổi pha rắn (chính xác gọi nồng độ công thức hoạt độ) ion/l :Khi phản ứng cân bằng, nồng độ H+ chất trao đổi pha rắn, ion/l :Khi phản ứng cân bằng, nồng độ H+ dung dịch, ion/l :Khi phản ứng cân bằng, nồng độ Na+ dung dịch, ion/l Mức độ lớn nhỏ số cân K H Na thể mức độ khó dễ H+ chất trao đổi ion trao đổi thành Na+, KH Na > biểu thị chất trao đổi ion hấp phụ Na+ dễ H+ Trị số KH Na lớn lực hấp thụ Na+ mạnh Hằng số biểu thị mức độ lớn nhỏ tính lựa chọn trao đổi ion, nên gọi hệ số lựa chọn hay hệ số phân phối Cũng vậy, ion hoá trị ion hoá trị tiến hành trao đổi, phản ứng sau: NaR + Ca+ ↔ CaR2 + 2Na+ [CaR2 ] [Na + ]2 K Na = [NaR ]2 [Ca 2+ ] Ca ü ü ü ü Trong : KNaCa : Hằng số cân [CaR2] : Khi phản ứng cân bằng, Ca2+ chất trao đổi pha rắn, ion/l [Ca2+] : Khi phản ứng cân bằng,nồng độ Ca2+ dung dịch, ion/l Các ký hiệu khác Hằng số cân chất trao đổi với loại ion, qua thực nghiệm tìm thấy, bảng số cân nhựa Cationit tính axit mạnh dạng HR loại cation nước ( loại nhựa amberlit IR –120) Loại cation Hằng số cân Li+ 0.8 H+ 1.0 Na+ 2.0 NH4+ 3.0 K+ 3.0 Mg+ 26 Ca++ 42 Từ bảng tên ta thấy khác biệt lực hấp phụ loại ion, tức quan hệ tính lựa chọn lớn hay nhỏ Quan hệ cân trao đổi ion công nghệ xử lý nước đóng vai trò quan trọng trình bày Th.S Lâm Vónh Sơn PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com Trang Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghệ TP.Hồ Chí Minh – Khoa Môi Trường CNCH Để hoá mềm nước người ta đem nước cứng có chứa Ca 2+, hay Mg2+ liên tục dẫn vào chất trao đổi ion NaR hấp phụ Ca2+ nước đồng thời phân ly Na làm cho phản ứng trao đổi ion (5-14) chuyển dịch phía phải, khử Ca 2+trong nước Vì số cân phản ứng ion lớn phản ứng tiến hành tương đối dễ dàng Khi hàm lượng Ca2+ nước bắt đầu tăng lên, biểu thị lớp nhựa hiệu lực Để làm cho nhựa phục hồi lại lực rao đổi với Ca2+ phải đem nhựa dạng CaR tái sinh thành dạng NaR thông thường dung dịch NaCl tiến hành tái sinh Khi KNaCa lớn 1, tái sinh nhựa không thuận lợi, cần làm cho nồng độ NaCl dung dịch tái sinh tương đối lớn, nồng độ Ca 2+ nhỏ phản ứng (5-14) chuyển dịch phía trái, làm cho nhựa tái sinh Trong trình xử lý nước, người ta ứng dụng chuyển dịch cân trao đổi ion lặp lặp lại để khử ion có hại nước 2.2 Dung lượng trao đổi Dung lượng trao đổi biểu thị mức độ nhiều lượng ion trao đổi loại chất trao đổi ion, tiêu kỹ thuật quan trọng chất trao đổi ion Có hai phương pháp biểu thị dung lượng trao đổi :một phương pháp biểu thị khối lượng, tức lực hút bám đơn vị khối lượng chất cần trao đổi ion, thông thường biểu thị số mgđl/g Hai phương pháp biểu thị thể tích ( thể tích đóng chất trao đổi ion trạng thái ẩm ), tức lượng hút bám đơn vị thể tích chất trao đổi ion, thông thường dùng đlg/m3 biểu thị Do hình thái chất trao đổi ion khác nhau, khối lượng thể tích khác nhau, biểu thị dung lượng trao đổi ion, để thống nhất, nói chung dùng cationit dạng HR anionit dạng RCl làm chuẩn, cần thiết, phải ghi rõ trạng thái Dung lượng trao đổi thường dùng có loại sau : ü Tổng dung lượng trao đổi (E) : Sau đem toàn gốc hoạt tính chất trao đổi, tái sinh thành ion, trao đổi, xác định toàn dung lượng trao đổi gọi tổng dung lượng trao đổi Chỉ tiêu biểu tị lượng gốc hoạt tính có chất trao đổi Đối với loại chất trao đổi ion, số Dung lượng trao đổi chủ yếu để nghiên cứu chất trao đổi ion ü Dung lượng trao đổi cân (B): Sau tái sinh hoàn toàn chất trao đổi, tìm dung lượng trao đổi nó, tác dụng với dung dịch nước có thành phần định đến trạng thái cân gọi dung lượng trao đổi cân Chỉ tiêu biểu thị dung lượng trao đổi lớn chất trao đổi ion loại dung dịch định, nên số, có quan hệ đến thành phần hợp thành dung dịch cân Dung lượng trao đổi cân có quan hệ với tổng dung lượng trao đổi Tổng dung lượng trao đổi cực hạn lớn dung lượng trao đổi cân Giả thiết loại chất trao đổi HR tác dụng với dung dịch NaR, đạt đến cân lượng Na+ chứa chất trao đổi BNa mgđl/g , dung lượng trao đổi cân BNa, dạng HR dư lại chất trao đổi BH mgđl/g , tổng BNa BH tổng dung lượng trao đổi chất trao đổi ion này, có nghóa E = BNa + BH Th.S Lâm Vónh Sơn PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com Trang 10 Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghệ TP.Hồ Chí Minh – Khoa Môi Trường CNCH Bài KHẢO SÁT HIỆU QUẢ XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP DÙNG BÙN HOẠT TÍNH (NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH THÔNG SỐ ĐỘNG HỌC CỦA QUÁ TRÌNH XỬ LÝ SINH HỌC) 7.1.MỤC ĐÍCH ü Tìm hiểu phương pháp xử lý nước thải bùn hoạt tính ü Xác định hiệu xuất cao trình xử lý nước thải ü Tìm hiểu cách xác định thông số động học 7.2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 7.2.1 Nguyên tắc phương pháp hiếu khí 7.2.1.1 Nguyên tắc Các phương pháp hiếu khí dựa rên nguyên tắc vi sinh vật hiếu khí phân hủy chất hữu điều kiện có oxy hòa tan Visinhvat  Chất hữu + O2  → H2O + CO2 + NH3 + … Ở điều kiện hiếu khí (hàm lượng ôxy hòa tan tối thiểu 1.5 – 2.0 mg/l), NH4+ bị loại nhờ trình nitrat hóa vi sinh vật tự dưỡng vat  NH4+ + 2O2 Vi sinh→ NO3- + 2H+ + H2O + Năng lượng 7.2.1.2 Cơ chế trình phân hủy chất tế bào Cơ chế trình phân hủy chất tế bào tóm tắt sau: - Các hất hữu bị ôxy hóa hydrat cacbon số chất hữu khác Men vi sinh vật tách hydro khỏi móc xích đem phối hợp với oxy không khí để tạo thành nước Nhờ có hydro khỏi móc xích oxy nước, phản ứng oxy hóa khử nguyên tử cacbon diễn - Đường, rïu axit hữu khác sản phẩm đặc trưng trình oxy hóa vi sinh vật hiếu khí Các chất phân hủy hoàn toàn tạo thành CO2 H2O - Thực tất chất bị giữ lại tế bào khuẩn (chỉ phần) bị oxy hóa hoàn toàn thành CO2 H2O Phần lại bị đồng hóa sử dụng để tổng hợp chất tế bào, tức để sinh khối vi sinh vật tăng lên Đồng thời song song với trình đồng hóa, tế bào vi sinh vật diễn trình dị hóa, phân hủy chất có thành phần tế bào Như phần chất sống tổng hợp lại bị oxy hóa 7.2.1.3 Sự sinh trưởng phát triển vi sinh vật Sự sinh trưởng vi sinh vật tăng sinh khối hấp thụ, đồng hóa chất dinh dưỡng Theo nghóa rộng, sinh trưởng hay tăng sinh khối tăng trọng lượng, kích thước số lượng tế bào Như hiệu dinh dưỡng (cũng đồng thời giảm BOD) trình tổng hợp phận thể – tế bào tăng sinh khối – sức sinh trưởng Các qúa trình diễn không đồng theo thời gian không gian tế bào vi sinh vật Th.S Lâm Vónh Sôn PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com Trang 29 Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghệ TP.Hồ Chí Minh – Khoa Môi Trường CNCH Ở nơi có vi sinh vật thực trình xử lý nước thải, sinh trưởng gọi tăng số lượng tế bào thay đổi kích thước tế bào Ở nồng độ thấp bùn, đường cong cho thấy sinh khối bùn có xu hướng tăng theo cấp số nhân (a - b) Giai đoạn gọi pha tiềm phát pha sinh trưởng logarit, tốc độ phân đôi tế bào bùn điều hòa đạt giá trị tối đa Điều kiện chủ yếu phải đáp ứng đầy đủ chất dinh dưỡng Phần đường cong gần tuyến tính (b - c) Khi chất dinh dưỡng bắt đầu cạn kiệt, tốc độ sinh trưởng (nhân đôi) bắt đầu giảm theo quy luật phản ứng Sự sinh sản vi sinh vật dần đạt tới tiệm cận tùy thuộc nồng độ chất dinh dưỡng Giai đoạn gọi pha sinh trưởng chậm dần Giá trị log số lượng vi sinh vật Phần đường cong ( c– d) biểu thị giảm sinh khối bùn trình tự oxy hóa diễn nguyên nhân nghèo hết chất dinh dưỡng Giai đoạn gọi pha oxy hóa nội bào bùn hoạt tính Lúc đầu rình tự oxy hóa diễn theo kiểu phản ứng bậc nhất, sau tốc độ oxy giảm đi, vật chất cấu tạo tế bào vi khuẩn giảm không bị oxy hóa Pha tiềm phát sinh trưởng c b Pha oxy hóa nội bào Pha sinh trưởng chậm dần d Thời gian a C ác giai đoạn tăng trưởng TB vi sinh vật theo log 7.2.1.4 Sự chuyển hóa chất hữu (hay giảm BOD) Sau nước thải tiếp xúc với bùn, ban đầu tốc độ chuyển hóa chất hữu cao, chất lơ lửng keo chuyển hóa đông tụ sinh học hấp phụ Các chất hữu hòa tan chuyển hóa nhờ đông tụ sinh học Tốc độ chuyển hóa tùy thuộc vào đặc tính nước thải bùn Trong độ tăng trưởng bùn (vi sinh) đạt đến giá trị cao nhất, chất hữu tích lũy tế bào sinh vật nhiều Muốn oxy hóa chất tích lũy đòi hỏi phải làm thoáng thời gian lâu nhiều Thường tốc độ chuyển hóa nhanh 10 – 15 phút đầu Trong thời gian lượng chất hữu chuyển hóa gr bùn biểu thị phương trình sau: Sau tính tích phân ta được: dL = Ki L dS Lri =1 − e K i S Li Trong đó: + Ki :Hằng số tốc độ chuyển hóa ban đầu, 1/thời gian +S :Lượng bùn hoạt tính ban đầu, g/l Th.S Lâm Vónh Sơn PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com Trang 30 Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghệ TP.Hồ Chí Minh – Khoa Môi Trường CNCH + Lri :Lượng chất hữu (BOD) chuyển hóa khoảng thời gian + Li :Lượng chất hữu nước thải Mối tương quan toán học chuyển hóa chất bẩn hữu nước thải sinh trưởng bùn: Ở nồng độ cao chất hữu cơ, tốc độ đồng hóa, tốc độ sinh trưởng tốc độ chuyển hóa chất (tốc độ giảm BOD) thường phụ thuộc nồng độ Ở thời điểm đầu trình làm thoáng, ta đặt: + S0 :Nồng độ ban đầu bùn (vi sinh vật), mg/l + L0 :BOD ban đầu nước thải, mg/l Qua thời gian t, ta có: +S :Nồng độ bùn thời điểm t, mg/l + ∆S = S - So Lượng tăng sinh khối bùn đơn vị thể tích, mg/l + Lr :Lượng BOD giảm (đã bị khử) thời gian t + Lt = Lo – Lr Lượng BOD lại nước thải, mg/l + K1 :Hằng số tốc độ sinh trưởng Logarit (1/thời gian) + K2 :Hằng số tốc độ chuyển hóa (BOD) + Đặt α :La tỉ lệ BOD (các chất hữu cơ) chuyển hóa tổng hợp thành bùn, tức để tăng khối bùn Khi đ1o: α Lr = ∆S S = So + ∆S = So + α Lr Tỉ lệ chất bị phân hủy biến thành tế bào sống tính thoe phần trăm số hợp chất sau: Hratcacbon 65 – 85% Rượu 52 – 66% Acid amin 32 – 68% Acid hữu 10 – 60% Hrocacbon 10 – 30% Ở giai đoạn Pha sinh trưởng log (a-b) với nồng độ cao chất dinh dưỡng, nhiệt độ cho trước, tốc độ sinh trưởng bị giới hạn tốc độ phân đôi tế bào dS = K1 S dt + K1: Hằng số tốc độ sinh trưởng, gọi thời gian cần thiết để tế bào phân đôi Sau tích phân ta được:  α Lr  S + ∆S  ln o = K 1t = ln1 +  So So     α Lr   theo thời gian t Ứng với giai đoạn (đoạn a - b) đường biểu diễn mối quan hệ ln 1 +  So     α Lr   xác định hàm số bậc (đường thẳng) Độ dốc đường biểu diễn ln1 +  So    Th.S Lâm Vónh Sôn PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com Trang 31 Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghệ TP.Hồ Chí Minh – Khoa Môi Trường CNCH giá trị K1, tức số tốc độ sinh trưởng logarit Sau điểm b độ dốc giảm dần chứng tỏ tốc độ sinh trưởng giảm chuyển sang giai đoạn hai Ở gia đoạn hai Giai đoạn tốc độ sinh trưởng giảm (b-c) Khi nồng độ chất bẫn hữu (BOD) thấp, tốc độ sinh trưởng bùn, tốc độ chuyển hóa BOD tuân theo qui luật phản ứng bậc Tức giảm tỉ lệ với chất bẩn hữu lại 7.2.1.5 Các điều kiện, yêu cầu yếu tố môi trường ảnh hưởng tới trình xử lý Khi nước thải chứa chất bẩn hữu dễ bị oxy hóa sinh hóa điều kiện môi trường thích hợp (oxy, pH, nhiệt độ nước thải, nồng độ chất độc hại không vượt giới hạn cho phép, ) dùng phương pháp sinh hóa để xử lý Ngoài phải đảm bảo đủ lượng nguyên tố dinh dưỡng (N, P, K, Fe, ) nước thải Điều kiện phải đảm bảo cung cấp đủ lượng oxy cách liên tục cho lượng O2 hòa tan nước khỏi bể lắng đợt không nhỏ mg/l Nồng độ cho phép chất bẫn hữu cơ: có nhiều chất bẩn nước thải sản xuất mức độ định phá hủy chế độ hoạt động – sống bình thường vi sinh vật Các chất độc hại thường có tác dụng làm hủy hoại thành phần cấu tạo tế bào Khi thực xử lý phương pháp sinh hóa nước thải công ngiệp chung với nước thải sinh hoạt hiệu suất xử lý cao so với xử lý nước thải công nghiệp Hỗn hợp nước thải công nghiệp sinh hoạt chảy vào công trình xử lý nước thải sinh hoạt phải có BOD toàn phần không 55 mg/l, dùng bể aeroten – bể trộn BOD toàn phần không 1000g/l Nếu vượt giới hạn phải dùng nước thải quy ước sạch, nước sông nước xử lý để pha loãng Mức độ pha loãng tính theo công thức sau: L − Lhh m = sx Lhh − Lsh Trong đó: +m + Lx + Lhh + Lsh :Tỷ lệ lượng nước thải sinh hoạt sản xuất :BOD toàn phần nước thải sản xuất bẩn, mg/l :BOD toàn phần hỗn hợp nước thải sinh hoạt nước xuất bản, mg/l : BOD toàn phần nước thải sinh hoạt, mg/l § Lượng nguyên tố dinh dưỡng cần thiết để trình sinh hóa diễn bình thường cần nằm giới hạn cho phép (các hợp chất chứa nitơ, photpho) Ngoài nguyên tố dinh dưỡng chủ yếu cóK, Mg, Ca, S, Fe,… nguyên tố thường có đủ nước thải nên không cần phải cho thêm Để xác định sơ lượng nguyên tố dinh dưỡng cần tiết nhiều loại nước thải công nghiệp chọn theo tỷ lệ: § BODtf : N : P = 100 : :1 § Nồng độ giới hạn cho phép chất độc phải nằm giới hạn cho phép mối kim loại nặng Th.S Lâm Vónh Sơn PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com Trang 32 Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghệ TP.Hồ Chí Minh – Khoa Môi Trường CNCH Giá trị pH ảnh hưởng lớn đến trình tạo men tế bào trình hấp thụ chất dinh dưỡng tế bào Đối với đa số vi sinh vật khoảng giá trị pH tối ưu 6.5 – 8.5 § Nhiệt độ nước thải ảnh hưởng lớn đến trình tạo men tế bào trình hấp thụ chất dinh dưỡng vào tế bào § Nhiệt độ ảnh hưởng lớn đến chức hoạt động vi sinh vật Đối với đa số vi sinh vật, nhiệt độ nước thải công trình xử lý nằm khoảng – 370C § Nồng độ muối vô nước thải không vượt 10g/l 7.2.1.6 Cấu trúc chất bẩn bùn hoạt tính Tác nhân tham gia vào trình phân hủy chất bẫn hữu vi khuẩn, xạ khuẩn, nấm, số động vật hạ đẳng Bên cạnh chất dễ bị oxy hóa hydrat cacbon có nhiều chất bị ôxy hóa phần chí hoàn toàn không bị phân hủy dù có vi khuẩn thích nghi tham gia trình Đó chất hữu tổng hợp: hydrat carbon, rượu, andehyt, esthe, § Khi nghiên cứu khả oxy hóa sinh hóa chất hữu có cấu trúc khác nhau, nhiều tác giả đến kết luận: - Những hợp chất với trọng lượng phân tử lớn, cấu trúc nhiều mạch nhánh bên chất không bị oxy hóa sinh hóa - Các chất không bị oxy hóa sinh hóa chất mà men (enzym) vi sinh vật khó thâm nhập chất khó thẩm thấu khuếch tán qua màng tế bào - Đối với chất có nguyên tử carbon trung tâm, dù liên kết H-C mức độ ảnh hưởng cấu trúc nhánh phân tử qúa trình oxy hoá sinh hóa giảm - Trong liên kết H – C thay nguyên tử hydro nhóm ankyl aryl khó bị oxy hóa sinh hóa đơn Ngoài carbon, mạch có nguyên tử khác làm cho chất hữu bền vững trình oxy hóa sinh hóa Ảnh hưởng nhiều mạch có oxy đến lưu huỳnh Nitơ Bùn hoạt tính màng vi sinh vật tập hợp cácloại vi sinh vật khác Bùn hoạt tính màu vàng nâu dễ lắng có kích thước – 150 micromet Những gồm có vi sinh vật sống chất rắn (40%) Những sinh vật sống vi khuẩn, động vật hạ đẳng, dòi, giun, nấm men, nấm mốc xạ khuẩn Màng vi vật phát triển bề mặt hạt vật liệu lọc có dạng nhầy, dày – 3nm Màu thay đổi theo thành phần nước thải, từ vàng xám đến màu nâu tối Màng vi sinh vật gồm vi khuẩn, nấm mốc vi sinh vật khác Trong trình xử lý , nước thải sau qua bể lọc sinh học, có mang theo hạt (phần tử ) màng vi sinh vật hình dạng khác nhau, kích thước 15 – 30 micromet với màu vàng sáng nâu Những loài vi khuẩn tham gia vào trình xử lý thường loài trực khuẩn không tạo nha bào gram âm Sự có mặt loài vi khuẩn dị dưỡng, với nhiều kiểu trao đổi chất làm Th.S Lâm Vónh Sơn PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com Trang 33 Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghệ TP.Hồ Chí Minh – Khoa Môi Trường CNCH cho bùn hoạt tính nhanh chóng thích nghi với nhiều loại nước thải khác Ngoài chúng có khả sử dụng Nitơ hữu Nhiều loài có khả khử Nitrat Cho đến nay, người ta biết vi sinh vật phân hủy tất chất hữu có thiên nhiên nhiều chất hữu nhân tạo 7.2.2 Những đặc tính vi sinh vật Trong thực tế, người ta dùng bùn hoạt tính màng sinh vật cấu trúc loại sinh vật tham gia xử lý nước thải - Bùn hoạt tính màu vàng nâu, dễ lắng có kích thước từ – 150 micromet Những bùn có vi sinh vật sống chất rắn (40%) Những sinh vật sống vi sinh vật (vi khuẩn), động vật hạ đẳng, dòi giun, nấm men, nấm mốc sinh vật khác Vi khuẩn phân chia thành họ Tùy thuộc theo khả sinh vật khác Vi khuẩn phân chia thành họ Tuỳ thuộc theo khả sinh hóa, sinh lý, kích thước, hình dạng, thích nghi với môi trường chúng: Pseudosomonate, Bacterium, Baciluus, Corynebacterium, Astrobacterie, Mycobacterium, Mcrococcus, Saccina, Nocadia,… - Các loài vi sinh lại phân chia thành nhóm – xắp xếp theo chế độ hấp thụ chất dinh dưỡng trong nước thải Họ Pseudosomonadineae (chiếm 50 – 80% lượng vi khuẩn ) chia thành nhóm: - Methanomonas : Vi sinh vật lên men metan - Nitrosomonas : Vi sinh vật oxy hóa nitrit - Hidrogenomonas : Vi sinh vật oxy hóa phân tử Hydro - Sulfomonas, Thiobaciluss : Vi sinh vật hồi phục hợp chất chứa lưu huỳnh Ngoài ra, hydrogenomonas tích cực phân giải hợp chất thơm chất hữu mạch vòng Sulfomonas hấp thụ tốt chất hữu Họ Bacterium (gồm 30 loại) chia thành: - Bact Aliphacitum, Bact Naphtalinicus, Bact Benzoni, Bact Cycloclastes có khả hấp thụ dầu, sáp, phenol, mỡ,… - Bact mycoides: phân giải hợp chất chứa nitơ - Thiobacterium, Phiotrix: oxy hóa hợp chất chứa lưu huỳnh 7.2.3 Sự phân giải chất hữu trình xử lý sinh học hiếu khí * Mức độ hấp thụ Các chất hấp thụ phải chất bị ôxy hóa Chất dễ hấp thụ nhất: chất vô chất hữu cơ: v Những hợp chất với trọng lượng phân tử lớn với cấu trúc nhiều mạch nhánh bên chất không bị ôxy hóa sinh hóa v Các chất không bị ôxy hóa sinh hóa chất mà men (enzyme) vi sinh vật khó xâm nhập vào chất khó thẩm thấu khuếch tán qua màng tế bào v Đối với chất có nguyên tử C trung tâm, dù liên kết C-H mức độ ảnh hưởng cấu trúc nhánh phân tử trình ôxy hoá sinh hoá giảm Th.S Lâm Vónh Sơn PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com Trang 34 Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghệ TP.Hồ Chí Minh – Khoa Môi Trường CNCH v Trong liên kết C- H thay nguyên tử hro nhóm alkyl aryl khó bị ôxy hoá sinh hoá v Ngoài C, mạch có nguyên tử khác làm cho chất hữu bền vững trình ôxy hoá sinh hoá Ảnh hưởng nhiều mạch có ôxy đến lưu huỳnh nitơ * Quá trình hấp thụ chất hữu biểu diễn dạng tổng quát sau: Chất hữu enzyme Tế bào vi khuẩn CXHYOZ + O2 +N + P → C5H7NO2 + CO2 + H2O + chất tan không phân hủy C5H7NO2 + O2 → CO2 + H2O + NH3 +Q +những chất không phân giải * Những nhân tố ảnh hưởng đến trình xử lý sinh học hiếu khí: + Oxi hoà tan (>= 2mg/L) + Nhiệt độ + Tuỳ thuộc vào lo vi khuẩn Vi khuẩn chịu nhiệt (50- 600)C Vi khuẩn không chịu nhiệt (25 – 370)C Vi khuẩn thích nghi nhiệt độ thấp (10 – 150) C Nhưng nói chung, nhiệt độ tối ưu điều kiện tự nhiên cho vi khuẩn phát triển không thấp (25 – 370C) * Các nguyên tố dinh dưỡng: a/ Đa lượng (N, P) Hàm lượng dinh dưỡng đủ phải ñaûm baûo COD : N : P =150 : : BOD : N : P = 100 :5 :1 N : bổsung NH4Cl Ure : CO(NH2)2 P: bổ sung K2HPO4, KH2PO4 b/ Hàm lượng vi lượng: Mg : 10.10-5 mg/mg BOD5 Cu : 14,6 10-5 mg/mg BOD5 Zn : 16 10-5 mg/mg BOD5 Mb : 43 10-5 mg/mg BOD5 Ca : 620 10-5 mg/mg BOD5 Na : 5.10-5 mg/mg BOD5 K : 450 10-5 mg/mg BOD5 Fe : 1200 10-5 mg/mg BOD5 CO3-2 : 270 10-5 mg/mg BOD5 * pH: Cao thấp làm ảnh hưởng đến môi trường phát triển vi sinh, pH < thúc đẩy phát triển nấm, lúc trung hoà NaHCO3 Nếu pH> phá hủy cân nguyên sinh chất tế bào, dẫn đến diệt vong vi sinh vật Do pH từ 6,5 – 8,5 tối ưu * Những chất độc ảnh hưởng đến trình: Có đến 80 nhóm chất độc ảnh hưởng đến vi sinh vật, trước qua bể xử lý sinh hoá ta cần phải lọc bỏ, xử lý đến nồng độ không gây ảnh hưởng đến sống vi sinh Th.S Lâm Vónh Sơn PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com Trang 35 Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghệ TP.Hồ Chí Minh – Khoa Môi Trường CNCH Ví dụ: Bo < 0,05 mg/l, Ni < 0.1 mg/l, KCN < mg/l , CuSO4 < 0.2 mg/l * Sự liên quan BOD COD: Tỷ lệ tiêu BOD : COD nước thải sản xuất dao động khoảng 0.1 – 0.9 Nhờ có hai tiêu đánh giá khả nă ng khoáng hoá chất hữu Tỷ lệ BOD : COD hợp lý 0.4 trở lên Đối với phân xưởng mì Miliket ta có tỉ số BOD : COD = 0.7 – 0.8 Như hiệu số BOD COD nước thải Miliket nhỏ lượng chất hữu tiêu thụ để làm chất liệu xây dựng tế bào (bùn màng sinh vật) nhiều, tức lượng tăng sinh khối sinh vật lớn Do BOD COD không chênh lệch ta nên chọn bể Aerotank với tái sinh bùn hoạt tính riêng biệt bể sinh học hiếu khí tiếp xúc (vật tiếp xúc có kích thước lớn) Không nên chọn bể lọc sinh vật cao tải ,nên chọn bể lọc sinh vật kiểu nhỏ giọt, tạo nhiều màng sinh vật, dễ gây tắt bít lổ hổng hạt vật liệu học * Các dạng vật liệu tiếp xúc: Tùy thuộc vào yếu tố như: tốc độ tăng trưởng vi sinh, lưu lượng nước đặc tính vi khuẩn mà ta chọn loại vật liệu tiếp xúc cho thích hợp - Dạng trụ rổng - Dạng trụ có vách ngăn - Dạng trụ có hay nhiều vách ngăn - Dạng trụ có đục lổ thành - Dạng trái khế - Dạng xoắn ốc - Dạng bánh xe có lưới - Dạng hộp có lưới 7.2.4 Quá trình xử lý bùn hoạt tính với vật liệu tiếp xúc (attached growth processes) Quá trình xử lý sinh học hiếu khí Attached Growth (AG) sử dụng để loại bỏ chất hữu nước thải Quá trình AG bao gồm: lọc sinh học, lọc thô, RBC (Rotating biological contactor), AGWSP (Attached Growth Waste Stabilization Pond), bể phản ứng nitrat hoá fixed – bed, Đây dạng hồ sinh học kết hợp với bể lọc sinh học.Những vật liệu tiếp xúc bố trí theo chiều dài hồ tạo điều kiện cho vi khuẩn sinh trưởng bề mặt Ở tải trọng cao, xục khí tiến hành phần toàn thể tích bể Thời gian lưu nước thay đổi – ngày Giá thể sinh vật dính bám sợi nhựa cứng quấn lên lỏi thép tráng kẽm Kích thước sợi nhựa tổng hợp tính từ lỏi kẽm dài từ 50 – 70mm Mỗi lỏi kẽm quấn tròn có đường kính 80 – 100mm Hệ thống phân phối khí đá bọt (trong mô hình lab scale) đường ống nhựa dẫn khí (đối với công trình lớn) Cột sinh học chứa đầy vật liệu bám dính (vật tiếp xúc) giá thể cho vi sinh vật sống bám Nước thải phân bố bề mặt lớp vật liệu hệ thống quay vòi phun Quần thể sinh vật sống bám giá thể tạo nên màng nhầy sinh học có khả hấp phụ phân hủy chất hữu nước thải Quần thể bao gồm sinh vật hiếu khí, nấm, tảo động vật nguyên sinh Ngoài có giun, ấu trùng côn trùng Phần bên lớp màng nhầy (khoảng 0.1 – 0.2mm) loại vi sinh hiếu khí Khi sinh vật phát triển, Th.S Lâm Vónh Sơn PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com Trang 36 Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghệ TP.Hồ Chí Minh – Khoa Môi Trường CNCH chiều dày ngày tăng Vi sinh lớp tiêu thụ hết lượng oxy khuếch tán trước oxy thấm vào bên Vì gần sát bề mặt giá thể, môi trường kỵ khí hình thành Khi lớp màng dày, chất hữu bị phân huỷ lớp ngoài, vi sinh sống gần bề mặt giá thể thiếu nguồn chất, chất dinh dưỡng dẫn đến tình trạng phân huỷ nội bào khả bám dính Màng vi sinh tách khỏi giá thể nhiều hay tuỳ thuộc vào tải trọng hữu tải trọng thuỷ lực Tải trọng hữu cơ: ảnh hưởng đến tốc độ trao đổi chất màng nhầy Tải trọng thủy lực: ảnh hưởng đến tốc độ rửa trôi màng Phương pháp thực điều kiện hiếu khí (với có mặt oxy) điều kiện yếm khí (không có oxy) 7.2.5 Bùn hoạt tính Nguyên lý chung trình bùn hoạt tính (oxy hoá sinh hoá hiếu khí với tham gia bùn hoạt tính) Hình dạng kích thước mô hình để xác định thông số động học cho trình bùn hoạt tính (activated sludge) thể hình vẽ Mô hình kính tích nước hữu ích 10 lít tương ứng với chiều cao lớp nước 0.3m Khí đưa vào nước máy nén khí SHARKW, khuếch tán qua cục đá bọt dài 20cm Trong bể aeroten diễn trình oxy hóa sinh hoá chất hữu chất thải Vai trò chủ yếu vi sinh vật hiếu khí, chúng tạo thành bùn hoạt tính Để bùn hoạt tính nước thải tiếp xúc với tốt liên tục người ta phải khuấy trộn máy nén thiết bị giới khác Để vi sinh vật khoáng hoá sống hoạt động bình thường phải thường xuyên cung cấp oxy vào bể Oxy sử dụng qúa trình sinh hóa Sự khuyếch tán tự nhiên qua mặt thoáng nước bể không bảo đảm đủ lượng oxy cần thiết, phải bổ sung lượng không khí thiếu hụt phương pháp nhân tạo: thổi khí nén vào tăng diện tích mặt thoáng Trong thực tế người ta thường thổi không khí nén vào bể đồng thời giải tốt hai nhiệm vụ: vừa khuấy trộn bùn hoạt tính với nước thải vừa bảo đảm chế độ oxy cần thiết bể Bùn hoạt tính tập hợp vi sinh vật khoáng hoá có khả hấp phụ (trên bề mặt nó) ôxy hóa chất hữu có nước thải với có mặt oxy Để bùn hoạt tính nước thải tiếp xúc với tốt liên tục, chúng khuấy trộn khí nén thiết bị giới khác Trong thực tế khí nén ứng dụng vào mục đích này, đồng thời giải hai nhiệm vụ: vừa khuấy trộn bùn hoạt tính với nước thải, vừa bảo đảm cung cấp oxy cần thiết cho trình sinh sống hoạt động vi sinh vật Th.S Lâm Vónh Sơn PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com Trang 37 Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghệ TP.Hồ Chí Minh – Khoa Môi Trường CNCH Các chất hữu hòa tan, chất keo phân tán nhỏ chuyể hóa cách hấp phụ keo tụ sinh học bề mặt tế bào vi sinh vật Tiếp trình trao đổi chất, tác dụng men nội bào, chất hữu bị phân hủy Quá trình xử lý nước thải bùn hoạt tính bao gồm giai đoạn sau: - Giai đoạn khuếch tán chuyển chất từ dịch thể (nước thải) tới bề mặt tế bào vi sinh vật - Hấp phụ: khuếch tán hấp phụ chất bẩn từ bề mặt tế bào qua màng bán thấm - Quá trình chuyển hóa chất khuếch tán hấp phụ tế bào vi sinh vật sinh lượng tổng hợp chất tế bào The Eckenfelder W W Conon D J trình xử lý sinh hóa hiếu khí nước thải gồm giai đoạn biểu thị phản ứng sau đây: Ôxy hóa chất hữu cô: CXHYOZ + O2 (enzym)  CO2 +H2O + ∆Q Tổng hợp dể xây dựng tế bào: CXHYOZ + NH3 + O2 (enzym) -> Tế bào vi khuẩn + CO2 + H2O +C5H7NO2 - ∆Q Ôxy hóa chất liệu tế bào (tự oxy hóa) Tế bào vi khuaån + O2 +C5H7NO2 (enzym) -> CO2 +H2O + NH3+-∆Q Trong tất phản ứng ∆Q nhiệt lượng (năng lượng) tỏa hấp thụ vào Sự oxy hóa hợp chất hữu số khoáng chất tế bào sống vi sinh vật gọi hô hấp Nhờ lượng vi sinh vật khai thác qúa trình hô hấp chúng tổng hợp chất để sinh trưởng, sinh sản, phát triển, trao đổi nhiệt, vận động 7.3 MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM BÙN HOẠT TÍNH I IV IV III IV II IV V IV VI 7.4 CÁC BƯỚC TIẾN HÀNH Th.S Lâm Vónh Sơn PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com Trang 38 Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghệ TP.Hồ Chí Minh – Khoa Môi Trường CNCH 7.4.1 TN1 : xác định thông số bùn: - Lấy thể tích V1 (bùn), sấy 1050C xác định mSS - Tiếp tục sấy 5500C, xác định VS - Nồng độ bùn xác định: Cb = mSS V1  mg     l  7.4.2 TN2 : chạy giai đoạn thích nghi: - Bùn nuôi cấy ban đầu cho vào mô hình với hàm lượng SS vào khoảng 2000 mg/l - Thể tích bể chứa V(lít), muốn hàm lượng bùn V (lít) nước thải 2000 mg/l (C) thể tích bùn cần lấy : Vb = - V C Cb Đo COD nước thải đầu vào = a (mg/l) Chọn thời gian chạy ngày tải lượng COD: a.10-3 kg/m3.ngày Giai đoạn thích nghi kết cho vào bảng sau(dừng thí nghiệm COD tương đối ổn định) Tải trọng T(giờ) Hiệu Ngày COD(mg/l) pH (kgCOD/m ngày) % COD Vaøo Ra Vaøo Ra −3 COD vao ×10 T (ngay) - Veõ đồ thị biểi diễn hiệu khử COD theo thời gian thí nghiệm thích nghi nhận xét 7.4.3 TN3: giai đoạn tăng tải trọng: Cuối giai đoạn thích nghi, xác định thông số COD sau 24 giờ, MLSS, pH Đánh dấu mức bùn lắng sau 30 (mức bùn lắng ứng với SS khoảng 2000 mg/l) Xác định khả lắng bùn tiêu SVI • Cách xác định SVI: Ø Lấy lít mẫu lấy từ bình phản ứng (sau thích nghi bùn) Ø Khả lắng bùn đo cách đổ hỗn hợp đến vạch lít, để lắng 30 phút, sau thể tích bị chiếm bùn lắng Ø SS xác định cách lọc, sấy khô cân trọng lượng Ø SVI thể tích ml bị chiếm giữ gam bùn hoạt tính sau để lắng 30 phút hỗn hợp bể phản ứng, tính: Th.S Lâm Vónh Sơn PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com Trang 39 Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghệ TP.Hồ Chí Minh – Khoa Môi Trường CNCH  V ×1000 SVI =   (mg/ l)  SS  Tăng tải trọng COD ứng với thời gian 24 h, 12h, 8h, 6h, 4h, 2h tải trọng xác định COD, pH, SS - Khi hiệu COD tải trọng ổn định thời gian tối thiểu ngày, tiếp tục tăng tải cao Quá trình tăng tải kết thúc hiệu COD giảm Lúc tượng tải xảy Lập bảng số liệu mô hình tónh xếp theo thời gian lưu nước tăng dần vẽ đồ thị biểu diễn mô hình tónh xếp theo thời gian lưu nước tăng dần nhận xét Ngày Tải trọng (kgCOD/m3.ngày) T (giờ) COD(mg/l) Vào - COD vao ×10 T (ngay) −3 Ra Hiệu % COD pH Vào SS Ra 10 24 Lập bảng số liệu mô hình tónh xếp theo tải trọng tăng dần , vẽ sơ đồ theo tải trọng tăng dần nhận xét Tải trọng T Hiệu Ngày COD(mg/l) pH (kgCOD/m ngày) (giờ) % COD SS Vào Vào Ra Ra −3 COD vao ×10 24 T (ngay) 12 6 7.4.4 TN4: Chạy mô hình động xác định thông số động học: a Chạy tải trọng động ứng với thời gian lưu nước(24h): lập bảng số liệu, vẽ đồ thị quan hệ thời gian hiệu khử COD, COD vào Tải trọng T Hiệu Ngày COD(mg/l) pH (kgCOD/m ngày) (giờ) % COD SS Vào Vào Ra Ra Th.S Lâm Vónh Sơn PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com Trang 40 Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghệ TP.Hồ Chí Minh – Khoa Môi Trường CNCH COD vao × 10 −3 T (ngay) 24 24 24 24 24 24 b Chạy tải trọng động ứng với thời gian lưu nước(12h): lập bảng số liệu, vẽ đồ thị quan hệ thời gian hiệu khử COD, COD vào Ngày Tải trọng (kgCOD/m3.ngày) T (giờ) COD(mg/l) Vào COD vao ×10 T (ngay) −3 Ra Hiệu % COD pH Vào SS Ra 12 12 12 12 12 12 c Chạy tải trọng động ứng với thời gian lưu nước(8h): lập bảng số liệu, vẽ đồ thị quan hệ thời gian hiệu khử COD, COD vào Tải trọng T Hiệu Ngày COD(mg/l) pH (kgCOD/m ngày) (giờ) % COD SS Vào Vào Ra Ra −3 COD vao ×10 T (ngay) 8 8 d Xác định hệ số động học: Các hệ số động học trình sinh học hiếu khí bao gồm số bán vận tốc Ks, tốc độ sử dụng chất tối đa K, tốc độ sinh trưởng vùng tối đa µm, hệ số sản lượng tối đa Y hệ số phân huỷ nội bào Kd Các thông số xác định theo phương trình sau: Th.S Lâm Vónh Sơn PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com Trang 41 Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghệ TP.Hồ Chí Minh – Khoa Môi Trường CNCH Ks 1 * + K S K [Y ( S − S )] = − Kd ( X θ ) θc X θ ( S − S ) = Trong đó: X : Hàm lượng bùn hoạt tính MLSS, mg/l (SS) θ : Thời gian lưu nước, ngày θc : Thời gian lưu bùn, ngày S0 : Hàm lượng COD ban đầu (mg/l) S : Hàm lượng COD thời gian lưu nước θ Dựa vào số liệu thí nghiệm phương pháp hồi quy tuyến tính, xác định mối quan hệ bậc nhất(y= ax + b) thông số động học qua việc tìm hệ số a b đường thẳng y= ax + b Lập bảng chọn lựa sau: Cột S: - Lấy từ lúc bắt đầu chạy với t = ngày đến COD bắt đầu giảm (chạy động) - Lấy tiếp giá trị chạy với t = 0,5 ngày COD max - Lấy tiếp giá trị thời điểm chạy tónh (tăng tải trọng) với t = 24(h), t = 12(h), t = 8(h), t = 6(h) Ta baûng sau: S0 - S θn = θb X 1/S Xθ(S0 – S) (S0 – S)/ Xθ 1/θb Vẽ đường thẳng hồi quy tuyến tính quan hệ thông số (S0 - S)/ (θ.X) 1/Tb Từ ta có daïng: y = ax + b Kd = b Y =a - Vẽ đường thẳng hồi quy tuyến tính quan hệ Xθ/ (S0 – S) 1/S Từ ñoù ta coù : y= ax + b 1  b = K ⇒ K = b  ⇒  K S = a ⇒ K = a.K S K  Th.S Lâm Vónh Sơn PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com Trang 42 Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghệ TP.Hồ Chí Minh – Khoa Môi Trường CNCH Tài liệu tham khảo Trần Văn Nhân, Ngô Thị Nga, Giáo trình công nghệ xử lý nước thải, Nhà xuất Khoa Học Kỹ Thuật Hà Nội 1999 Lê Xuân Mai, Nguyễn Bạch Tuyết, Giáo trình phân tích định lượng, Trường Đại học Bách Khoa TPHCM Environmental Engineering – Mc Graw – Hill – Iternational Edition – Gerard Kiely – 1996 Hoaøng Huệ – PGS,PTS, Xử lý nước thải, Nhà xuất xây dựng, 11/1996 Lâm Minh Triết – nguyễn Thanh Hùng- Nguyễn Phước Dân, xử lý nước thải đô thị, công nghiệp Lâm Minh Triết cộng sự: Tập báo cáo kết nghiên cứu xác định quy trình công nghệ xử lý nước thải loại hình công nghiệp Tp.HCM – Sở KHCN MT Tp HCM, 1997 – 1998 Metcalf and Eddy: Wastewater Engineering Treament, Disposal, Reuse third Edition 1991 Th.S Lâm Vónh Sôn PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com Trang 43 ... Đại Học Kỹ Thuật Công Nghệ TP.Hồ Chí Minh – Khoa Môi Trường CNCH Bài XỬ LÝ VÀ TÁI XỬ DỤNG XỈ KẼM 6.1 MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM Sinh viên làm quen với việc xử lý theo hướng tận dụng loại chất thải rắn... tan nước khoảng 25% 18,5% 6.2.3 Công nghệ xử lý tận dụng chất thải rắn xỉ kẽm Để thu lại kẽm có chất thải rắn xử lý chất thải tránh gây ô nhiễm môi trường xử dụng sơ đồ công nghệ sau: Th.S Lâm Vónh... thực xử lý phương pháp sinh hóa nước thải công ngiệp chung với nước thải sinh hoạt hiệu suất xử lý cao so với xử lý nước thải công nghiệp Hỗn hợp nước thải công nghiệp sinh hoạt chảy vào công trình