nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi heo ở trại Xuân Thọ III

nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi heo ở trại Xuân Thọ III

Chương 4 Nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi heo ở trại Xuân Thọ III bằng quá trình lọc sinh học kị khí http://www.ebook.edu.vn 43 4.1 Sơ lược nội dung và phương pháp nghiên cứu Nước thải sau bể biogas được lấy về. Để lắng 2 giờ để loại bỏ cặn lơ lửng dễ lắng. ¾ Xác định thành phần tính chất nước thải sau lắng. ¾ Tiến hành chạy trên mô hình thí nghiệm lọc sinh học kị khí tĩnh. - Xác định khả năng xử lý đối với nước thải chăn nuôi sau bể biogas. - Xác định đặc tính xử lý theo thời gian của mô hình thí nghiệm. - Xác định các thông số động học ¾ Tiến hành chạy trên mô hình thí nghiêm lọc sinh học kị khí động. - Xác định hiệu quả xử lý ứng với các thời gian lưu nước khác nhau. Từ đó chọn ra thời gian lưu nước tốt nhất. - Xác định tải trọng tối ưu ứng với thời gian lưu nước tốt nhất Từ các kết quả thu được, ứng dụng các lý thuyết đ ã biết để giải thích và rút ra kết luận. Chương 4 Nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi heo ở trại Xuân Thọ III bằng quá trình lọc sinh học kị khí http://www.ebook.edu.vn 44 4.2 Xác định thành phần tính chất nước thải Bảng 4.1: Thành phần tính chất nước thải sau lắng Chỉ tiêu Kết quả phân tích Đơn vị pH 7.23 - 8.07 COD 1300 - 1700 mg/l BOD 5 845 - 1190 mg/l SS 200 - 400 mg/l N-NH 3 304 - 471 mg/l N-tổng 512 - 594 mg/l P-tổng 13.8 - 62 mg/l 4.3 Mô hình thí nghiệm và nguyên tắc hoạt động 4.3.1 Mô hình thí nghiệm Chương 4 Nghiên cứu xử lý nước thải chăn ni heo ở trại Xn Thọ III bằng q trình lọc sinh học kị khí http://www.ebook.edu.vn 45 Hình 4.1: Mơ hình lọc kị khí tĩnh Hình 4.2: Mơ hình lọc kị khí động Bơm đònh lượng Nước ra Lớp vật liệu lọc sơ dừa Nước vào Van xả đáy Van lấy nước Van xả đáy Bơm Lớp vật liệu lọc sơ dừa Van lấy mẫu Chương 4 Nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi heo ở trại Xuân Thọ III bằng quá trình lọc sinh học kị khí http://www.ebook.edu.vn 46 Mô hình tĩnh và động được làm từ các bình nhựa trong, có kích thước: • Đường kính: 330 mm • Chiều cao bình: 450 mm • Thể tích bình: 20 lít Các thông số ban đầu của mô hình lọc kị khí tĩnh và động: • Vật liệu lọc: sơ dừa, dạng sợi • Đăc tính của sơ dừa: 9 Đường kính một sợi: 0.435 mm 9 Khối lượng riêng của sơ dừa đã nén chặ t: 234.3 kg/m 3 • Tổng chiều cao lớp lọc sơ dừa: 350 mm • Tổng thể tích sơ dừa trong nước: 4 lít • Khối lượng sơ dừa: 1kg • Tổng thể tích chứa nước: 14 lít. • Tổng thể tích sơ dừa và nước trong mô hình: 18 lít 4.3.2 Nguyên tắc hoạt động 9 Mô hình lọc kị khí tĩnh: Ban đầu nước thải được bơm vào mô hình thông qua van xả đáy. Sau đó nước được bơm tuần hoàn từ đỉnh xuống đáy mô hình trong suốt thời gian khảo sát. Khi hiệu quả xử lý đạt mức ổn định, nước được tháo ra ngoài qua van xả đáy. Tại vị trí van lấy mẫu, tiến hành lấy mẫu phân tích. 9 Mô hình lọc kị khí động: Nước được bơm xuống đáy mô hình thông qua bơm định lượng. Khi hết thời gian lưu nước trong mô hình, nước tràn ra ngoài theo van lấy nước. Tiến hành lấy mẫu đầu vào hệ thống ngay tại vị trí đầu ra của bơm, và đầu ra hệ thống ngay tại vị trí van lấy nước. 4.4 Phương pháp thí nghiệm 4.4.1 Thí nghiệm trên mô hình tĩnh 9 Giai đoạn thích nghi Mục đích là tạo ra lớp màng vi sinh dính bám lên lớp vật liệu lọc để xử lý nước thải. Giai đoạn thích nghi bắt đầu với nồng độ COD = 600mg/l. Nước thải được bơm tuần hoàn trong suốt thời gian thích nghi.Để đẩy nhanh quá trình thích nghi, thúc đẩy quá Chương 4 Nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi heo ở trại Xuân Thọ III bằng quá trình lọc sinh học kị khí http://www.ebook.edu.vn 47 trình hình thành màng vi sinh dính bám lên sơ dừa, tiến hành bổ sung bùn lấy từ hệ thống phân huỷ khị khí. Bùn lấy về, rây qua lưới lọc, loại bỏ rác và sạn sau đó cho vào mô hình sao cho hàm lượng VSS ban đầu là 10-12g VSS/1 lít nước thải. Giai đoạn thích nghi kết thúc khi hiệu quả xử lý ổn định và hình thành lớp màng vi sinh dính bám trên sơ dừa. Giai đoạn thích nghi của mô hình thí nghiệm kéo dài trong 2 tuần, 1 tuần cho 1 lần thay nước với nồng độ COD = 600 mg/l. Trong giai đoạn thích nghi, ti ến hành đo các chỉ tiêu COD, pH. 9 Giai đoạn tăng nồng độ Sau khi thích nghi, tiến hành tăng nồng độ và theo dõi hiệu quả xử lý ở các nồng độ COD = 600 mg/l , 1200 mg/l, 1500 mg/l. Thời gian theo dõi là 2 ngày. Mỗi nồng độ chạy trong 2 tuần. Cuối mỗi nồng độ, tiến hành theo dõi đặc tính xử lý của mô hình theo thời gian. Ở mỗi nồng độ, tiến hành phân tích các chỉ tiêu COD, BOD 5 , pH, N-NH 3 ,PO 4 3- , N tổng. Nhưng do điều kiện thí nghiệm không cho phép để thực hiện phân tích các chỉ tiêu BOD 5 ,PO 4 3- , N tổng một cách thường xuyên nên các thông số kiểm soát thường xuyên cho cả mô hình tĩnh và động là COD, N-NH 3, pH. 4.4.2 Thí nghiệm trên mô hình động 9 Giai đoạn thích nghi: Tương tự như mô hình tĩnh. Nước thải được bơm tuần hoàn trong suốt quá trình thích nghi bằng bơm định lượng với lưu lượng 28.8 lít/ngày đến khi hình thành lớp màng vi sinh và hiệu quả xử lý ổn định. 9 Giai đoạn ổn định: Tiến hành khảo sát hiệu quả xử lý của mô hình ở các thời gian lưu nước khác nhau, theo thứ tự giảm dần thời gian lưu: HRT = 24giờ, 12giờ, 8giờ và 4 giờ. Với HRT = 24 giờ, tiến hành tăng dần nồng độ đến khi đạt được nồng độ thực COD = 1500 mg/l và hiệu quả xử lý ổn định thì giảm dần thời gian lưu nước. Trong quá trình thí nghiệm, thực hiện phân tích thường xuyên các chỉ tiêu: COD, pH, NH 3 . 4.5 Kết quả thí nghiệm và thảo luận 4.5.1 Mô hình tĩnh 4.5.1.1 Theo dõi hiệu quả xử lý ứng với các nồng độ COD khác nhau Chương 4 Nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi heo ở trại Xuân Thọ III bằng quá trình lọc sinh học kị khí http://www.ebook.edu.vn 48 H N- NH3 (%) -9.3 17.2 15.1 18.0 -6.8 -19.4 15.9 - 4.7 10.1 39.3 16.9 -3.7 -10.8 22.8 12.1 11.7 -15.6 12.8 8.7 8.9 2.6 N-NH 3r mg/l (HRT= 2 ngày) 223.0 213.0 260.5 174.0 189.0 289.0 224.5 326.0 320.0 253.0 247.0 320.0 210.0 237.0 291.0 321.0 367.0 344.5 396.0 364.0 352.0 N-NH 3v mg/l 204.0 258.0 307.0 212.5 117.0 242.0 209.0 311.5 356.0 279.0 298.0 349.0 190.0 307.0 327.5 363.5 317.5 395.0 433.5 399.5 361.5 pH r (HRT= 2 ngày) 7.85 7.88 7.48 7.66 7.58 7.86 7.68 7.94 7.84 7.73 7.73 8.10 7.75 7.51 7.70 7.51 7.68 7.57 7.68 7.93 7.64 pH r (HRT= 1 ngày) 7.84 7.65 7.58 7.58 7.84 7.65 7.45 7.84 8.06 8.02 7.85 8.09 7.89 7.30 7.61 7.55 7.60 7.60 7.52 7.87 7.57 pH V 7.77 7.38 7.62 7.52 7.21 7.74 7.42 7.81 7.57 7.68 7.92 7.59 7.57 7.42 7.52 7.30 7.62 7.73 7.41 7.82 7.62 H COD (%) (HRT= 2 ngày) 29.5 40.3 68.0 68.1 65.9 67.1 68.9 68.0 69.6 69.7 71.3 78.5 71.4 70.3 63.7 67.0 67.5 67.8 68.5 70.0 67.8 H COD (%) (HRT= 1 ngày) 15.7 34.2 66.0 66.3 65.9 67.1 68.9 68.0 65.0 68.2 62.7 78.5 71.4 70.3 64.0 62.0 65.0 66.9 66.1 68.1 67.8 COD r (HRT= 2 ngày) 470 398 192 208 250 224 204 339 343 340 315 206 324 302 523 504 520 476 483 445 502 COD r (HRT= 1 ngày) 562 439 204 220 250 238 204 339 395 357 409 206 324 302 518 580 560 490 520 474 502 COD v 667 667 600 652 733 680 655 1059 1129 1123 1097 960 1134 1018 1440 1527 1600 1480 1532 1484 1557 Bảng 4.2: Kết quả chạy mô hình tĩnh ở các nồng độ COD khác nhau COD= 600 mg/l COD= 1000 mg/l COD= 1500 mg/l Chương 4 Nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi heo ở trại Xuân Thọ III bằng quá trình lọc sinh học kị khí http://www.ebook.edu.vn 49 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 012345678910111213141516171819202122 COD (mg/l) COD vào COD ra (HRT=1 ngày) COD ra (HRT=2 ngày) 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 COD (mg/l) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Hiệu quả xử lý (%) COD vào Hiệu quả xử lý (HRT=1 ngày) Hiệu quả xử lý (HRT=2 ngày) HRT: thời gian lưu nước. Đồ thị 4.1: Sự biến đổi COD ở các nồng độ khác nhau Đồ thị 4.2: Hiệu quả xử lý COD ở các nồng độ khác nhau Chương 4 Nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi heo ở trại Xuân Thọ III bằng quá trình lọc sinh học kị khí http://www.ebook.edu.vn 50 0 100 200 300 400 500 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 N-NH 3 (mg/l) N-NH3 vào N-NH3 ra (HRT=2 ngày) 0 100 200 300 400 500 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 N-NH3 (mg/l) -30 -20 -10 0 10 20 30 Hiệu quả xử lý (%) N-NH3 vào Hiệu quả xử lý (% ) Đồ thị 4.3: Sự biến đổi N-NH 3 ở các nồng độ khác nhau Đồ thị 4.4: Hiệu quả xử lý N-NH 3 ở các nồng độ khác nhau Chương 4 Nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi heo ở trại Xuân Thọ III bằng quá trình lọc sinh học kị khí http://www.ebook.edu.vn 51 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0 8.5 012345678910111213141516171819202122 pH pH vào pH ra (HRT=2ngày) Đồ thị 4.5: Sự biến đổi pH ở các nồng độ COD khác nhau Nhận xét: Trong giai đoạn thích nghi ban đầu, tại COD = 600 mg/l, hiệu quả xử lý COD sau 1 ngày lưu nước chỉ đạt 15-34%, sau 2 ngày lưu nước chỉ đạt 35-40%. Hiệu quả xử lý thấp do vi sinh vật chưa thích nghi và chưa dính bám tốt. Sau giai đoạn thích nghi, hiệu quả xử lý tăng lên và đạt ổn định . 9 T ại nồng độ COD = 600 mg/l, hiệu quả xử lý COD sau 1 ngày lưu nước 1 khoảng 65-69%, sau 2 ngày lưu nước khoảng 65-68%. 9 Tại nồng độ COD = 1000 mg/l, hiệu quả xử lý COD sau 1 ngày lưu nước khoảng 65-71%, sau 2 ngày lưu nước khoảng 68%-71%. 9 Tại nồng độ COD = 1500 mg/l, hiệu quả xử lý COD sau 1 ngày lưu nước: 64-67%, sau 2 ngày lưu nước: 66-68%. Nhìn trên đồ thị, ta thấy rõ sự ổn định về hiệu suất xử lý khi tăng COD từ 600 mg/l lên 1000 mg/l và 1500 mg/l. Hiệu quả xử lý COD ở cả 3 nồng độ khá cao 65-70% (sau khi đã qua 1 bậc xử lý kị khí trong bể biogas). Ở mỗi nồng độ, không có sự khác biệt đáng kể về hiệu xuất xử lý COD sau 1 ngày lưu nước và 2 ngày lưu nước. Điều này có thể giải thích do nước thải chăn nuôi là loại nước thải dễ phân hủy sinh học; hơn nữa, sau khi qua bể biogas, một phần các chất h ữu cơ đã bị phân hủy, những chất khó phân huỷ cũng đã được vi khuẩn thuỷ phân, lên men và vi khuẩn acid hoá chuyển thành các hợp chất đơn giản, dễ phân Chương 4 Nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi heo ở trại Xuân Thọ III bằng quá trình lọc sinh học kị khí http://www.ebook.edu.vn 52 hủy, thuận lợi cho hoạt động phân huỷ của hệ vi sinh kị khí trong quá trình lọc kị khí. Do đó tốc độ methane hoá trong quá trình lọc kị khí xãy ra nhanh hơn, hiệu quả xử lý ở các nồng độ khá cao và ổn định sau thời gian xử lý là 1 ngày. Vậy ta có thể chọn thời gian lưu nước là 1 ngày. pH tăng ít từ 0.03 đến 0.3 đơn vị. N-NH 3 ứng với thời gian lưu nước 2 ngày biến động (tăng hoặc giảm) 20-40 mg/l. Sự biến động này là do ảnh hưởng của NH 3 sinh ra trong quá trình kị khí và NH 3 do vi khuẩn sử dụng để tổng hợp tế bào. 4.5.1.2.Theo dõi sự biến đổi các thông số theo thời gian ứng với các nồng độ COD khác nhau a. Nồng độ COD = 600 mg/l Bảng 4.3: Sự biến đổi các thông số theo thời gian tại COD = 600 mg/l Giờ COD (mg/l) Hiệu quả xử lý H COD (%) pH N-NH 3 (mg/l) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 776 565 426 353 311 345 334 353 338 310 296 310 310 268 240 240 240 240 240 0 27.2 45.1 54.5 59.9 55.5 57.0 54.5 56.4 60.1 60.1 65.5 69.1 69.1 69.1 69.1 69.1 69.1 69.1 7.98 - 7.71 - 7.77 - 8.00 - 8.07 - 7.95 - 7.98 - 8.08 - 8.04 - 8.07 250 - 275 - 263 - 242 - 225 - 210 - 222 - 231 - 216 - 222 [...]... sau 1 ngày lưu nước và 2 ngày lưu nước) , ta có thể chọn thời gian lưu nước để xử lý nước thải chăn nuôi sau quá trình biogas cho trại Xuân Thọ III là 1 ngày http://www.ebook.edu.vn 67 Hiệu quả xử lý (%) Chương 4 Nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi heo ở trại Xuân Thọ III bằng quá trình lọc sinh học kị khí 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 3 kgCOD/m ngày Hiệu quả xử lý (%) Đồ thị 4.24:... gian lưu nước 24 giờ http://www.ebook.edu.vn 62 Chương 4 Nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi heo ở trại Xuân Thọ III bằng quá trình lọc sinh học kị khí Nhận xét: Ứng với thời gian lưu nước HRT = 24 giờ, hiệu quả xử lý ổn định ở các nồng độ COD khác nhau Hiệu quả xử lý khá cao, 70% Kết quả này tương tự như kết quả thu được trong mô hình tĩnh khi khảo sát ở thời gian lưu nước 1 ngày Hiệu quả xử lý cao... quả xử lý COD theo tải trọng 75 70 65 60 55 50 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 3 kgCOD/m ngày Đồ thị 4.25: Hiệu quả xử lý COD theo tải trọng ứng với thời gian lưu nước HRT = 24 giờ Theo đồ thị, tải trọng tối ưu của mô hình ứng với thời gian lưu nước 24 giờ là 1-1.2 kg COD/m3.ngày, khi đó hiệu quả xử lý đạt 71-72% http://www.ebook.edu.vn 68 Chương 4 Nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi heo ở trại Xuân Thọ III bằng... NH3 tự do, sau đó giảm ở các giờ tiếp theo do vi khuẩn sử dụng để tổng hợp tế bào và 1 phần NH3 thoát ra ngoài mô hình http://www.ebook.edu.vn 59 Chương 4 Nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi heo ở trại Xuân Thọ III bằng quá trình lọc sinh học kị khí Trong quá trình lọc kị khí, hiệu quả xử lý N-NH3 không đáng kể Ở nồng độ càng cao, hiệu quả xử lý N-NH3 càng kém kết quả theo dõi ở COD = 1500 mg/l cho... quả xử lý Đồ thị 4.6: Sự biến đổi COD theo thời gian tại nồng độ 600mg/l pH 8.50 8.00 7.50 7.00 6.50 6.00 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Giờ Đồ thị 4.7: Sự biến đổi pH theo thời gian tại nồng độ COD = 600 mg/l http://www.ebook.edu.vn 53 Hiệu quả xử lý (%) COD (mg/l) Chương 4 Nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi heo ở trại Xuân Thọ III bằng quá trình lọc sinh học kị khí N-NH3 (mg/l) Chương 4 Nghiên cứu xử. .. với thời gian lưu nước 8 giờ Nhận xét: Hiệu quả xử lý COD giảm còn 50-53% và pH đầu ra tăng 0.2-0.4 đơn vị http://www.ebook.edu.vn 65 6 Hiệu quả xử lý (%) c Thời gian lưu nước HRT = 8 giờ Chương 4 Nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi heo ở trại Xuân Thọ III bằng quá trình lọc sinh học kị khí 40 35 30 25 20 15 10 5 0 1800 1500 1200 900 600 300 0 0 1 2 COD vào 3 4 COD ra 5 6 Hiệu quả xử lý (%) COD (mg/l)... với ở thời gian lưu nước 24 giờ (hiệu quả xử lý đạt 66-70%) Tương tự như trên, pH đầu ra tăng 0.2 – 0.3 đơn vị http://www.ebook.edu.vn 64 Chương 4 Nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi heo ở trại Xuân Thọ III bằng quá trình lọc sinh học kị khí 60 1500 50 1200 40 900 30 600 20 300 COD (mg/l) 1800 10 0 0 0 1 2 COD vào 3 4 COD ra 5 6 Hiệu quả xử lý pH Đồ thị 4.19: Sự biến đổi COD ứng với thời gian lưu nước. .. thích: ở thời gian lưu thấp, vận tốc nước đi qua màng lớn, thời gian tiếp xúc giữa màng vi sinh và http://www.ebook.edu.vn 66 Chương 4 Nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi heo ở trại Xuân Thọ III bằng quá trình lọc sinh học kị khí Hiệu quả xử lý (%) cơ chất giảm, do đó khả năng khuyếch tán và hấp phụ cơ chất cũng giảm làm cho hiệu quả xử lý COD thấp xuống Hiệu quả xử lý COD giảm đồng thời pH đầu ra cũng... Chương 4 Nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi heo ở trại Xuân Thọ III bằng quá trình lọc sinh học kị khí a Thời gian lưu nước HRT = 24 giờ 1600 80 1400 70 1200 60 1000 50 40 600 30 400 20 200 10 0 Hiệu quả xử lý (%) 90 800 COD (mg/l) 1800 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 Ngày COD vào COD ra Hiệu quả xử lý pH Đồ thị 4.15: Sự biến đổi COD ứng với thời gian lưu nước. .. sự ổn định hiệu suất xử lý khi tăng nồng độ từ 600 lên 1500 mg/l ứng với HRT = 24 giờ Hiệu quả xử lý COD cao đồng thời với pH đầu ra tăng 0.2-0.4 đơn vị pH tăng do quá trình vi sinh vật sử dụng cơ chất để tổng hợp tế bào, lấy đi H+ trong nước và do quá trình giải phóng độ kiềm bicarbonate http://www.ebook.edu.vn 63 Chương 4 Nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi heo ở trại Xuân Thọ III bằng quá trình lọc