1.1.NỘI DUNG THÍ NGHIỆM Xác định tần suất phân bố vận tốc lắng của các hạt lơ lửng trong nước và nước thải. Xác định quá trình lắng trong cột. Tính toán các thông số cơ bản phục vụ tính toán thiết kế bể lắng. 1.2.MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM 1.2.1.Mô hình cột lắng tĩnh lí thuyết Hình 1.1.Mô hình cột lắng tĩnh Cao 2m Mỗi van cách nhau : 20cm 1.2.2. Mô hình cột lắng trong thí nghiệm Cao 2m; Mỗi van cách nhau : 0.2m; Van 6 cách van 5 : 0.25m (nối mặt bích); Đường kính: 0.3m; Lưu lượng máy bơm: 108Lphút. 1.2.3.Đặc điểm mẫu nước sử dụng trong phòng thí nghiệm Nước thải: đục và có cặn lơ lửng. 1.3.THIẾT BỊ, DỤNG CỤ Mô hình cột lắng tĩnh; Ly lấy mẫu; Máy đo độ đục; Nhiệt kế; Đồng hồ bấm giây; Thước đo; Bộ lọc chân không; Ống đong 100ml; Giấy lọc sợi thủy tinh; Tủ sấy 1050C; Cân phân tích; 1.3.TRÌNH TỰ THÍ NGHIỆM 1.3.1.Chuẩn bị dụng cụ Chuẩn bị bảng ghi số liệu; Chuẩn bị các cốc lấy mẫu (ghi rõ thời gian lấy mẫu, đánh số thứ tự từ 1 đến 9 cho 9 van lấy mẫu); Kiểm tra mô hình thí nghiệm: các van đóng (mở) như thế nào, vị trí lấy mẫu và đánh số thứ tự. 1.3.2.Vận hành mô hình thí nghiệm
Bài QUÁ TRÌNH LẮNG 1.1.NỘI DUNG THÍ NGHIỆM − Xác định tần suất phân bố vận tốc lắng hạt lơ lửng nước nước thải − Xác định trình lắng cột − Tính toán thông số phục vụ tính toán thiết kế bể lắng 1.2.MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM 1.2.1.Mô hình cột lắng tĩnh lí thuyết Hình 1.1.Mô hình cột lắng tĩnh − Cao 2m − Mỗi van cách : 20cm 1.2.2 Mô hình cột lắng thí nghiệm − Cao 2m; − Mỗi van cách : 0.2m; − Van cách van : 0.25m (nối mặt bích); − Đường kính: 0.3m; − Lưu lượng máy bơm: 108L/phút 1.2.3.Đặc điểm mẫu nước sử dụng phòng thí nghiệm Nước thải: đục có cặn lơ lửng 1.3.THIẾT BỊ, DỤNG CỤ − Mô hình cột lắng tĩnh; − Ly lấy mẫu; − Máy đo độ đục; − Nhiệt kế; − Đồng hồ bấm giây; − Thước đo; − Bộ lọc chân không; − Ống đong 100ml; − Giấy lọc sợi thủy tinh; − Tủ sấy 1050C; − Cân phân tích; 1.3.TRÌNH TỰ THÍ NGHIỆM 1.3.1.Chuẩn bị dụng cụ − Chuẩn bị bảng ghi số liệu; − Chuẩn bị cốc lấy mẫu (ghi rõ thời gian lấy mẫu, đánh số thứ tự từ đến cho van lấy mẫu); − Kiểm tra mô hình thí nghiệm: van đóng (mở) nào, vị trí lấy mẫu đánh số thứ tự 1.3.2.Vận hành mô hình thí nghiệm − Mở van ống đẩy; − Tắt van mồi bơm Thử bơm, bơm chạy tốt => tắt bơm không mở van mồi − Đóng van tuần hoàn để nước không chảy ngược bể chứa; − Mở máy bơm (Qmax = 108L/min) − Bơm nước tới ½ cột lắng; mở van tuần hoàn khoảng 10 − 15 phút để nước xáo trộn hoàn toàn, lấy mẫu nước van đo độ hấp thu bước sóng 450nm, độ hấp thu mẫu nước khóa van tuần hoàn lại − Khi thấy nước đầy, lấy mẫu ban đầu đo độ đục, SS, nhiệt độ ban đầu − Tắt bơm, chờ phút cho nước tĩnh bắt đầu trình lắng (tính thời điểm t = 0) − Bắt đầu tính thời gian lấy mẫu t =10, 20, 30, 40, 60, 80, 100, 120 phút, lấy mẫu đo độ đục Riêng mẫu van (cách mặt nước 100cm) đo độ đục SS − Tại van cách mặt nước 100cm đo độ đục SS Ở van đánh giá gần xác mối tương quan độ đục SS lấy van gần với mặt nước theo thời gian hạt lắng độ đục SS không thay đổi không xác định mối tương quan Và xác định xác vị trí vùng chứa cặn bể lắng lấy mẫu SS van hàm lượng SS độ đục không thay đổi − Để tránh sai số phải lấy mẫu lúc khoảng thời gian lần lấy mẫu không đáng kể − Mỗi lần lấy mẫu lấy lượng vừa đủ (để xác định độ đục SS) kết thúc thí nghiệm mực nước lại cột lắng phải cao van (cách mặt nước 20cm) Lắc mẫu trước đo độ hấp thu 1.4.KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM 1.4.1.Số liệu đo độ hấp thu − Đo độ hấp thu mẫu nước lấy từ cột lắng theo thời gian máy Spectrometric bước sóng 450 nm − Tại thời điểm t = 0, Abs = 0.057 − Mẫu khác: Độ sâu 0.2 0.4 0.6 0.8 (m) Thời gian Van Van Van Van (phút) 10 0.056 0.055 0.054 0.054 20 0.055 0.055 0.054 0.053 30 0.053 0.052 0.051 0.05 40 0.052 0.051 0.05 0.049 60 0.051 0.051 0.05 0.049 80 0.05 0.049 0.048 0.046 100 0.049 0.048 0.046 0.045 120 0.048 0.047 0.046 0.045 Số liệu đo SS (mg/l) van số theo thời gian 1.25 1.45 1.65 1.85 Van Van Van Van Van 0.053 0.053 0.049 0.048 0.048 0.045 0.045 0.044 0.053 0.052 0.049 0.048 0.047 0.045 0.044 0.044 0.052 0.051 0.048 0.046 0.046 0.044 0.044 0.043 0.051 0.05 0.047 0.046 0.046 0.043 0.043 0.043 0.051 0.049 0.047 0.045 0.045 0.043 0.043 0.043 SS (mg/L) = Thời gian (phút) 10 20 30 40 60 80 100 120 m0 (g) 0.1702 0.1755 0.1707 0.1803 0.167 0.1462 0.1747 0.1733 0.1628 m1 (g) 0.1736 0.1781 0.1731 0.1815 0.1682 0.1473 0.1755 0.1739 0.1631 SS (mg/L) 34 26 24 12 12 11 1.4.2.Tính toán độ đục Phương trình đường chuẩn độ đục: Y = 329.5X – 5.467; R2 = 0.993; Abs: 0.021 – 0.21 Y: Độ đục (NTU); X: Độ hấp thu (Abs) Dựa vào phương trình đường chuẩn với độ hấp thu (Abs) đo được, ta có kết độ đục van lấy mẫu thời điểm khác sau: Thời gian ( phút) 10 20 30 40 60 80 100 120 Van 13.31 12.99 12.66 12 11.67 11.34 11.01 10.68 10.35 Van 13.31 12.66 12.66 11.67 11.34 11.34 10.68 10.35 10.02 Độ đục (NTU) Van Van Van Van 13.31 13.31 13.31 13.31 12.33 12.33 12 12 12.33 12 12 11.67 11.34 11.01 10.68 10.68 11.01 10.68 10.35 10.35 11.01 10.68 10.35 10.02 10.35 9.69 9.36 9.36 9.69 9.36 9.36 9.03 9.69 9.36 9.03 9.03 Van Van Van 13.31 11.67 11.34 10.35 9.69 9.69 9.03 9.03 8.7 13.31 11.34 11.01 10.02 9.69 9.69 8.7 8.7 8.7 13.31 11.34 10.68 10.02 9.36 9.36 8.7 8.7 8.7 Nhận xét: Ở thời điểm khác van lấy mẫu kết độ đục giảm dần theo thời gian.Vì nước cần xử lí sau trộn với chất keo tụ bể trộn vào bể lắng theo phương thẳng đứng từ lên, hạt cặn mầm keo tụ va chạm với thành hạt lớn sau thời gian hạt lơ lửng nước kết dính với thành đám mây cặn lơ lửng Nước tiếp tục vào qua lớp cặn lơ lửng,các hạt cặn bé bị giữ lại lớp kết sau tốc độ lắng tốt nên độ đục giảm dần theo thời gian 1.4.3.Tính toán SS Phương trình quy đổi độ đục thành SS có dạng:Y = aX + b Y: SS (mg/L); X: Độ đục (NTU); a,b: số; Vẽ đồ thị hàm số với kết độ đục SS đo van để xác định số a,b phương trình: Thời gian (phút) Độ đục 13.31 (NTU) SS (mg/L) 34 Ta có biểu đồ: 10 20 12 12 26 24 30 10.6 12 40 60 80 100 120 10.35 10.35 9.36 9.36 9.03 12 11 Hình 1.2.Biểu đồ thể mối tương quan độ đục SS Phương trình quy đổi độ đục thành SS: Y = 7.1104X – 61.081 Theo phương trình ta có bảng kết SS Thời gian ( phút ) 10 20 30 40 60 80 100 120 Van 33.56 31.28 28.94 24.24 21.9 19.55 17.2 14.86 12.51 Van 33.56 28.94 28.94 21.9 19.55 19.55 14.86 12.51 10.17 Van 33.56 26.59 26.59 19.55 17.2 17.2 12.51 7.82 7.82 Van 33.56 26.59 24.24 17.2 14.86 14.86 7.82 5.47 5.47 SS (mg/L) Van 33.56 24.24 24.24 14.86 12.51 12.51 5.47 5.47 3.13 Van 33.56 24.24 21.9 14.86 12.51 10.17 5.47 3.13 3.13 Van 33.56 21.9 19.55 12.51 7.82 7.82 3.13 3.13 0.78 Van 33.56 19.55 17.2 10.17 7.82 7.82 0.78 0.78 0.78 Van 33.56 19.55 14.86 10.17 5.47 5.47 0.78 0.78 0.78 1.4.4.Nhận xét trình lắng Vẽ đường cong p – s Bảng1.1 Số liệu đường cong p – s H = 0.2m t ( s) 600 1200 1800 2400 3600 4800 6000 7200 t ( s) 600 1200 1800 2400 3600 4800 6000 7200 SS (mg/L) 33.56 31.28 28.94 24.24 21.9 19.55 17.2 14.86 12.51 SS (mg/L) 33.56 26.59 24.24 17.2 14.86 14.86 7.82 5.47 5.47 p (%) 0.93 0.86 0.72 0.65 0.58 0.51 0.44 0.37 H = 0.8m p (%) 0.79 0.72 0.51 0.44 0.44 0.23 0.16 0.16 H = 0.4m s × 10-4 (m/s) 3.33 1.67 1.11 0.83 0.56 0.42 0.33 0.28 SS (mg/L) 33.56 28.94 28.94 21.9 19.55 19.55 14.86 12.51 10.17 s × 10-4 (m/s) 13.33 6.67 4.44 3.33 2.22 1.67 1.33 1.11 SS (mg/L) 33.56 24.24 24.24 14.86 12.51 12.51 5.47 5.47 3.13 H = 1.45m t ( s) 600 1200 1800 2400 3600 4800 6000 7200 SS (mg/L) 33.56 21.9 19.55 12.51 7.82 7.82 3.13 3.13 0.78 p (%) 0.65 0.58 0.37 0.23 0.23 0.09 0.09 0.02 p (%) 0.86 0.86 0.65 0.58 0.58 0.44 0.37 0.3 H = 1m p (%) 0.72 0.72 0.44 0.37 0.37 0.16 0.19 0.12 H = 0.6m s × 10-4 (m/s) 6.67 3.33 2.22 1.67 1.11 0.83 0.67 0.56 SS (mg/L) 33.56 26.59 26.59 19.55 17.2 17.2 12.51 7.82 7.82 s × 10-4 (m/s) 16.67 8.33 5.56 4.17 2.78 2.08 1.67 1.39 SS (mg/L) 33.56 24.24 24.24 14.86 12.51 12.51 5.47 5.47 3.13 H = 1.65m s × 10-4 (m/s) 24.17 12.08 8.06 6.04 4.03 3.02 2.42 2.01 SS (mg/L) 33.56 19.55 17.2 10.17 7.82 7.82 0.78 0.78 0.78 p (%) 0.58 0.51 0.3 0.23 0.23 0.02 0.02 0.02 p (%) 0.79 0.79 0.58 0.51 0.51 0.37 0.23 0.23 H = 1.25m p (%) 0.72 0.72 0.44 0.37 0.37 0.16 0.16 0.09 s × 10-4 (m/s) 10 3.33 2.5 1.67 1.25 0.83 s × 10-4 (m/s) 20.83 10.42 6.94 5.21 3.47 2.6 2.08 1.74 H = 1.85m s × 10-4 (m/s) 27.5 13.75 9.17 6.88 4.58 3.44 2.75 2.29 SS (mg/L) 33.56 19.55 14.86 10.17 5.47 5.47 0.78 0.78 0.78 p (%) 0.58 0.44 0.3 0.16 0.16 0.02 0.02 0.02 s × 10-4 (m/s) 30.83 15.42 10.28 7.71 5.14 3.85 3.08 2.26 Từ ta có biểu đồ: Hình 1.3.Sự phân bố tần suất tích lũy vận tốc lắng (đường cong p – s) Nhận xét: Từ đồ thị cho thấy trình lắng tạo đường cong p-s không trùng (Quá trình lắng tạo xảy khi, trình lắng, hạt kết hợp với hạt khác tạo thành cặn lớn lắng xuống Do đó, vận tốc lắng hạt tăng dần theo độ sâu lắng) 1.4.5.Vẽ đường cong r – s Bảng 1.2.Số liệu đường cong r – s Độ sâu 0.2m i si ×10-4 (m/s) p 1–p Pi − Pi-1 1/2(si + si-1) ×10-4 0.28 0.33 0.42 0.56 0.83 1.11 1.67 3.33 0.37 0.44 0.51 0.58 0.65 0.72 0.86 0.93 0.63 0.56 0.49 0.42 0.35 0.28 0.14 0.07 0.37 0.07 0.07 0.07 0.07 0.07 0.14 0.07 0.14 0.31 0.38 0.49 0.7 0.97 1.39 2.5 Diện tích (×10-4) 0.0518 0.0217 0.0266 0.0343 0.049 0.0679 0.1946 0.175 Diện tích tích lũy (×10-4) 0.0518 0.0735 0.1001 0.1344 0.1834 0.2513 0.4459 0.6209 r 0.815 0.6258 0.5533 0.4813 0.409 0.3412 0.2565 0.1226 Thời gian (phút) 120 100 80 60 40 30 20 10 Độ sâu 0.4m i si ×10-4 (m/s) p 1–p Pi − Pi-1 1/2(si + si-1) ×10-4 0.56 0.67 0.83 1.11 1.67 2.22 0.3 0.37 0.44 0.58 0.58 0.65 0.7 0.63 0.56 0.42 0.42 0.35 0.3 0.07 0.07 0.14 0.07 0.28 0.62 0.75 0.97 1.39 1.95 Diện tích (×10-4) 0.08 0.04 0.05 0.14 0.14 Diện tích tích lũy (×10-4) 0.08 0.12 0.17 0.31 0.31 0.45 r 0.85 0.69 0.62 0.54 0.42 0.41 Thời gian (phút) 120 100 80 60 40 30 3.33 6.67 0.86 0.86 0.14 0.14 0.21 2.78 0.58 1.03 1.03 0.32 0.14 20 10 Độ sâu 0.6m i si ×10-4 (m/s) p 1–p Pi − Pi-1 1/2(si + si-1) ×10-4 Diện tích (×10-4) 0 0 Diện tích tích lũy (×10-4) 0.83 0.23 0.77 0.23 0.42 0.0966 0.0966 0.23 0.77 0.92 0.0966 1.25 0.37 0.63 0.14 1.13 0.1582 0.2548 1.67 0.51 0.49 0.14 1.46 0.2044 0.4592 2.5 0.51 0.49 2.09 0.4592 3.33 0.58 0.42 0.07 2.92 0.2044 0.6636 0.79 0.21 0.21 4.17 0.8757 1.5393 10 0.79 0.21 7.5 1.5393 si ×10-4 (m/s) 1–p Pi − Pi-1 1/2(si + si-1) ×10-4 Diện tích p 1.11 1.33 1.67 2.22 3.33 4.44 6.67 0.16 0.16 0.23 0.44 0.44 0.51 0.72 0.16 0.07 0.21 0.07 0.21 0.56 1.22 1.5 1.95 2.78 3.89 5.56 Diện tích tích lũy (×10-4) 0.09 0.09 0.2 0.61 0.61 0.88 2.05 r 0.886 0.77 0.756 0.612 0.49 0.481 0.385 0.21 Thời gian (phút) 120 100 80 60 40 30 20 10 Độ sâu 0.8m i 0.84 0.84 0.77 0.56 0.56 0.49 0.28 (×10-4) 0.09 0.11 0.41 0.27 1.17 r 0.9211 0.84 0.8359 0.7447 0.56 0.5508 0.4554 Thời gian (phút) 120 100 80 60 40 30 20 13.33 0.79 0.21 0.07 10 Pi − Pi-1 1/2(si + si-1) ×10-4 0.7 2.75 0.2625 10 r Thời gian (phút) Độ sâu 1m i si ×10-4 (m/s) p 1.39 1.67 2.08 2.78 4.17 5.56 8.33 16.67 0.09 0.16 0.16 0.37 0.37 0.44 0.72 0.72 0.91 0.84 0.84 0.63 0.63 0.56 0.28 0.28 0.09 0.07 0.21 0.07 0.28 0 0.7 1.53 1.88 2.43 3.48 4.87 6.95 12.5 si ×10-4 (m/s) p 1–p Pi − Pi-1 1/2(si + si-1) ×10-4 1.74 2.08 2.6 3.47 5.21 6.94 10.42 20.83 0.09 0.09 0.16 0.3 0.37 0.44 0.65 0.72 0.09 0.07 0.14 0.07 0.07 0.21 0.07 0.87 1.91 2.34 3.04 4.34 6.08 8.68 15.63 Pi − Pi-1 1/2(si + si-1) ×10-4 0.02 0.07 0.14 0.14 1.01 2.22 2.72 3.53 5.04 7.05 1–p Diện tích (×10-4) 0.063 0.1071 0.5103 0.3409 1.946 Diện tích tích lũy (×10-4) 0.063 0.1701 0.1701 0.6804 0.6804 1.0213 2.9673 2.9673 0.9553 0.9041 0.84 0.8136 0.63 0.6213 0.5136 0.28 120 100 80 60 40 30 20 10 Độ sâu 1.25m i 0.91 0.91 0.84 0.7 0.63 0.56 0.35 0.28 Diện tích (×10-4) 0.0783 0.1638 0.4256 0.3038 0.4256 1.8228 1.0941 Diện tích tích lũy (×10-4) 0.0783 0.0783 0.2421 0.6677 0.9715 1.3971 3.2199 4.314 r 0.955 0.91 0.903 0.8227 0.6883 0.6213 0.5249 0.3325 Thời gian (phút) 120 100 80 60 40 30 20 10 Độ sâu 1.45m i si ×10-4 (m/s) p 2.01 2.42 3.02 4.03 6.04 8.06 0.02 0.09 0.09 0.23 0.23 0.37 1–p 0.98 0.91 0.91 0.77 0.77 0.63 Diện tích (×10-4) 0.0202 0.1554 0.4942 0.987 Diện tích tích lũy (×10-4) 0.0202 0.1756 0.1756 0.6698 0.6698 1.6568 r 0.99 0.9742 0.91 0.8926 0.77 0.7525 Thời gian (phút) 120 100 80 60 40 30 12.08 24.17 0.58 0.65 0.42 0.35 0.21 0.07 10.07 18.13 si ×10-4 (m/s) p 1–p Pi − Pi-1 1/2(si + si-1) ×10-4 2.29 2.75 3.44 4.58 6.88 9.17 13.75 27.5 0.02 0.02 0.02 0.23 0.23 0.3 0.51 0.58 0.98 0.98 0.98 0.77 0.77 0.7 0.49 0.42 0.02 0 0.21 0.07 0.21 0.07 1.15 2.52 3.1 4.01 5.73 8.03 11.46 20.63 si ×10-4 (m/s) p 1–p Pi − Pi-1 1/2(si + si-1) ×10-4 2.57 3.08 3.85 5.14 7.71 10.28 15.42 30.83 0.02 0.02 0.02 0.16 0.16 0.3 0.44 0.58 0.02 0 0.14 0.14 0.14 0.14 1.29 2.83 3.47 4.5 6.43 12.85 23.13 2.1147 1.2691 3.7715 5.0406 Diện tích Diện tích tích lũy (×10-4) 0.023 0.023 0.023 0.8651 0.8651 1.4272 3.8338 5.2779 0.5951 0.4025 20 10 r Thời gian (phút) Độ sâu 1.65m i (×10-4) 0.023 0 0.8421 0.5621 2.4066 1.4441 0.99 0.98 0.98 0.9539 0.77 0.7613 0.665 0.4725 120 100 80 60 40 30 20 10 Độ sâu 1.85m i 0.98 0.98 0.98 0.84 0.84 0.7 0.56 0.42 Diện tích (×10-4) 0.0258 0 0.63 1.26 1.799 3.2382 Diện tích tích lũy (×10-4) 0.0258 0.0258 0.0258 0.6558 0.6558 1.9158 3.7148 6.953 r 0.99 0.98 0.98 0.9626 0.84 0.8226 0.6767 0.525 Thời gian (phút) 120 100 80 60 40 30 20 10 Hình 1.4 Tỷ lệ khử hạt có đường cong p – s trình bày hình 1.3 Nhận xét: Tỷ lệ khử cao 99% độ sâu 1.45m ÷ 1.85m với thời gian lưu nước 120 phút 1.4.6.Chọn thông số thiêt kế Chọn thông số thiết kế thích hợp kích thước bể lắng cần thiết kế để xử lý mẫu nước thí nghiệm với công suất 200 m3/h Cách 1: Dựa vào tỉ lệ khử ta thấy, rmax= 0.99 H =1.45 ÷ 1.85 m với t = 120 phút = B : ml FAS chuẩn độ mẫu 8000 : đương lượng miligam O2 x 1000 ml f : hệ số pha loãng Ngày thứ hai (17/07) đến ngày thứ (20/07) − Từ lượng bùn xả ra, lấy 15 ml mẫu lọc, pha loãng chuẩn độ COD hoàtan Từ giá trị COD đầu vào ngày thứ phân tích COD sau xử lí ngày thứ phân tích được, ta tính hệ xử lý ngày đầu tiên; − Cứ tiếp tục thực bước chuẩn độ COD, tính hiệu xử lí hệ số pha loãng cho thứ Ghi nhận số liệu COD, vẽ biểu đồ nhận xét Bảng số liệu ghi nhận qua ngày COD đầu vào 16/0 Ngày Bể VFAS(ml) 17/0 18/0 19/07 3 3 1.1 1.1 1.1 0,9 1.1 0.9 0.8 1.1 1.1 0.9 1600 1920 1280 1920 224 1280 1280 1920 COD(ml 1280 ) Từ ta có đồ thị 1280 1600 1280 Hình 5A.3.Biến thiên COD đầu vào theo thời gian Nhận xét: COD vào mô hình có biến động qua ngày, lượng COD ban đầu tăng so với ngày đầu tiên, qua ngày thứ COD giảm trở lại không nhỏ so với ngày Ở bể 1, COD ổn định qua ngày COD đầu 17/0 Ngày Bể 18/0 19/0 20/07 3 VFAS(ml) 1.3 1.3 1.3 1.3 1.2 1.3 1.3 1.4 1.4 1.2 1.4 1.4 COD(ml) 640 640 640 640 960 640 640 320 320 960 320 320 Từ ta có biểu đồ Hình 5A.4.Biến thiên COD đầu theo thời gian Nhận xét: Ngăn có COD tăng lên sau thời gian ổn định Ngăn COD tăng ngày thứ sau giảm dần ổn định đến ngày thứ pH : − Sử dụng máy đo pH theo dõi giá trị pH mô hình (trước sau xử lý), qua ngày − Ghi nhận số liệu, vẽ đồ thị nhận xét biến thiên pH Ngày pH đầu Bể Bể Bể 17/07 5.6 6.7 7.2 18/07 6.63 5.96 5.57 19/07 7.52 8.34 7.06 20/07 7.65 8.2 7.24 Từ ta có biểu đồ Hình 5A.5.Biến thiên pH mô hình Nhận xét : Bể có pH tăng dần qua ngày pH ban đầu bể thấp (pH= 5.6) nên sau hiệu chỉnh pH (pH = 7.46) qua trình phân hủy hiếu khí pH giảm xuống cao ban đầu, sau pH dần ổn định tốc độ phân hủy chậm lại Ở bể bể pH giảm pH ban đầu mức trung bình ( pH )qua trình phân hủy pH giảm xuống, sau dần ổn định bể (pH = 7.24 ) tăng lên bể ( pH = 8.2 ) PH đầu vào sau hiệu chỉnh Ngày pH đầu vào Từ ta có biểu đồ: Hình 5A.6 pH đầu vào mô hình Bể Bể Bể 16/07 7.46 7.48 7.46 17/07 7.47 7.45 7.46 18/07 7.46 7.47 7.46 19/07 7.45 7.46 7.46 Nhận xét: pH sau hiệu chỉnh có tính trung tính( pH 7) bể Điều đảm bảo cho vi sinh vật hoạt động cách bình thường bể bùn hoạt tính hiếu khí Biến thiên pH sau thổi khí 23h 16/07→17/0 17/07→18/07 18/07→19/0 19/07→20/07 Bể 1.86 0.84 0.06 0.2 Bể 0.78 1.49 0.87 0.74 Bể 0.26 1.89 0.04 0.22 Ngày pH Nhận xét: Ở bể, pH biến thiên lớn ngày thứ ngày thứ , sang ngày thứ thứ pH biến thiên nhỏ trình phân hủy hiếu khí giảm dần 5A.3.7 Hiệu suất xử lý theo thời gian: H = ((CODvào– CODra) ÷ CODvào) x 100 Hiệu suất xử lí(%) Ngày 16/07→17/0 17/07→18/0 18/07→19/0 19/07→20/07 Bể 50 50 50 25 Bể 50 40 83.3 75 Bể 60 66.67 85.7 83.3 Từ ta có biểu thị Hình 5A.7.Hiệu suất xử lý Nhận xét: Hiệu suất xử lí bể bể tăng, bể giảm lượng COD bể bể biến thiên theo ngày bể ổn định 5A.4.XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ ĐỘNG HỌC 5A.4.1.Thời gian lưu nước thời gian lưu bùn Thời gian lưu nước Ngày θ (giờ) Ngăn Ngăn Ngăn 16/7 23 23 23 17/7 23 23 23 18/7 23 23 23 19/7 23 23 23 Tỷ lệ xả bùn % V bùn (ml) θC (ngày) Bể 10 250 10 Bể 15 375 6.67 Bể 20 500 Thời gian lưu bùn Tính toán thông số động học dựa sở phải chọn thời điểm nồng độ chất VSV ổn định Lựa chọn ngày thứ mô hình để tính toán thông số động học: Ngày thứ S0 (mg/L) Se (mg/L) X (mg/L) θ (ngày ) θC (ngày) Bể 1280 640 1139 0.96 10 Bể 1920 320 1454 0.96 6.67 Bể 2240 320 1005 0.96 Tìm k KS Ở trạng thái ổn định : , b= Ngày Bể 1.71 0.0017 Bể 0.87 0.0031 Bể 0.5 0.0031 Hình 5A.8.Xác định Ks k Dựa vào đồ thị ta xác định : + 1/k= 2.954 → k = 0.34 + Ks/k = -732.1 → K s= - 248.91 Tìm Y Kd : Với a = Mô hình y=(S0-Se)/Xθ x=1/θc 0.585 0.1 1.146 0.15 1.99 0.2 Hình 5A.9.Xác định Kd Y Dựa vào đồ thị ta xác định 1/Y= 14.05 → Y= 0.071 =- 0.867 → Kd = -0.062 µm= K x Y = 0.34 x 0.071 =0.024 Nhận xét chung: trình thí nghiệm nhiều thao tác chưa xác, thể tích bùn đem xã chưa xác, phân tích ss chưa xác Quá trình feed lại mô hình lại gây nhiều sai số BÀI 5B THÍ NGHIỆM HOẠT TÍNH METHANE CỦA BÙN VÀ KHẢ NĂNG PHÂN HỦY SINH HỌC CỦA NƯỚC THẢI 5B.1.NỘI DUNG THÍ NGHIỆM: − Xác định hoạt tính metan bùn sử dụng trình phân hủy kỵ khí; − Đánh giá khả phân hủy sinh học kỵ khí chất hữu nước thải 5B.2.PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM ĐỘ HOẠT TÍNH METHANE (SMA TEST) 5B.2.1.Đánh giá đường cong tích lũy Methane (phương pháp đo áp suất) để xác định Amax Hoạt tính methane bùn hoạt tính bùn nuôi cấy thiết bị phản ứng xác định gia tăng áp suất khí sinh học (biogas) chai Các chai (có thể 120, 300, 600 1000 ml) phải làm đầy xác với 50, 150, 250 500ml môi trường dinh dưỡng 1g VSS/L Các chai đậy kín với nắp cao su nút vặn phía Dinh dưỡng bao gồm khoảng 2g COD/L hỗn hợp natri acetate, natri propionate, natri butyrate hỗn hợp VFA trung tính (acetate, propionate, butyrate, pH = 6.5) làm chất Các thành phần khoáng chất bao gồm NH4Cl, MgSO4, K2PO4, NaH2PO4, chiết xuất nấm men dung dịch nguyên tố vi lượng Các thí nghiệm thực với chai có chất chai mẫu trắng Thể tích chai phải xác định xác trước bắt đầu thí nghiệm Thể tích phần phía chai phải tính Sau rửa phần không khí phía chai với hỗn hợp khí N2/CO2, áp suất chai phải giảm xuống đến áp suất cao áp suất khí quyển, khoảng thời gian khác (1 lần ngày 100C, 200C từ – lần ngày 300C – lần ngày, nhiệt độ cao số lần ngày nhiều hơn), áp suất phần chai đo áp kế (áp kế có độ cao xác cao dao động khoảng – 4) Ở thời điểm kết thúc thí nghiệm, mẫu khí sinh học từ chai lấy xi lanh nồng độ methane đo phương pháp sắc kí khí hàm lượng VSS bùn phân tích Lượng methane tích lũy theo thời gian tính từ số liệu thu thập số liệu phân tích nồng độ methane Hoạt tính methane bùn tính theo đường thẳng dốc đường tích lũy methane Đây phương pháp đơn giản, rẻ tiền xác để xác định hoạt tính methane bùn tất khoảng nhiệt độ 5B.2.1.Đánh giá đường cong phân hủy chất để xác định Amax Hoạt tính methane cực đại bùn hạt bùn, bùn nuôi thiết bị phản ứng xác định trình phân hủy chất chai (có thể 120, 300, 600 ml), chai bổ sung 100, 250, 500 ml môi trường dinh dưỡng, khoảng 1g VSS/l Sau chai nâng lên đến nhiệt độ mong muốn đặt máy lắc với tốc độ 50 vòng/phút Môi trường dinh dưỡng bao gồm khoảng 3g COD/L hỗn hợp natri acetate, natri propionate, natri butyrate hỗn hợp VFA trung tính (acetate : propionate : butyrate: pH 6.5) làm chất Các thành phần khoáng chất bao gồm NH4Cl, MgSO4, K2HPO4, NaH2PO4, chiết xuất nấm men dung dịch nguyên tố vi lượng Trong trường hợp bùn lưu trữ 40C khoảng thời gian, bùn phải làm hoạt tính vài ngày nhiệt độ phát triển với hỗn hợp VFA làm nguyên liệu hai lần cấy 3g VFA – COD/L trước đo độ hoạt tính Sau đậy chai thay đổi thành phần pha khí với N2: CO2 (70%: 30%), Na2S (1ml/L từ dung dịch lưu trữ 1M) phải thêm vào chai để đảm bảo điều kiện kỵ khí hoàn toàn Ở khoảng thời gian khác (ở 100C lần ngày, 200C lần ngày 300C lần ngày, nhiệt độ cao lượng mẫu nhiều yêu cầu ngày), mẫu (0.2ml) phần nước lấy xilanh 1ml cố định với 0.8ml formic acicd (3%) Các mẫu phân tích acetate, propionate butyrate phương pháp sắc ký khí (GC) Sau kết thúc thí nghiệm, mẫu chai phân tích VSS Hoạt tính methane tính từ suy giảm tuyến tính nồng độ chất, nên thưc liên tục nồng độ chất < 500mg COD/L Giá trị Amax tính từ đường thẳng dốc đường nồng độ chất, thể tối thiểu 50% nồng độ chất ban đầu Các thí nghiệm nên thực thành chai phân tích mẫu chai Các mẫu từ chai thứ trữ lại trường hợp có xảy sư cố hai chai Phương pháp thí nghiệm SMA sử dụng cho thí nghiệm khả phân hủy sinh học kỵ khí nước thải trường hợp này, nước thải sử dụng chất thay cho VFA 5B.3.MÔ TẢ THÍ NGHIỆM 5B.3.1.Mô hình thí nghiệm − Gồm có ba chai serum, nắp bình gồm nắp nhựa có miếng cao su (với lỗ nhỏ để lấy mẫu) đậy miệng chai để giữ điều kiện kị khí − Mỗi chai serum có dung tích thực lít dung tích hữu dụng 800 ml − ống xi lanh có dung tích 15 ml kim tiêm 5B.3.2.Thông số thí nghiệm Bùn septic : − Độ ẩm: 90% − VS/TS: 85% Nước thải (cơ chất ) : Dung dịch VFA có COD = 10.000 mg/l Dinh dưỡng vi lượng :dinh dưỡng đậm đặc 100 lần vi lượng đậm đặc 1000 lần Thông số feed mô hình Mô hình SMA (sử dụng dung dịch VFA) Mô hình (chai serum 100ml) Nồng độ chất COD (mg/l) Nồng độ vi sinh vật (mg VSS/l) 3000 2000 3000 2000 3000 2000 5B.3.3.Tính toán thông số cho nguyên liệu feed mô hình Dung dịch VFA cho vào chai serum Ta có C1V1 = C2V2 Trong đó: C1: nồng độ chất (COD) dung dịch VFA đậm đặc (mg/L); C2: nồng độ chất (COD) yêu cầu mô hình (mg/L) V1: thể tích dung dịch VFA đậm đặc cần dùng (L); V2: thể tích hữu dụng mô hình (L) C1V1 = C2V2 10000 × V1 = 3000 × 0.8 => V1 = = = 0.24 (L) = 240 ml Lượng bùn ướt cho vào chai Nồng độ VSV (X): 2000 ( mgVSS/l) mà V2 = 800 ml = 0.8 (l) => X = 2000 × 0.8 = 1600 (mg) = 1.6 (g) − − − − − − − VS/TS = 85% Độ ẩm = 90% mbùn khô = = 1.882 (g) mbùn ướt = = 18.82 (g) Dinh dưỡng vi lượng cho mô hình Dinh dưỡng đậm đặc 100 lần Ta có: = 100 => = 100 Với V2: thể tích hữu dụng mô hình (ml); V1: thể tích dinh dưỡng đậm đặc 100 lần cần (ml); =>V1 = = = (ml) Vi lượng đậm đặc 1000 lần : Ta có: = 1000 => = 1000 Với V2: thể tích hữu dụng mô hình (ml); V1: thể tích dinh dưỡng đậm đặc 100 lần cần (ml); =>V1 = = = 0.8 (ml) 5B.3.4.Vận hành mô hình Sử dụng thông số vừa tìm để vận hành mô hình Ngày Cân 18.82g bùn cho vào chai; Đong 240 ml dung dịch VFA ống đong 250 ml cho vào chai; Sau cho 0.8 ml vi lượng 8ml dinh dưỡng vào chai; Tiếp theo cho nước máy vào chai đến vạch 800 ml chai; Bổ sung 1ml Na2S 1M − để đảm bảo điều kiện kỵ khí hoàn toàn; Đậy nắp, lắc để vi sinh phân bố chai, hiểu chỉnh pH đảm bảo pH > 6.5; Sau đậy nắp, lắc dùng xi lanh để lấy mẫu (Vmẫu=15ml) từ chai đem phân tích COD hòa tan MLSS, MLVSS, đo lại pH; − Nếu pH không nằm khoảng 6.5 − 8.5 ta phải chỉnh pH dung dịch kiềm pH nằm khoảng ngày lại − Mỗi ngày phải kiểm tra xem nắp chai serum cao su có trương lên hay không Nếu bình có nắp cao su trương lên ta phải tiến hành xả khí ; − Mỗi ngày phải lắc chai serum, chai lắc lần/ngày; − Sau lắc dùng xi lanh nối vào đầu kim để lấy 10 ml mẫu lọc qua giấy lọc để đo pH, phân tích COD hòa tan 5B.3.5.Phân tích COD hòa tan, xác định MLSS, MLVSS Xác định MLSS, MLVSS − Sấy giấy lọc 1h, cho vào bình hút ẩm 1h đem cân kết m0; − Lấy 15-20ml mẫu chai cho vào beaker; − Dùng lọc chân không lọc 10ml mẫu giấy lọc thủy tinh chuẩn bị trước, lượng mẫu lại dùng để phân tích COD; − Sau lọc xong đem sấy nhiệt độ 103÷105oC vòng 1h, cho vào bình hút ẩm 1h; − Cân khối lượng giấy sau sấy m1 MLSS = (mg/L) Với Vmẫu = 10 ml (thể tích lọc) A = = 0.82: MLVSS = 0.82 × MLSS Kết thí nghiệm Chai m0 (g) m1 (g) MLSS (mg/L) MLVSS(mg/L) 0.1791 0.1933 1420 1164 0.1916 0.2066 1500 1230 0.1926 0.2071 1450 1189 Kết đo pH pH NGÀY 17/7 18/7 19/7 20/7 Chai 6.63 4.26 5.15 6.02 Chai 6.67 4.18 5.72 6.59 Chai 6.64 4.37 6.05 6.52 Từ ta có: Hình 5.1.Biểu đồ biến thiên pH theo thời gian Nhận xét: Độ pH mô hình sang ngày thứ giảm xuống mạnh, qua ngày sau pH tăng lên lại nhanh Giải thích: Trong giai đoạn lên men axit enzim ngoại bào nhóm vi khuẩn kị khí không đồng thủy phân hợp chất cao phân tử chuyển hóa thành chất hòa tan, chất hòa tan đối tượng để vi khuẩn lên men trình trao đổi chất khác hình thành chất hữu đơn giản chủ yếu axit mạch ngắn, axit béo tế bào vi khuẩn Trong điều kiện yếm khí, vi khuẩn nhiều chất nhận hidro, nên trình phân giải bị hạn chế thời gian định, vi khuẩn buộc phải sử dụng phần chất hữu bị phân giải làm chất nhận hidro Trong axit béo mạch dài chưa bị phân hủy ngay, trình trao đổi dẫn tới tạo axit Nồng độ cao axit làm cho độ pH giảm xuống thấp, làm chậm trình trao đổi vi khuẩn Nhóm vi khuẩn thứ hai phát triển sử dụng axit hữu cơ, axit bị phân hủy tạo CH4, CO2 có tính kiềm trung hòa axit pH lại tăng lên tạo điều kiện thuận lợi cho vi khuẩn phát triển (giai đoạn lên metan hóa) Phân tích COD hòa tan: − Dùng xilanh hút 10ml mẫu chai sau đem lọc qua giấy lọc; − Dung dịch sau lọc xong lấy phân tích COD; − Vì nồng độ COD ban đầu cao (3000 mg/L), ta phải pha loãng mẫu Pha loãng mẫu: COD tối ưu mà hóa chất phòng thí nghiệm xác định xác 200 − 400 mg/L mà nồng độ chất COD ban đầu C1 = 3000 mg/L dễ tính toán ta chọn C2= 300 mg/l f = = = = 10 Pha loãng bậc: f = f1 × f2 = × 2.5 = 10 Bậc 1: f1 = 4: Lấy ml mẫu ml nước cất Lắc mẫu Bậc 2: f = 2.5: Lấy ml từ mẫu pha loãng lần 1.5 ml nước cất vào ống COD Lắc mẫu sau pha loãng − Cho thêm vào mẫu pha loãng: 1.5 ml K2Cr2O7 + 3.5 ml H2SO4 đậm đặc; − Đậy kín nắp, lắc (không cho hóa chất dính nắp); − Cho mẫu vào tủ nung 1500C 2h; − Lấy để nguội đến nhiệt độ phòng; − Cho mẫu vào erlen + vài giọt thị Ferroin; − Chuẩn độ dung dịch FAS 0.1M dung dịch chuyển sang màu nâu đỏ; − mẫu O B làm tương tự mẫu nước cất + Nếu xilanh có khí phải rút xilanh khỏi chai đẩy khí + Tuyệt đối không mở nắp chai, không bơm lại khí vào bình gây sai số + Dùng xilanh riêng biệt cho chai Súc rửa kim tiêm xilanh sau lần hút mẫu Kết thí nghiệm COD = f × (mgO2/L) A : ml FAS dùng chuẩn độ mẫu B (1.5ml) B : ml FAS chuẩn độ mẫu M : nồng độ FAS; M = × 0.1 = x0.1=0.1 f : hệ số pha loãng Ngày Chai 17/07 VFAS (ml) 1.15 1.2 1.2 COD (mg/L) 1120 960 960 18/07 VFAS (ml) 1 1.1 COD (mg/L) 1600 1600 1280 19/07 VFAS (ml) 1.1 1.25 1.3 COD (mg/L) 1280 800 640 20/07 VFAS (ml) 1.2 1.3 1.3 COD (mg/L) 960 640 640 Áp dụng số liệu, ta có: Hình 5.2.Đồ thị biến thiên COD theo thời gian Nhận xét: + Nồng đồ COD mô hình ngày thứ cao nồng độ COD đầu vào nồng độ COD đầu vào mô hình thấp nồng độ ban đầu cho + Nồng độ COD mô hình từ ngày thứ bắt đầu giảm liên tục theo thời gian Giải thích:Nồng độ COD ngày thứ (ngày đầu tiên) cao đầu vào vì: Các nhóm vi sinh vật chưa thích nghi với môi trường nên chúng chết nhiều, nồng độ cao axít làm cho pH giảm xuống thấp làm chậm trình trao đổi của vi khuẩn làm cho nồng độ COD tăng cao Do trình thao tác thí nghiệm làm sai, đọc sai số liệu nên tính toán sai: nồng độ COD đầu vào thấp nồng độ ngày thứ cao Qua ngày lại nhóm vi sinh vật thích ứng với môi trường sống nên chúng tiêu thụ lượng chất hữu mô hình làm cho nồng độ COD giảm xuống nhanh Khi nồng độ cao axit làm cho pH giảm xuống thấp làm chậm trình trao đổi vi khuẩn giai đoạn lên men axit nhóm vi khuẩn khác phát triển sử dụng axit hữu tạo metan, cacbonic (ngày cuối có xuất khí),các axit hữu bị phân hủy số trung hòa pH tăng lên tạo điều kiện thuận lợi cho vi khuẩn metan phát triển phân hủy chất hữu (gian đoạn lên men metan) nồng độ COD giảm xuống 5B.3.6.Xác định Amax Cách 1: Đường trung bình Lấy đoạn từ ngày thứ đến ngày nồng độ COD đạt giá trị ổn định ta vẽ đồ thị : Amax = = = 0.31 (gCOD/gVSS.ngày) Cách 2: Dựa vào lượng COD bị khử Amax = = = 0.21(gCOD/gVSS.ngày) Với VSS = (mg/l) Giải thích : Amax theo cách tính không giống tính toán dựa vào COD, mà COD nhóm làm không nên Amax tính theo cách Hiệu xử lý chất hữu cơ: H (%) = × 100 − Theo công thức số liệu nồng độ COD tính toán bảng ta thấy nồng độ COD đầu ngày lại thấp đầu vào nên hiệu xử lý chất hữu mô hình ngày không đạt hiệu xử lý − Bảng hiệu xử lý chất hữu ngày lại : Chai Hiệu xử lý chất hữu (%) - 16.67 33.33 14.29 33.33 33.33 Nhận xét: hiệu xử lý chất hữu mô hình thấp, đặc biệt mô hình hiệu xử lý cực thấp không đạt hiệu Hiệu xử lý qua ngày mô hình có tăng lên thấp chưa thể đạt yêu cầu, cần phải xem lại vận hành mô hình, tính toán số liệu biết cách tính toán sửa đổi mô hình vận hành không 5B.4.KẾT LUẬN Phương trình phản ứng sinh hóa điều kiện kỵ khí biểu diễn đơn giản sau: Chất hữu CH4 + CO2 +H2 + NH3 +H2S + Tế bào Cơ chế trình phân hủy kỵ khí : − Giai đoạn 1: Thủy phân, cắt mạch hợp chất cao phân tử thành chất hữu đơn giản hơn; − Giai đoạn 2: Acid hóa; − Giai đoạn 3: Acetate hóa; − Giai đoạn 4: Methane hóa Trong giai đoạn thủy phân, chất cắt mạch tạo thành hợp chất đơn giản Trong giai đoạn acid hóa, pH giảm mạnh (pH =3.5 − 4) làm hạn chế trình trao đổi vi khuẩn( cần hạn chế để hiệu trình đạt hiệu cao) Sản phẩm cuối giai đoạn acid nên gọi giai đoạn acid Khi pH giảm làm chậm trình trao đổi vi sinh vật Nhóm vi sinh vật thứ hai phát triển sử dụng acid tạo CO2 CH4 (có tính kiềm → trung hòa acid), pH tăng lên tạo điều kiện thuận lợi cho vi sinh vật phát triển thuận lợi phân hủy chất hữu Giai đoạn giai đoạn methane hóa Ưu điểm trình − Xử lý COD nồng độ cao − Rẻ tiền (năng lượng, dinh dưỡng,…) − Bùn dư − Diện tích nhỏ − Sản xuất Biogas Nhược điểm trình − Khó đạt chuẩn xả thải − Vấn đề mùi − Vận hành phức tạp Các sai sót trình thí nghiệm : − Quá trình chuẩn bị mẫu, lấy mẫu pha loãng, lọc mẫu sấy, hút ẩm, cân giấy nhiều bạn thực →không đồng dẫn đến sai số; − Quá trình xáo trộn mẫu không hoàn toàn lắc mẫu không đều; − Thời gian lấy mẫu để pha loãng chưa thật xác ngày ( không đảm bảo ∆t = 23h); − Khi cho hoá chất vào ống đo COD, thực lấy mẫu không đủ chưa lắc để phản ứng hoàn toàn mà cho vào lò nung; − Thời gian nung chưa đủ nung thời gian quy định nhiều.Nhiệt độ tủ nung không đủ 1500C đóng mở tủ nhiều lần ngày; − Nhiệt độ mẫu chuẩn độ COD cao, thao tác chuẩn độ chưa thành thạo, chưa có kinh nghiệm nên khó nhận biết xác thời điểm đổi màu mẫu gây sai số kết chuẩn độ COD nên tính toán kết sai; − Có thể ảnh hưởng điều kiện môi trường nhiệt độ Các biện pháp khắc phục − Phải chỉnh pH pH tối ưu trước bắt đầu trình kỵ khí để hạn chế trình acid hóa; − Quy trình thí nghiệm phải cố gắng thực xác, đồng nhất, thành thạo với dụng cụ thí nghiệm; − Nên xử lý sinh học với tải trọng thấp sau tăng dần để vi sinh vật dễ thích nghi Vì tải trọng cao, trình đầu diễn nhanh, pH giảm mạnh, vi sinh vật methane hoá chưa thích ứng kịp (do cực kỳ nhạy với pH) không hoạt động, không sinh khí Methane dẫn đến hiệu xử lý giảm ... yếu tố ảnh hưởng đến kết thí nghiệm đề xuất khắc phục Nhận xét thí nghiệm − Lần đầu thực hành mô hình thực tế nên chưa đủ kinh nghiệm nên dễ dẫn đến sai sót làm cho sai số thí nghiệm nhiều... tiến hành thí nghiệm − Kiểm soát tốc độ dòng chảy thông qua hệ số Re − Khi lấy mẫu cần tiến hành lúc, thể tích mở van từ từ − Nên lấy mẫu lọc SS không lọc − Thao tác đo độ đục cần tiến hành nhanh... lí số liệu giấy lọc cần tiến hành đồng BÀI THÍ NGHIỆM JARTEST 2.1 NỘI DUNG THÍ NGHIỆM Để xác định điều kiện tối ưu cho trình hình thành cặn có khả lắng tốt, cần tiến hành thí nghiệm khảo sát yếu