Báo cáo thí nghiệm xử lý nước GVHD: Nguyễn Thị Minh Nguyệt BÀI KEO TỤ – TẠO BÔNG – LẮNG I CƠ SỞ LÝ THUYẾT Xử lý bằng phương pháp keo tụ là cho vào nước một loại hóa chất gọi là chất keo tụ có thể làm cho các hạt rất nhỏ biến thành hạt lớn lắng xuống Thông thường quá trình keo tụ tạo xảy qua hai giai đoạn: Giai đoạn : bản chất keo tụ phát sinh thủy phân, quá trình hình thành dung dịch keo và ngưng tụ Giai đoạn : trung hòa hấp thụ các hợp chất nước Để thực hiện quá trình keo tụ,cho vào nước các hợp chất keo tụ phèn nhôm,phèn sắt FeSO4 hoặc FeCl3 Các loại phèn này được đưa vào nước dưới dạng dung dịch hòa tan Khi phèn nhôm vào nước chúng phân li thành các ion Al 3+, sau đó các ion bị phân hủy thành Al(OH)3 Al3+ + 3H2O ↔ Al(OH)3 + 3H+ Ngoài Al(OH)3 còn có H+ Các ion này được khử bằng độ kiềm tự nhiên của nước Trường hợp độ kiềm tự nhiên của nước thấp không đủ để trung hòa ion H + thì cần phải kiềm hóa nước thông dụng là vôi Một số trường hợp có thể dùng soda hay xút (NaOH) Các yếu tố ảnh hưởng đến quá rình keo tụ tạo bông: Trị số pH của nước : Nước thiên nhiên sau cho Al2(SO4)3 vào, trị số pH của nó bị giảm thấp vì là một loại muối axit mạnh và bazơ yếu Sự thủy phân của nước tăng thêm tính keo tụ Đối với keo tụ, ảnh hưởng của nước chủ yếu là giá trị pH Cho nên giá trị pH dưới điều là pH của nước sau cho phèn vào Báo cáo thí nghiệm xử lý nước GVHD: Nguyễn Thị Minh Nguyệt Lượng dùng chất keo tụ : Tùy vào điều kiện khác nhau, phải làm thực nghiệm để tìm lượng phèn tối ưu Lượng phèn tối ưu nói chung ho vào nước là 0.1-0.5mg/l Nói chung nếu huyền phù nước nhiều thì lượng chất keo tụ rong nước lớn Cũng có trường hợp chất hữu nước ít mà lượng chất keo tụ vẫn nhiều Nhiệt độ nước : Khi dùng muối nhôm làm chất keo tụ, nhiệt độ nước ảnh hưởng đến hiệu quả keo tụ Khi nhiệt độ nước rất thấp (thấp 50C), phèn sinh to và xốp Khi dùng nhôm sunfat để tiến hành keo tụ nước thiên nhiên, nhiệt độ nước tốt nhất là 25-300C Tốc độ của nước với chất keo tụ Tốc độ hỗn hợp của nước và chất keo tụ ảnh hưởng đến phân bố đồng đều của chất keo tụ và hội va chạm của các hạt keo Đây là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến quá trình keo tu Tốc độ khuấy tốt nhất là từ nhanh chuyển sang chậm Khi mới cho chất keo tụ vào nước, phải khuấy nhanh vì sự thủy phân của chất keo tụ nước và tốc độ hình thành keo rất nhanh Cho nên phải khuấy nhanh mới có khả hình thành lớn keo Hydroxit và làm cho nó nhanh chóng khuấy tán đến các nơi nước để kịp thời tác dụng với các hợp chất nước Sau hỗn hợp hình thành phèn và lớn lên, không nên khuấy quá nhanh, vì những phèn khó lớn lên mà còn phá vỡ những phèn mới hình thành Tạp chất nước: Khi cho các ion ngược dấu vào dung dịch nước có thể khiến dung dịch keo tụ Do đó, ion ngược dấu là loại tạp chất ảnh hưởng đến quá trình keo tụ Khi dùng Al2(OH)3 hình thành thường mang điện tích dương nên ảnh hưởng của tạp chất nước đến quá trình keo tụ dung dịch chủ yếu là anion Môi chất tiếp xúc: Khi tiến hành keo tụ hoặc xử lý bằng phương pháp kết tủa khác, nếu nước trì lớp cặn bùn nhất định sẽ làm cho quá trình kết tủa càng hoàn toàn, làm cho tốc độ kết tủa nhanh thêm Lớp cặn bùn có tác dụng làm môi chất tiếp xúc, bề mặt của nó có tác dụng hấp phụ, thúc đẩy và tác dụng của các hạt cặn bùn đó những hạt nhât kết tính Cho nên hiện thiết bị dùng để keo tụ hoặc xử lý bằng kết tủa khác, phần lớp thiết kế có lớp cặn bùn Rất nhiều nhân tố ảnh hưởng đến hiệu quả keo tụ Để tìm điều kiện tối ưu để xử lý bằng keo tụ thiết kế thiết bị hoặc điều chỉnh vận hành thì trước tiên tiến hành thí nghiệm mẫu ở phòng thí nghiệm bằng thiết bị jartest II THỰC HIỆN THÍ NGHIỆM Báo cáo thí nghiệm xử lý nước GVHD: Nguyễn Thị Minh Nguyệt Bước 1: Lấy mẫu nước thải đêm đo COD, SS, pH, độ màu Bước 2: Định lượng hóa chất điều chỉnh pH Lấy 400ml nước thải + 0,3ml phèn cho vào cốc jartest, đem đo pH Điều chỉnh trị số pH từ đến bằng cách cho thêm vào cốc dd H 2SO4 hoặc dd NaOH Ghi lại thể tích : V_H2SO4 (ml) hoặc V_NaOH (ml) dùng Bước 3: Xác định pH tối ưu Lấy cốc jatest,cho 400ml nước thải + 0,3ml phèn cho vào mỗi cốc, thêm V_H2SO4 (ml), V_NaOH (ml) vào để đạt pH tương ứng là 4, 5, 6, 7, 8, Đưa cốc vào giàn jatest,bật máy khuấy ở tốc độ 100 vòng/phút phút Điều chỉnh vào khuấy chậm lại 20 phút ở tốc độ 15 vòng/phút Sau tắc máy để lắng 30phút rồi đem đo pH, độ màu, COD pH tối ưu là ứng với mẫu có độ màu thấp nhất Bước 4: Xác định lượng phèn tối ưu Lấy cốc jatest,cho 400ml nước thải.cho vào các cốc với lượng phèn sau: Cốc Lượng phèn,ml 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 Hòa hóa chất (H2SO4 hoặc NaOH để đạt pH tối ưu) Đưa cốc vào giàn jatest,bật máy khuấy ở tốc độ 100 vòng/phút phút Điều chỉnh vào khuấy chậm lại 20 phút ở tốc độ 15vòng/phút Sau tắt máy, để lắng 30 phút rồi đem đo pH, độ màu, COD Liều lượng phèn tối ưu là liều lượng ứng với mẫu có độ màu, COD thấp nhất Báo cáo thí nghiệm xử lý nước GVHD: Nguyễn Thị Minh Nguyệt III KẾT QUẢ TÍNH TOÁN THÍ NGHIỆM.NHẬN XÉT KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM Thông số đầu vào COD: VFAS đ : 1,5ml VFAS : 1,5ml CFAS : 0,1N COD = 192mg/l pH : 5,950 Độ màu : 1312,33 VFAS : 1,3ml Đợ pha lỗng: Xác định lượng hóa chất điều chỉnh pH pH V_ H2SO4 2,2 V_NaOH 5,8 0,2 3,2 Bảng 1.1: Thể tích H2SO4 NaOH Xác định pH tối ưu pH Phèn nhôm (ml) Vhoặc VNaOH (ml) pHsau 0,8 0,2 0,8 1,8 3,989 4,11 5,74 6,44 6,036 6,25 Độ màu,A 1359 1439 95,57 485,67 85,67 372,33 VFAS (ml) 1,7 0,8 1,35 1,2 1,15 1,15 112 112 COD (mg/l) +0,3 224 48 96 Bảng 1.2: Bảng số liệu thí nghiệm Báo cáo thí nghiệm xử lý nước GVHD: Nguyễn Thị Minh Nguyệt Object 3 Hình 1.1: Đồ thị pH – COD – độ màu Chọn pH tối ưu là 6,036 Ở cốc có pH 6,036 thì thấy quá trình xảy tốt, độ màu thấp nhất so với các mẫu có pH khác Các mẫu có pH 6,7 thì độ mầu nhỏ các mẫu pH khác Điều này phù hợp với lý thuyết vì phèn nhôm keo tụ tốt nhất pH 5,5-7,5 Xác định lượng phèn tối ưu Phèn nhôm(ml) 0,4 0,5 0,6 Chỉnh pH 0,7 0,8 0,9 6,036 pHsau 6,445 6,340 6,300 6,330 6,1 6,285 Độ màu,A 1115,67 699 219 145,67 85,67 65,67 VFAS (ml) 0,95 0,95 1,5 1,2 1,2 1,15 COD (mg/l) 176 176 96 96 112 Bảng 1.3: Bảng số liệu thí nghiệm Báo cáo thí nghiệm xử lý nước GVHD: Nguyễn Thị Minh Nguyệt Object 5 Hình 1.2: Đồ thị pH – COD – độ màu a) Nhận xét: Từ đồ thị ta thấy giá trị pH giảm dần,phù hợp với lý thuyết,do phản ứng thủy phân của phèn nhôm nước giải phóng H+ làm pH của nước giảm mạnh Độ màu cũng giảm dần từ mẫu có lượng phèn từ 0,4-0,9ml,quá trình keo tụ xảy tốt COD ở từ mẫu có lượng phèn 0,4 - 0,5 ml thì bằng nhau, từ 0,5 - 0,6ml giảm rất lớn từ 176 xuống COD ứng với lượng phèn 0,6 - 0,9 giảm từ từ Do quá trình làm thí nghiệm ko chính xác (việc dùng pipet để lấy hóa chất,phân tích COD bị sai) Kết quả quá trình đông keo tụ:khi tiến hành cho phèn nhôm vào và khuấy nhanh,ta thấy rỏ keo hình thành rất nhanh và độ đồng đều của giống lượng phèn cho vào không chênh lệch lắm Lượng phèn tối ưu là 0,9ml, vì tại đó có độ màu, COD thấp nhất Báo cáo thí nghiệm xử lý nước GVHD: Nguyễn Thị Minh Nguyệt bài BÙN HOẠT TÍNH I CƠ SỞ LÝ THUYẾT Mục đích của quá trình sinh học nước thải: - Chuyển hóa những chất hòa tan và những chất dễ phân hủy sinh học thành những sản phẩm cuối cùng có thể chấp nhận được - Hấp phụ và kết tụ cặn lơ lửng và chất keo không lắng thành sinh học hay màng sinh học Chuyển hóa hoặc khử các chất dinh dưỡng ( nitơ, photpho) Trong một số trường hợp, khử những hợp chất và thành phần hữu dạng vết Vai trò của vsv xử lý nước thải là khử chất hòa tan, CBOD và ổn định hợp chất hữu nước thải Chúng oxy hóa các chất hòa tan và những họp chất hữu chứa carbon thành những sản phẩm đon giản và tang sinh khối Quá trình oxy hóa sinh học hiếu khí là quá trình xử lý sinh học được thực hiện bởi các vi sinh vật điều kiện cung cấp đủ oxy Những hiện tượng bản xảy quá trình oxy hóa sinh học là: - Tổng hợp tế bào Duy trì hoạt động sống của tế bào Sinh trưởng, sinh sản, tích lũy chất dinh dưỡng, bài tiết sản phẩm Ngoài ra, còn có thành phần tự phân hủy các thành phần thể của vsv kèm theo sự giải phóng lượng Các quá trình oxy hóa phân hủy kèm theo sự giải phóng lượng cần thiết cho hoạt dộng sống còn được gọi là quá trình trao đổi lượng ở tế bài vsv, số lượng chất dự trữ thường rất nhỏ Vì thế, chúng phải sử dụng chủ yếu các chất hấp thu từ môi trường xung quanh Cơ chế phản ứng: Chất hữu + O2 + NH3 → Tế bào mới +CO2 + H2O Tế bào + O2 → CO2 + H2O + NH3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phân hủy sinh học: nhiệt độ, pH, dinh dưỡng, độ mặn, ion, các chất độc, DO,… Cơ chế của quá trình khử BOD Hiệu quả khử BOD phụ thuộc vào thành phần và tính chất của nước thải, chế của quá trình bao gồm: - Khử các chất keo bằng quá trình hấp phụ sinh hóa bề mặt bùn - Loại các chất lơ lửng kết bám bùn nhờ quá trình lắng trọng lực Báo cáo thí nghiệm xử lý nước GVHD: Nguyễn Thị Minh Nguyệt - Chuyển hóa các hợp chất hữu thành lượng dự trữ và sinh khối tế bào - Quá trình BOD được thực hiện lập tức có tương tác giữa bùn và nước thải II CÁC BƯỚC THỰC HIỆN Bước 1: Xác định các thông số đầu vào Bước 2: Tính toán lượng bùn sinh khối N1.V1 = N2.V2 N1 : nộng độ SS đạt được cho vào bể (500mg/l; 1000mg/l; 2000mg/l; 3000 mg/l) N2 = 7000 mg/l, là Nồng độ bùn sinh khối V1 = V nước thải + V bùn = lít V2 = V bùn là lượng bùn tính tóan cho vào Bước 4: Tiến hành thí nghiệm Chuẩn bị bể dung tích khoảng lít, cho vào mỗi bể một lượng bùn nhất định tính trước cho SS lần lượt là: 500mg/l; 1000mg/l; 2000mg/l; 3000 mg/l Sau đó, ta cho nước thải vào các bể để đạt được thể tích V = lít, cho nước thải từng bể có nồng độ N-NH4, N-NO3-, COD các bể Dùng máy thổi khí để đảm bảo DO > 2mg/l Lấy mẫu ở các thời điểm: phút, 30 phút, giờ, giờ, giờ, giờ, giờ, giờ Mẫu sau lấy ta xác đinh các chỉ tiêu: độ màu, pH, N-NH 4, N-NO3-, COD, SS Các chỉ tiêu độ màu, N-NH4, N-NO3- cần phải qua lắng hoặc lọc mẫu Báo cáo thí nghiệm xử lý nước III GVHD: Nguyễn Thị Minh Nguyệt TÍNH TOÁN KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM Các thông số đầu vào CHỈ TIÊU pH N-NH4 N-NO3- KẾT QUẢ ĐƠN VỊ V mẫu VH2SO4 0,02N N-NH4 QCVN (A) 50 0.7 3.92 ml ml mg/l mg/l A Pha loãng 0.002 100 ml lần N-NO3113.3803 mg/l QCVN (A) 30 mg/l COD V FAS mẫu trắng không đung 6.9 ml V FAS mẫu trắng đung 6.5 ml C FAS 0.0217 ml V FAS 5.9 ml Pha loãng 100 ml COD 1602.462 mg O2/l QCVN (A1) 10 mg O2/l Bảng 2.1: Các thông số đầu vào nước thải trước xử lý Xác định các thông số tại các nồng độ bùn theo thời gian Báo cáo thí nghiệm xử lý nước GVHD: Nguyễn Thị Minh Nguyệt Bể 1: nồng độ bùn 500 mg/l Thời gian (giờ) pH SS m1 (g) m2 (g) m =m2-m1 (g) COD V FAS (ml) Pha loãng (lần) COD mg O2/l H% N-NH4 V mẫu (ml) VH2SO4 0,02N (ml) N-NH4 (mg/l) N-NO3 A 6.678 0.1656 0.1671 0.0015 100 1335.385 16.66667 50 0.67 3.752 6.777 0.1619 0.1663 0.0044 6.15 50 467.38 70.833 50 0.6 3.36 6.881 0.1415 0.1442 0.0027 6.45 50 66.769 95.833 50 0.4 2.24 0.1432 0.1463 0.0031 6.45 50 66.769 95.833 50 0.35 1.96 7.111 0.1412 0.1453 0.0041 6.45 50 66.769 95.833 50 0 7.189 0.1357 0.1423 0.0066 6.4 50 133.54 91.667 50 0 0.02 0.03 0.06 0.32 0.48 0.59 Pha loãng (lần) 50 50 50 50 50 50 N-NO3 mg/l 63.02817 66.549 77.113 168.66 225 263.73 Bảng 2.2: Các thông số đo theo thời gian ở bể Bể : nồng độ bùn 1000 mg/l Thời gian (giờ) pH SS m1 (g) m2 (g) m =m2-m1 (g) COD V FAS (ml) Pha loãng (lần) COD mg O2/l H% N-NH4 V mẫu (ml) VH2SO4 0,02N (ml) N-NH4 (mg/l) N-NO3 A Pha loãng (lần) 6.581 0.1674 0.1716 0.0042 6.15 100 934.7692 41.66667 50 0.65 3.64 0.02 50 6.818 0.1631 0.1694 0.0063 6.35 50 200.31 87.5 50 0.6 3.36 0.037 50 7.018 7.203 7.289 7.448 0.1375 0.1418 0.1401 0.1364 0.1462 0.149 0.1487 0.1478 0.0087 0.0072 0.0086 0.0114 6.15 6.2 6.3 50 50 50 467.38 400.62 267.08 70.833 75 83.333 50 50 50 50 0.38 0.2 0 2.128 1.12 0 0.04 0.075 0.079 0.083 50 50 50 50 N-NO3- mg/l 63.02817 69.014 70.07 82.394 83.803 85.211 Bảng 2.3: Các thông số đo theo thời gian ở bể 10 Báo cáo thí nghiệm xử lý nước GVHD: Nguyễn Thị Minh Nguyệt Object 44 Hình 4.8: Đồ thị lgC-lgq 1/n = 3,101 n = 0,3225 lgK = -1,7475 K = 0,0179 phương trình Fruendlich: C = 0,0179.q0,3225 Object 46 Hình 4.9: Đồ thị 1/C - 1/q 1/b = -0,0658; 1/ab = 1,1783 phương trình Langmuir: Phương trình lgC-lgq sau 60 phút: 30 Báo cáo thí nghiệm xử lý nước GVHD: Nguyễn Thị Minh Nguyệt C0 (mg/l) 40 0,100 0,250 0,500 1,000 1,250 0,147 0,091 0,071 0,113 0,082 C (mg/l) 16,507 10,110 7,825 12,623 9,082 q 117,465 59,780 32,175 13,689 12,367 lgC 1,218 1,005 0,893 1,101 0,958 lgq 2,070 1,777 1,508 1,136 1,092 1/C 0,061 0,099 0,128 0,079 0,110 1/q 0,009 0,017 0,031 0,073 0,081 Khối lượng than (g) A = 620nm Bảng 4.7: Bảng số liệu hấp phụ sau 60 phút Object 48 Hình 4.10: Đồ thị lgC-lgq 1/n = 1,5782 n = 0,6336 lgK = -0,117 K = 0,7638 phương trình Fruendlich: C = 0,7638.q0,6336 31 Báo cáo thí nghiệm xử lý nước GVHD: Nguyễn Thị Minh Nguyệt Object 50 Hình 4.11: Đồ thị 1/C - 1/q 1/b = 0,0146; 1/ab = 0,288 phương trình Langmuir: Phương trình lgC-lgq sau 90 phút: C0 (mg/l) 40 0,100 0,250 0,500 1,000 1,250 0,106 0,021 0,112 0,075 0,088 C (mg/l) 11,823 2,113 12,509 8,282 9,767 q 140,883 75,773 27,491 15,859 12,093 lgC 1,073 0,325 1,097 0,918 0,990 lgq 2,149 1,880 1,439 1,200 1,083 1/C 0,085 0,473 0,080 0,121 0,102 1/q 0,007 0,013 0,036 0,063 0,083 Khối lượng than (g) A = 620nm Bảng 4.8: Bảng số liệu hấp phụ sau 90 phút 32 Báo cáo thí nghiệm xử lý nước GVHD: Nguyễn Thị Minh Nguyệt Object 52 Hình 4.12: Đồ thị lgC-lgq 1/n = -0,3848 n = 2,600 lgK = 1,8889 K = 77,4283 phương trình Fruendlich: C = 77,4283.q2,600 Object 54 Hình 4.13: Đồ thị 1/C - 1/q 1/b = 0,0541; 1/ab = -0,0789 phương trình Langmuir: Phương trình lgC-lgq sau 120 phút: 33 Báo cáo thí nghiệm xử lý nước GVHD: Nguyễn Thị Minh Nguyệt C0 (mg/l) 40 0,100 0,250 0,500 1,000 1,250 0,103 0,089 0,061 0,066 0,069 C (mg/l) 11,481 9,881 6,683 7,254 7,597 q 142,597 60,237 33,317 16,373 12,961 lgC 1,060 0,995 0,825 0,861 0,881 lgq 2,154 1,780 1,523 1,214 1,113 1/C 0,087 0,101 0,150 0,138 0,132 1/q 0,007 0,017 0,030 0,061 0,077 Khối lượng than (g) A = 620nm Bảng 4.9: Bảng số liệu hấp phụ sau 120 phút Object 56 Hình 4.14: Đồ thị lgC-lgq 1/n = 3,6055 n = 0,2773 lgK = -1,7754 K = 0,0168 phương trình Fruendlich: C = 0,0168.q0,2773 34 Báo cáo thí nghiệm xử lý nước GVHD: Nguyễn Thị Minh Nguyệt Object 58 Hình 4.15: Đồ thị 1/C - 1/q 1/b = -0,0519; 1/ab = 0,7434 phương trình Langmuir: a) Nhận xét: Quá trình hấp phụ tuân theo phương trình Fruendlich vì hệ số góc của phương trình Fruendlich lớn hệ số góc của phương trình Langmuir Quá trình hấp phụ ở phút thứ 15 diễn tốt nhất vì hệ số góc đường Fruendlich là cao nhất và R lớn nhất Bởi vì tại phút thứ 15, chấp hấp phụ đạt bão hòa Tại phút thứ 60 và 90, sai số xảy lớn có lượng than hoạt tính xuyên qua lớp giấy lọc; than hoạt tính nhả chất màu trở lại dung dịch và khoảng thời gian giữa những lần lấy mẫu dài và biến thiên nhiệt độ giữa những lần lấy mẫu tăng Để đo độ màu chính xác, cần phải lọc qua nhiều lớp giấy lọc để đảm bảo không có than qua giấy lọc; quá trình khuấy trộn đều và liên tục Vì đường Fruendlich và Langmuir là những đường hấp phụ đẳng nhiệt nên cần tiến hành thí nghiệm môi trường nhiệt độ không đổi Kết quả quá trình hấp phụ bậc Bậc - 500ml nước thải Độ hấp Nồng độ thu A1 = 0,127 C (mg/l) 0,015 Hiệu suất (%) 62,5 - Khối lượng than: m = 0,25g - Thời gian khuấy trộn: t = 60 phút - Lọc toàn bộ dung dịch - Đo độ màu ở bước sóng = 35 Báo cáo thí nghiệm xử lý nước GVHD: Nguyễn Thị Minh Nguyệt 620nm - Lấy lại toàn bộ dung dịch sau lọc - Thêm than khối lượng: m = 0,25g Bậc - Thời gian kuấy trộn: t = 60 phút A2 = 0,042 0,005 87,5 - Lọc - Đo độ màu ở bước sóng = 620nm Bảng 4.10: Bảng số liệu hấp phụ bậc Object 60 Hình 4.15: Đồ thị so sánh hiệu suất hấp phú bậc bậc a) Nhận xét: Hiệu suất của quá trình hấp phụ bậc cao quá trình hấp phụ bậc b) Giải thích kết quả: Trong quá trình hấp phụ bậc, một lượng than hấp phụ liên tục dung dịch sẽ mau chóng đạt trạng thái cân bằng chia nhỏ lượng than thành nhiều bậc hấp phụ Quá trình hấp phụ tuân theo đường đẳng nhiệt Freundlich nghiã là các phân thử hấp phụ bề mặt than tương tác với Khi hấp phụ bậc, chất hấp phụ mau chóng đạt bão hòa, các phân tử bề mặt ở nồng độ cao sẽ phản ứng với làm tách khỏi bề mặt hấp phụ 36 Báo cáo thí nghiệm xử lý nước GVHD: Nguyễn Thị Minh Nguyệt bài XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP BÙN HOẠT TÍNH KẾT HỢP VỚI MÀNG LỌC I CƠ SỞ LÝ THUYẾT Cơ sở lý thuyết của bùn hoạt tính kết hợp với màng lọc Trong quá trình bùn hoạt tính, các chất hữu nước thải bị oxy hóa và phân hủy bởi vsv điều kiện hiếu khí Quá trình này được chia làm giai đoạn sau: - Oxy hóa các chất hữu cơ: CxHyOz + (x + y/4 + z/2) O2 → xCO2 + y/2H2O -Sự hình thành tế bào chất (phát triển của vsv): CxHyOz + nNH3 + (x + y/4 – z/2 – 5) O2 → (C5H7NO2)n + n(x – 5)CO2 + n/2(y – 4) H2O -Sự phân hủy tế bào (tự phân hủy điều kiện nghèo chất dinh dưỡng): (C5H7NO2)n + 5n O2 → 2nCO2 + 2nH2O + nNH3 Trong đó: CxHyOz : Chất hữu C5H7NO2 : Tế bào chất Bùn hoạt tính có khả hấp phụ và keo tụ vì vậy các hạt keo nước cũng có thể loại bỏ Bùn hoạt tính dễ dàng được tách được tách khỏi nước bởi quá trình lọc của màng Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt động của màng lọc sinh học MBR và cách khắc phục Trong quá trình xử lý nước thải công nghiệp, vấn đề cần quan tâm đó là cân nhắc thành phần và tính chất của nước thải có làm tổn hại đến vật liệu màng hay không cũng là đảm bảo các điều kiện lý, hóa, sinh ở điều kiện tối ưu để quá trình xử lý đạt được hiểu quả cao nhất sau là một số yếu tố ảnh hưởng đến khả làm việc của màng 37 Báo cáo thí nghiệm xử lý nước GVHD: Nguyễn Thị Minh Nguyệt Hàm lượng dầu: nếu có quá nhiều dầu mỡ hiện diện nước thải, chúng có thể phủ lên khắp bề mặt màng và chặn các lỗ màng làm cho quá trình lọc kém hiệu quả Vì vậy, dầu mỡ cần được xử lý ở các công trình hóa lý để đảm bảo nồng độ cho phép là ≤ 50 mg/l vào bể MBR bằng các phương pháp xử lý quá trình tuyển khí hòa tan Chất tẩy rửa: gia đoạn đầu của quá trình vận hành màng MBR, có bọt khí sủi cũng là một yếu tố bất lợi nên cần các chất chống tạo bọt để phân tán chúng, có thể dùng ethanol bổ sung vào giai đoạn nạp nước để loại bỏ bọt sủi Chất keo tụ: sử dụng chất keo tụ phải xem chúng có ảnh hưởng đến hệ thống màng MBR hay không Ví dụ chất keo tụ PMA sẽ gây ảnh hưởng xấu đến tính ổn định của màng MBR Nhiệt độ: nhiệt độ tối ưu quá trình này là 15 – 35oC, đảm bảo cho vsv phát triển tối ưu, cũng không ảnh hưởng đến chất lượng của màng MBR pH: pH ưu cho quá trình sinh học hiếu khí nên được trì khoảng 6,5 – 8,5 để tạo điều kiện cho vsv phát triển tốt Điều kiện bùn hoạt tính (nồng độ bùn MLSS): nồng độ bùn MLSS nên trì khoảng 5000 – 8000 mg/l Nếu nồng độ bùn tăng lên cao mức thì sẽ làm tang TMP ( áp suất qua màng) dẫn đến hiệu quả xử lý kém Vì vậy hàm lượng bùn cao mức chúng ta phải tiến hành bơm bớt bùn ngoài Chỉ số thê tích bùn (SVI): là thể tích ml bị chiếm bới mg chất lơ lửng sau 30 phút lắng SVI tối ưu xử lý sinh học là 50 – 100 ml/g Nếu SVI lớn số thì bùn khó lắng, còn thấp thì bùn mịn dẫn đến hoạt tính giảm Chỉ số F/M: thích hợp là nằm khoảng 0,2 - 0,6 gBOD/gVSS.ngày nếu chỉ sô F/M thấp 0,05gBOD/gVSS.ngày thì vsv sẽ không đủ thức ăn, còn nếu F/M cao thì dẫn đến tình trạng quá tải, vi sinh vật sẽ bị sốc tải trọng Hàm lượng MLSS: quá trình xử lý thì nồng đ MLSS được trì khoảng 500 – 8000 mg/l Nếu hàm lượng bùn cao thì nhu cầu oxy bể sẽ tăng, kiềm hãm quá trình xử lý nitrat hóa, nếu thấp nghĩa là nồng độ vsv thấp, xử lý không hiệu quả Lưu lượng lọc: công nghệ MBR được lọc với tốc độ thích hợp, lưu lượng lọc nằm khoảng 10 – 18 lít/m2.h Tổn thất áp suất: quá trình lọc, tổn thất áp suất không vượt quá -0,35kg/cm2 Vì thế, đồng hồ đo áp suất màng MBR hiển thij giá trị thì lặp tức ta phải tiến hành rửa ngược Nếu vượt quá giá trị áp suất màng MBR sẽ bị hỏng 38 Báo cáo thí nghiệm xử lý nước GVHD: Nguyễn Thị Minh Nguyệt Lưu lượng rửa ngược: lưu lượng rửa ngược theo kinh nghiệm là gấp lần lưu lượng hút Điều qua trọng nhất là đảm bảo áp suất rửa ngược không được phép vượt quá -0,35kg/cm2 II CÁC BƯỚC THỰC HIỆN Bước 1: Xác định thông số đầu vào Bước 2: Vận hành mô hình Cho nước thải vào bể và bể cho thể tích bể là số định mức (30 lít) Tính thể tích bùn cho vào bể để nồng độ bùn bể đạt 000 mg/l Nồng độ bùn ban đầu ta giả sử là 15 000 mg/l Xác định thể tích bể 2: 30 lít Bước 3: Xác định thể tích bùn cho vào Ta có công thức: N1.V1 = N2.V2 Với: N1 Nồng độ bùn bể 2, N1 = 000 mg/l N2 Nồng độ bùn ban đầu ta giả sử là 15 000 mg/l V1 Thể tích định mức bể, V1 = 30 lít V2 = V bùn, là lượng bùn tính tóan cho vào Lượng bùn cho vào là lít Xác định lưu lượng của mô hình Q = 120ml/phút Vận hành mô hình theo hướng dẫn: Lưu ý vận hành: Khi sử dụng công nghệ MBR, chúng ta nên sử dụng chế độ vận hành không liên tục sau: thời gian lọc qua màng là phút, thời gian ngừng lọc là phút và thổi khí liên tục Trong suốt quá trình vận hành MBR, bề mặt màng sẽ tích tụ lại những chất ô nhiễm và các chất bẩn vsv khác Sau một thời gian vận hành, mặc dù các bọt khí và dòng tuần hoàn nước liên tục rửa bề mặt màng, các chất ô nhiễm vẫn sẽ tích tụ lại Quá trình bơm không liên tục sẽ cải thiện tình trạng này đáng kể Trong suốt thời gian nghỉ (không bơm), TMP sẽ giảm xuống gần băng Các bọt khí có thể tăng hiệu quả rửa bề mặt màng, và làm cho các chất bẩn bám dính rơi Bề mặt màng vì thế được trì tình trạng gần sạch hoàn toàn Thời gian bơm thường là 8-10 phút, nghỉ từ 2-3 phút Nếu thời gian nghỉ ít phút, TMP sẽ không giảm xuống mức đủ thấp để tạo hiệu quả làm sạch màng và làm cho TMP sẽ lại tăng nhanh Để quá trình đạt hiệu quả, cần đảm bảo MLSS = 2000-4000 mg/l: SVI = 50-90 và F/M = 0,6-1,2 kgCOD/kg MLSS Bước 3: Xác định các thông số đầu 39 Báo cáo thí nghiệm xử lý nước III GVHD: Nguyễn Thị Minh Nguyệt TÍNH TOÁN KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM Các thông số đầu vào CHỈ TIÊU ĐƠN VỊ N-NO3- V FAS mẫu trắng không đung V FAS mẫu trắng đung C FAS V FAS Pha loãng COD m1 m2 m QCVN (A) KẾT QUẢ 7.53 0.05 1.5 1.5 0.1 1.1 100 12800 0.14 0.141 0.001 30 N-NH4 + QCVN (A) mg/l pH Độ màu độ kiềm COD SS pH A VH2SO4 ml ml ml ml ml ml mg O2/l g g g mg/l Xác định các thông số tại các nồng độ bùn theo thời gian Thời gian pH SS m1 (g) m2 (g) m (g) COD V FAS Pha loãng COD mg O2/l N-NH4 V mẫu VH2SO4 0,02N N-NO3- SVI Độ kiềm N-NH4 + A Pha loãng N-NO3- mg/l V ml SVI (ml/g) H2SO4 ml ĐK (mg CaCO3/l) giờ giờ giờ giờ giờ giờ 6.87 7.803 7.612 7.522 8.092 7.29 0.1389 0.1404 0.1414 0.1431 0.1436 0.1355 0.155 0.1457 0.1601 0.1576 0.157 0.149 0.0161 0.0053 0.0187 0.0145 0.0134 0.0135 1.3 1.35 1.4 1.45 1.48 1.48 100 50 50 100 100 100 6400 2400 1600 1600 640 640 50 50 50 50 50 50 0.9 1.2 0.9 0.6 0.6 0.5 5.04 6.72 5.04 0.032 0.089 0.101 50 50 50 67.25 87.324 91.549 85 90 110 50 53 91 4.4 4.5 7.1 44 45 71 3.36 0.03 100 133.1 90 58 5.1 51 3.36 2.8 0.007 0.001 100 100 116.9 112.68 85 90 50 53 5.1 51 50 40 Báo cáo thí nghiệm xử lý nước GVHD: Nguyễn Thị Minh Nguyệt IV.GIẢI THÍCH VÀ BÀN LUẬN KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM Object 62 Hình 4.1: Biểu đồ thể hiện thay đổi số pH theo thời gian a) Nhận xét: Nhìn vào đồ thị ta có thể thấy theo thời gian chỉ số pH có xu hướng tăng không đồng đều (có thể sai số việc đo đạc) Object 64 Hình 4.2: Biểu đồ thể hiện thay đổi khối lượng SS theo thời gian b) Nhận xét: Nhìn vào đồ thị ta có thể thấy theo thời gian khối lượng SS có xu hướng tăng khồng đồng đều (có thể sai số việc đo đạc) vì lượng bùn quá trình phân hủy của vi sinh vật 41 Báo cáo thí nghiệm xử lý nước GVHD: Nguyễn Thị Minh Nguyệt Object 66 Hình 4.3: Biểu đồ thể hiện thay đổi nồng độ COD (mgO2/l) theo thời gian c) Nhận xét: Nhìn vào đồ thị ta có thể thấy, theo thời gian nồng độ COD giảm dần vì các chất hữu nước thải bị oxy hóa và phân hủy bởi vi sinh vật điều kiện hiếu khí Object 68 Hình 4.4: Biểu đồ thể hiện thay đổi nồng độ N-NO3- (mg/l) theo thời gian d) Nhận xét: Nhìn vào biểu đồ ta có thể thấy nồng độ NO 3- có xu hướng tăng dần theo thời gian ở mỗi bể quá trình amon hóa diễn 42 Báo cáo thí nghiệm xử lý nước GVHD: Nguyễn Thị Minh Nguyệt Theo QCVN 14 : 2008 BTNMT quy chuẩn quốc gia về nước thải sinh hoạt thì nồng độ Nitrat (tính theo N) phải đạt được 30mg/l (cột A) Như vậy,hầu hết nồng độ amoni theo thời gian ở mỗi bể điều cao quy chuẩn Để giảm NO 3- ta cần phải qua quá trình xử lý thiếu khí để tạo N2 Object 70 Hình 4.5: Biểu đồ thể hiện thay đổi nồng độ N-NH4 (mg/l) theo thời gian e) Nhận xét: Nhìn vào biểu đồ ta nhận thấy nồng độ amoni giảm dần theo thời gian Do quá trình xử lý hiếu khí, quá trình amon hóa diễn làm NH4- giảm Ở giờ thứ amoni tăng, có thể là sai số đo Theo QCVN 14 : 2008 BTNMT quy chuẩn quốc gia về nước thải sinh hoạt thì nồng độ amoni (tính theo N) phải đạt được 5mg/l (cột A) Như vậy, kể từ giờ thứ nồng độ amoni theo thời gian điều dưới quy chuẩn Object 73 Hình 4.6: Biểu đồ thể hiện thay đổi thể tích SVI (ml/g) theo thời gian 43 Báo cáo thí nghiệm xử lý nước f) GVHD: Nguyễn Thị Minh Nguyệt Nhận xét: Nhìn vào biểu đồ ta nhận thấy thể tích SVI tăng không đồng điều theo thời gian vẫn nằm khoảng cho phép là từ 50-100 ml/g Object 76 Hình 4.7: Biểu đồ thể hiện thay đổi độ kiềm (mg CaCO3/l) theo thời gian g) Nhận xét: Nhìn vào biểu đồ ta nhận thấy độ kiềm (mg CaCO3/l) tăng không đồng điều theo thời gian, hầu hết điều tăng rất cao so với ban đầu vì quá trình xử lý vi sinh vật tự dưỡng bùn sử dụng CO2 cho quá trình sinh trưởng 44 ... nước GVHD: Nguyễn Thị Minh Nguyệt Object 17 Hình 3.1: Hiệu suất xử lý COD từng cốc Object 20 Hình 3.2: Hiệu suất xử lý độ màu từng cốc a) Nhận xét: Ứng với tỉ lệ H2O2/Fe2+ bằng... Object 23 Hình 3.3: Hiệu suất xử lý COD từng cốc 18 Báo cáo thí nghiệm xử lý nước GVHD: Nguyễn Thị Minh Nguyệt Object 25 Hình 3.4: Hiệu suất xử lý độ màu từng cốc a) Nhận xét:... loãng 100 ml COD 1602.462 mg O2/l QCVN (A1) 10 mg O2/l Bảng 2.1: Các thông số đầu vào nước thải trước xử lý Xác định các thông số tại các nồng độ bùn theo thời gian Báo cáo thí nghiệm