Đè tài tiến hành đánh giá được khả năng xử lí thành phần hữu cơ có trong nước thải chăn nuôi lợn bằng hai công nghệ xử lí yếm khí là kĩ thuật tuần hoàn nội (IC) và dạng cải tiến của kĩ thuật yếm khí theo kiểu vách ngăn đảo chiều (ABR). Trên cơ sở đó xác định được mối quan hệ giữa tải lượng và năng suất xử lí để phục vụ cho thiết kế trong thực tế sau này.
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Phạm Thị Kim Loan ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN KĨ THUẬT YẾM KHÍ CAO TẢI XỬ LÝ NƢỚC THẢI GIÀU HỮU CƠ LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HÀ NỘI – 2014 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Phạm Thị Kim Loan ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN KĨ THUẬT YẾM KHÍ CAO TẢI XỬ LÝ NƢỚC THẢI GIÀU HỮU CƠ LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Chun ngành Mã số : Hóa mơi trƣờng : 60440120 Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS Lê Văn Chiều HÀ NỘI – 2014 LỜI CẢM ƠN Để hoàn thiện luận văn tốt nghiệp nỗ lực thân, tơi xin bày tỏ lịng biết ơn chân thành sâu sắc tới thầy giáo khoa Hóa học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội ln quan tâm tận tình truyền đạt những kiến thức cho thời gian học tập trường Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới TS Lê Văn Chiều, thầy hướng dẫn trực tiếp luận văn Thầy tận tình hướng dẫn, định hướng tạo điều kiện cho suốt thời gian thực luận văn thạc sỹ Trân trọng cảm ơn anh chị trung tâm CETASD (Trung tâm Nghiên cứu Công nghệ môi trường Phát triển bền vững) tạo điều kiện, giúp đỡ tơi hồn thành luận văn phần đề tài KC 08-04/11-15 cấp Nhà nước, Bộ Khoa học Công nghệ tài trợ Cuối cùng, xin dành lời cảm ơn chân thành tới gia đình người quan tâm, động viên đồng thời chỗ dựa tinh thần lớn giúp tơi hồn thành tốt cơng trình luận văn vừa qua Hà nội, tháng 10 năm 2014 Học viên Phạm Thị Kim Loan MỤC L ỤC MỞ ĐẦU CHƢƠNG TỔNG QUAN 1.1 Nước thải chăn nuôi 1.1.1 Đặc điểm nước thải chăn nuôi lợn .3 1.1.2 Hiện trạng chất thải chăn nuôi Việt Nam số phương pháp xử lí nước thải chăn ni 1.2 Tổng quan kĩ thuật xử lý yếm khí 1.2.1 Lịch sử phát triển kĩ thuật xử lý yếm khí 1.2.2 Ưu, nhược điểm kĩ thuật vi sinh yếm khí so với kĩ thuật vi sinh hiếu khí 1.2.3 Các q trình vi sinh điều kiện yếm khí 1.3 Kĩ thuật tuần hoàn nội (Internal Circulation – IC) 10 1.4 Kĩ thuật yếm khí ảo chiều (Anaero ic affled Reactor - ABR) 13 CHƢƠNG ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 17 2.1 Đối tƣợng nghiên cứu 17 2.2 Mục tiêu nội dung nghiên cứu 17 2.2.1 Mục tiêu nghiên cứu 17 2.2.2 Nội dung nghiên cứu 17 2.3 Phƣơng pháp nghiên cứu .18 2.3.1 Thiết bị nghiên cứu 18 2.3.2 Thiết bị phân tích, dụng cụ hóa chất 24 2.3.3 Qui trình thí nghiệm .24 2.3.4 Các phương pháp phân tích .25 2.3.5 Các cơng thức tính tốn 25 CHƢƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 27 3.1 Đặc iểm nƣớc thải nuôi lợn .27 3.2 Khảo sát hiệu suất xử lí thành phần hữu chế ộ giảm dần thời gian lƣu nƣớc 28 3.2.1 Diễn biến thành phần hữu hiệu suất xử lí thành phần hữu hệ IC .28 3.2.2 Diễn biến thành phần hữu hiệu suất xử lí thành phần hữu hệ ABR 32 3.3 So sánh khả xử lí thành phần hữu hai thiết ị IC A R 35 3.4 Mối quan hệ tải lƣợng hữu vào với hiệu suất xử lí suất xử lí thành phần hữu 38 3.4.1 Quan hệ tải lượng hữu vào hiệu suất xử lí thành phần hữu hệ IC 38 3.4.2 Quan hệ tải lượng hữu vào hiệu suất xử lí thành phần hữu hệ ABR 39 3.4.3 Quan hệ tải lượng hữu vào suất xử lí thành phần hữu hệ IC 41 3.4.4 Quan hệ tải lượng hữu vào suất xử lí thành phần hữu hệ ABR 44 3.5 Khảo sát ảnh hưởng tốc độ nước dâng đến hiệu suất xử lí thành phần hữu hệ ABR 47 3.6 Diễn iến T-N, N-NH 4 theo thời gian 49 3.6.1 Diễn biến T-N, N- NH 4 hệ IC theo thời gian 49 3.6.2 Diễn biến T-N, N-NH 4 hệ ABR theo thời gian 51 3.7 Diễn iến T-P, PO 34 theo thời gian 53 3.7.1 Diễn biến T-P, PO43- IC theo thời gian 53 3.7.2 Diễn biến T-P, PO43- ABR theo thời gian 54 3.8 Khả loại ỏ cặn nƣớc thải 56 3.8.1 Khả loại bỏ cặn nước thải hệ IC .56 3.8.2 Khả loại bỏ cặn nước thải hệ ABR 57 KẾT LUẬN 59 TÀI LIỆU THAM KHẢO 60 PHỤ LỤC 63 DANH MỤC ẢNG Bảng 1.1 Đặc tính nước thải sau xử lý hầm Biogas Bảng 2.1 Các thông số kĩ thuật hệ IC 19 Bảng 2.2 Các thông số kỹ thuật hệ ABR .22 Bảng 3.1 Các đặc trưng nước thải thô 27 Bảng 3.2 Các thơng số vận hành thí nghiệm hệ IC .28 Bảng 3.3 Kết thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng thời gian lưu nước đến hiệu suất xử lí thành phần hữu hệ IC 30 Bảng 3.4 Các thông số vận hành thí nghiệm hệ ABR 32 Bảng 3.5 Kết thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng thời gian lưu nước đến hiệu suất xử lí thành phần hữu hệ ABR .34 Bảng 3.6 Tóm tắt kết thí nghiệm so sánh khả xử lí thành phần hữu IC ABR .36 Bảng 3.7 Tóm tắt kết thí nghiệm quan hệ tải lượng suất xử lí thành phần hữu hệ IC 41 Bảng 3.8 Kết mối quan hệ tải lượng hữu suất xử lí thành phần hữu hệ IC 43 Bảng 3.9 Tóm tắt kết thí nghiệm quan hệ tải lượng hữu suất xử lí thành phần hữu hệ ABR 44 Bảng 3.10 Kết mối quan hệ tải lượng hữu suất xử lí thành phần hữu hệ ABR 46 Bảng 3.11 Thơng số vận hành thí nghiệm kết so sánh chế độ nước dâng ABR 47 Bảng 3.12 Các giá trị T-N, N-NH 4 hệ IC 50 Bảng 3.13 Các giá trị T-N, N-NH 4 hệ ABR 51 Bảng 3.14 Các giá trị T-P, PO 34 hệ IC 53 Bảng 3.15 Các giá trị T-P, PO 34 hệ ABR .54 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Sơ đồ phát triển cơng nghệ yếm khí Hình 1.2 Sơ đồ hệ xử lý tuần hồn nội 11 Hình 1.3 Cấu hình bể xử lý ABR 14 Hình 2.1 Mơ hình hệ IC 18 Hình 2.2 Hình ảnh hệ IC phịng thí nghiệm 19 Hình 2.3 Bộ phân phối bùn 20 Hình 2.4 Bộ tách ba pha khí/lỏng/rắn 20 Hình 2.5 Mơ hình hệ ABR 21 Hình 2.6 Hình ảnh hệ ABR phịng thí nghiệm .22 Hình 2.7 Bơm nước đầu vào .23 Hình 2.8 Bồn thu nước đầu 23 Hình 3.1 Diễn biến giá trị COD tổng hiệu suất xử lí thành phần hữu tổng hệ IC thay đổi thời gian lưu nước .29 Hình 3.2 Diễn biến giá trị COD hòa tan hiệu suất xử lí thành phần hữu hịa tan hệ IC thay đổi thời gian lưu nước .29 Hình 3.3 Diễn biến giá trị COD tổng hiệu suất xử lí thành phần hữu tổng hệ ABR thay đổi thời gian lưu nước 33 Hình 3.4 Diễn biến giá trị COD hịa tan hiệu suất xử lí thành phần hữu hịa tan hệ ABR thay đổi thời gian lưu nước 33 Hình 3.5 Diễn biến hiệu suất xử lí thành phần hữu tổng IC ABR thay đổi thời gian lưu nước 36 Hình 3.6 Diễn biến hiệu suất xử lí thành phần hữu hịa tan IC ABR thay đổi thời gian lưu nước 37 Hình 3.7 Mối quan hệ tải lượng hữu tổng vào hiệu suất xử lí thành phần hữu tổng hệ IC 38 Hình 3.8 Mối quan hệ tải lượng hữu hòa tan vào hiệu suất xử lí thành phần hữu hịa tan hệ IC 38 Hình 3.9 Mối quan hệ tải lượng hữu tổng vào hiệu suất xử lí thành phần hữu tổng hệ ABR .39 Hình 3.10 Mối quan hệ tải lượng hữu hòa tan vào hiệu suất xử lí thành phần hữu hịa tan hệ ABR 40 Hình 3.11 Quan hệ tải lượng hữu vào suất xử lí thành phần hữu hệ IC 42 Hình 3.12 Quan hệ tải lượng hữu vào xuất xử lí thành phần hữu hệ ABR .45 Hình 3.13 Quan hệ tải lượng hữu tổng vào suất xử lí thành phần hữu tổng ABR thay đổi tốc độ nước dâng 47 Hình 3.14 Quan hệ tải lượng hữu hịa tan vào suất xử lí thành phần hữu hòa tan ABR thay đổi tốc độ nước dâng 48 Hình 3.15 So sánh hiệu suất xử lí thành phần hữu tổng ABR thay đổi tốc độ nước dâng 48 Hình 3.16 So sánh hiệu suất xử lí thành phần hữu hòa tan ABR thay đổi tốc độ nước dâng .49 Hình 3.17 Diễn biến T-N hệ IC theo thời gian 50 Hình 3.18 Diễn biến N-NH4+ hệ IC theo thời gian 51 Hình 3.19 Diễn biến T-N hệ ABR theo thời gian 52 Hình 3.20 Diễn biến N-NH 4 hệ ABR theo thời gian 52 Hình 3.21 Diễn biến T-P hệ IC theo thời gian .53 Hình 3.22 Diễn biến PO43- hệ IC theo thời gian 54 Hình 3.23 Diễn biến T-P hệ ABR theo thời gian 55 Hình 3.24 Diễn biến PO43- hệ ABR theo thời gian 55 Hình 3.25 Diễn biến TSS khả xử lí TSS hệ IC 56 Hình 3.26 Diễn biến TSS khả xử lí TSS hệ ABR 57 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT Tiếng Anh Ký hiệu Tiếng Việt ABR Anaerobic Baffled Reactor Kĩ thuật yếm khí đảo chiều COD Chemical Oxygen Demand Nhu cầu oxy hóa hóa học CODt,v COD tổng vào CODt,r COD tổng CODht,v COD hòa tan vào CODht,r COD hòa tan Thời gian lưu nước HRT EGSB Expanded Granular Sludge Bed Đệm vi sinh dạng hạt giãn nở Lưu lượng nước Q T-N Tổng Nitơ T-P Tổng Phốt TSS IC Total Suspended Solids Tổng chất rắn Internal Circulation Kĩ thuật tuần hoàn nội Upflow Anaerobic Sludge Kĩ thuật dòng chảy qua lớp bùn yếm Blanket khí UASB dâng Tốc độ nước dâng MỞ ĐẦU Chăn nuôi hai lĩnh vực quan trọng nông nghiệp (chăn nuôi, trồng trọt), khơng đáp ứng nhu cầu thực phẩm cho tiêu dùng hàng ngày người dân xã hội mà nguồn thu nhập quan trọng hàng triệu người dân Đặc biệt nông nghiệp lại có ý nghĩa quan trọng nước ta có tới 70% dân cư sống dựa vào nông nghiệp [3] Trong nông nghiệp chăn nuôi, đặc biệt chăn nuôi lợn coi mạnh ngành nơng nghiệp với gia tăng dân số, gia tăng nhu cầu lương thực, thực phẩm, ngành chăn nuôi đầu tư phát triển mạnh Trước đây, có chăn ni nhỏ lẻ hộ gia đình Hiện nay, bối cảnh thức ăn chăn nuôi, vật tư chăn nuôi tăng, với sức cạnh tranh, vấn đề kiểm sốt dịch bệnh nên việc chăn ni hộ gia đình có xu hướng giảm chăn nuôi gia trại, trang trại tăng nhanh tạo khả cạnh tranh thị trường Theo kết điều tra 1/10/2013 Tổng cục Thống kê, nước có 26,3 triệu lợn 99,1%; đàn lợn nái có 3,9 triệu 98% so với kỳ năm trước Sản lượng thịt xuất chuồng đạt 3,3 triệu tăng 2,1% so với kỳ năm trước Tuy nhiên, bên cạnh đóng góp tích cực cho phát triển kinh tế - xã hội, việc phát triển chăn nuôi lợn để lại tác động tiêu cực đến môi trường: làm ô nhiễm môi trường đất, chất lượng nước khơng khí xung quanh khu vực nuôi lợn Nguyên nhân ảnh hưởng chất thải chăn nuôi lợn: phân, nước tiểu nước rửa chuồng trại Sản lượng thịt lợn cung cấp thị trường ngày tăng tỷ lệ thuận với lượng chất thải môi trường Theo báo cáo tổng kết Viện chăn nuôi [2], hầu hết hộ chăn nuôi để nước thải chảy tự môi trường xung quanh gây mùi hôi thối nồng nặc, đặc biệt vào ngày oi Nồng độ khí H2S NH3 cao mức cho phép khoảng 30-40 lần, tổng số vi sinh vật bào tử nấm cao mức cho phép nhiều lần, ngồi nước thải chăn ni cịn có chứa COD, TN, TP cao nhiều lần so với tiêu chuẩn cho phép [1] Vì vậy, Diễn biến T- P hòa tan (ABR) T-P,ht, vào (mg/l) 30 T- P (mg/l) T-P, ht, (mg/l) 20 10 0 10 15 20 Số thứ tự mẫu Hình 3.23 Diễn biến T-P hệ A R theo thời gian 3- Diễn biến PO4 hòa tan (ABR) PO4 ht, vào (mg/l) PO4 ht, (mg/l) PO43- (mg/l) 30 20 10 0 Số thứ tự mẫu 10 12 Hình 3.24 Diễn biến PO43- hệ A R theo thời gian Hình 3.21 hình 3.24 cho thấy T-P, PO 34 có nước thải đầu vào sau qua hệ ABR gần không thay đổi theo thời gian, hiệu suất xử lí mức 4% Như vậy, hai hệ xử lí yếm khí IC ABR khơng xử lí nitơ photpho Ngun nhân vi sinh yếm khí khơng xử lí hợp chất nitơ 55 photpho Chính nước thải sau xử lí yếm khí cần tiếp tục xử lí hiếu khí để xử lí nitơ, photpho 3.8 Khả loại ỏ cặn nƣớc thải Đánh giá khả xử lí loại bỏ cặn khâu quan trọng Chính giá trị TSS có nước đầu vào đầu hai hệ phân tích ngày lần Kết phân tích TSS hai hệ IC ABR biểu diễn hình 3.25 3.26 3.8.1 Khả loại bỏ cặn nước thải hệ I Diễn biến TSS đầu vào, đầu hiệu suất xử lí TSS hệ IC trình bày hình 3.25 TSS,vào (mg/l) TSS,ra (mg/l) HS (%) Diễn biến TSS hệ IC TSS (mg/l) HRT=20 HRT=16 HRT=10 HRT=6 100 80 3000 60 2000 40 1000 20 Hiệu suất xử lí TSS (%) HRT=24 4000 0 10 20 30 40 50 Số thứ tự mẫu Hình 3.25 Diễn biến TSS khả xử lí TSS hệ I Hình 3.25 cho thấy TSS có nước thải đầu vào biến đổi khơng có giá trị lớn, nằm khoảng từ 1.360 – 3.664 mg/l Với thời gian lưu dài (24 20 giờ) hiệu suất xử lí TSS IC ln đạt 80%, TSS đầu nhỏ 800 mg/l, nhiên với thời gian lưu 16 hiệu suất xử lí TSS giảm xuống trung bình đạt 78,3% Với thời gian lưu hiệu suất xử lí TSS xuống thấp, hiệu suất trung bình đạt 36,7%, TSS đầu lớn 1.000 mg/l có 56 ngày hiệu suất xử lí cịn bị âm bùn vi sinh bị tràn Như hệ IC có khả xử lí TSS tốt thời gian lưu dài 16 Nguyên nhân: Khi thời gian lưu nước ngắn lưu lượng nước đầu vào lớn nên khả khuấy trộn thủy lực hệ lớn, bùn vi sinh hệ bị trào nước thải đầu 3.8.2 Khả loại bỏ cặn nước thải hệ ABR Tương tự hệ IC, hệ ABR phân tích TSS nước thải đầu vào nước thải đầu với tần suất lần/ngày Kết phân tích trình bày hình 3.26 TSS,vào (mg/l) Diễn biến TSS hệ ABR TSS,ra (mg/l) HS (%) HRT=30giờ HRT=25 HRT=20giờ HRT=15giờ HRT=10giờ HRT=6giờ 80 3000 TSS (mg/l) 100 60 2000 40 1000 20 Hiệu suất xử lí TSS (%) 4000 0 10 20 30 40 Số thứ tự mẫu Hình 3.26 Diễn biến TSS khả xử lí TSS hệ A R Hình 3.26 cho thấy TSS nước đầu vào hệ cao nằm khoảng từ 1.406-3.835 mg/l chủ yếu dao động khoảng 2.000 – 2.500 mg/l, sau qua hệ TSS giảm xuống 1.000 mg/l Hiệu suất xử lí TSS trung bình chế độ thời gian lưu 30, 25, 20, 15 đạt 80%, thời gian lưu giảm xuống 10 hiệu suất xử lí trung bình giảm xuống 79,8% 68% Điều cho thấy khả xử lí TSS ABR tốt, đặc biệt với chế độ thời gian lưu dài 15 57 Như vậy, mặt loại bỏ TSS hai hệ ta nhận thấy rằng: Với thời gian lưu nước dài 20 khả khả xử lí TSS ABR IC tương đương nhau, đạt hiệu suất xử lí trung bình lớn 80%, với thời gian lưu nước ngắn 20 ABR loại bỏ TSS tốt IC Nguyên nhân ABR có bốn cột với ba tách ba pha khí/lỏng/rắn nên khả tạo lắng cặn bùn yếm khí tốt Với hệ IC thời gian lưu dài hệ tách cặn hiệu với hai tách ba pha khí/lỏng/rắn với thời gian lưu ngắn ta nhận thấy hệ hoạt động bùn bị trào Đây ưu điểm ABR so với IC 58 KẾT LUẬN Qua q trình nghiên cứu tơi rút kết sau: Với giá trị thời gian lưu nước khảo sát tăng thời gian lưu nước khả xử lí thành phần hữu hai hệ IC ABR tăng So sánh khả xử lí thành phần hữu với thời gian lưu dài 20 hai hệ có khả tương tự nhau, với thời gian lưu ngắn ABR có khả xử lí thành phần hữu tốt so với IC, khả chịu tải hữu đầu vào ABR cao (ABR chịu tải hữu 14 kg/m3/ngày, IC chịu tải kg/m3/ngày với hiệu suất xử lí đạt khoảng 60 %) So sánh khả loại bỏ cặn, với thời gian lưu dài dài 20 hai hệ có khả loại bỏ cặn tương đương với hiệu suất 80 %, với thời gian lưu ngắn ABR có khả tốt IC So sánh hai chế độ nước dâng 0,9 m/giờ m/giờ hệ ABR chế độ nước dâng m/giờ hệ xử lí thành phần hữu tốt Cả hai hệ IC ABR khơng có khả xử lí nitơ, photpho 59 TÀI LIỆU THAM KHẢO TÀI LIỆU TIẾNG VIỆT Bùi Xuân An (2007), Nguy tác động đến môi trường trạng quản lý chất thải chăn nuôi vùng Đông Nam Bộ, Đại học Nơng Lâm TP Hồ Chí Minh Antoine Pouilieute, Bùi Bá Bổng, Cao Đức Phát (2010), Báo cáo chăn nuôi Việt Nam triển vọng 2010”, ấn phẩm tổ chức PRISE Pháp Bộ Nông nghiệp phát triển nông thôn (2011), Báo cáo kết thực 12 tháng năm 2011 ngành Nông nghiệp phát triển nông thôn, Trung tâm tin học thống kê TÀI LIỆU TIẾNG ANH Angelidaki, I., Ellegaard, L., Sorensen, A.H., Schmidt, J.E (2002) Anaerobic processes In: Angelidaki I, editor Environmental biotechnology Institute of Environment and Resources Technical University of Denmark (DTU) Barber, W.P.; Stucky, D.C (1999) The use of the anaerobic baffled reactor (ABR) for wastewater treatment: a review Wat Res Vol 33, No 7, 1559-1578 Björnsson, L., Murto, M., Jantsch, T.G., Mattiasson, B (2001) Evaluation of new methods for the monitoring of alkalinity, dissolved hydrogen and the microbial community in anaerobic digestion Water Research, 35 (12), 2833-2840 Feng, H.J.; Hu, L.F.; Shan, D.; Fang, C.R.; Shen, D.S (2008) Effects of Temperature and Hydraulic Residence Time (HRT) on Treatment of Dilute Wastewater in Carrier Anaerobic Baffled Reactor Biomed Environ Eng Sci 21,460-466 Frankin R.J (2001) Full-scale experiences with anaerobic treatment of industrial wastewater Wat Sci Tech 44, 1–6 Garcia-Heras, J.L (2003) Reactor sizing, process kinetics and modelling of anaerobic digestion of complex wastes Ed Mata-Alvarez, Biomethanaization of the organic fraction of municipal solid wastes, IWA, UK, pp 21-58 60 10 Jim A Field and Reyes Sierra, University of Arizona, High Rate Anaerobic Wastewater Treatment, www.uasb.org 11 Klass, D.L (1984) Methane from anaerobic fermentation Science, 223 (4640), 1021-1028 12 Kotsyurbenko, O.R (2005) Trophic interactions in the methanogenic microbial community of low-temperature terrestrial ecosystems FEMS Microbial Ecology, 53, 3-13 13 Krishna, G.V.T.G.; Kumar, P.; Kumar, P (2008) Treatment of low strength complex wastewater using an anaerobic baffled reactor (ABR) Bioresource Technology 99, 8193–8200 14 Krishna, G.V.T.G.; Kumar, P.; Kumar, P (2009) Treatment of low-strength soluble wastewater using an anaerobic baffled reactor (ABR) J Environ Manag 90, 166-176 15 Lettinga, G., van Velsen, A.F.M., Homba, S.W., de Zeeuw, W., Klapwijk, A (1980) Use of the upflow sludge blanket reactor concept for biological wastewater treatment especially for anaerobic treatment Biotechnol Bioeng 22, 699 – 734 16 McCarty, P.L (1982) in: D.E Hughes, D.A Stafford, B.F Weatley, W Beader, G Lettinga, E.J Nuns, W Verstraete and R.L Wentworth, eds Anaerobic Digestion Elsevier Biomedical, Amsterdam, pp.3-22 17 Parawira, W., Murto, M., Read, J.S., Mattiasson, B (2005) Profile of hydrolases and biogas production during two-stage mesophilic anaerobic digestion of solid potato waste Process Biochemistry, 40 (9), 2945-2952 18 Petersen, S.P., Ahring, B.K (1991) Acetate oxidation in thermophilic anaerobic sewage sluge digester: the importance of non-aceticlastic methanogenesis of acetate FEMS Microbial Ecology, 86, 149-158 19 Sallis, P.J.; Uyanik, S (2003) Granule development in a split-feed anaerobic baffled reactor Bioresource Technology 89, 255–265 20 Schink, B (1997) Energetics of syntrophic cooperation in methanogenic degradation Microbiology and Molecular Biology Reviews, 61 (2), 262-280 61 21 Uyanik S (2003) A Novel Anaerobic Reactor: Split fed anaerobic baffled reactor (SFABR) Turkish J Eng Env Sci 27, 339 – 345 22 Uyanik S (2003) Granule development in anaerobic baffled reactors Turkish J Eng.Env Sci 27, 131 - 144 23 Vavilin, V.A., Rytov, S.V., Lokshina, L.Y (1996) A description of hydrolysis kinetics in anaerobic degradation of particulate organic matter Bioresource Technology, 56 (2-3), 229-237 24 Vellinga, S.H.J.(1986) Anaerobic purification equipment for waste water US Patent No 4,609,460 62 PHỤ LỤC CÁC PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH Qui trình phân tích COD theo phương pháp bicromat *Ngun tắc Theo phương pháp mẫu đun hồi lưu với K2Cr2O7 mơi trường axit đặc có Ag2SO4 làm xúc tác ( Ag2SO4 dùng để thúc đẩy trình oxi hóa hợp chất hữu có phân tử lượng thấp) theo phản ứng : Cr2O 72 + 14 H+ + 6e Cr 3+ + H2O Q trình oxi hố viết: O2 + 4H+ + 4e 2H2O Như 1mol O2 tiêu thụ mol electron để tạo 2mol H2O, 1mol Cr2O72- tương đương với 3/2 mol O2 Nếu nước có hàm lượng Cl- cao (> = 300 mg/l) xảy phản ứng sau: Cr2O 72 + Cl- + 14 H+ 3Cl2 + Cr3+ + H2O Điều ảnh hưởng tới trình xác định COD, để tránh ảnh hưởng ion người ta thêm HgSO4 để tạo phức Cl- Ngồi ảnh hưởng Clcịn phải kể tới ảnh hưởng NO 2 , nhiên lượng NO 2 từ 1-2 mg/l bị ảnh hưởng, để loại bỏ ảnh hưởng cần thêm lượng axit sufamic với tỉ lệ 10 mg/ 1mg NO 2 *Hóa chất - Pha hỗn hợp phản ứng: sấy K2Cr2O7 1050C 2h Cân xác 10,216 g K2Cr2O7 sấy khơ đem hịa tan, thêm 167 ml dung dịch H2SO4 đặc 33,3 g HgSO4, để nguội định mức đến 1000 ml - Pha thuốc thử axit: pha theo tỉ lệ 4,96g Ag2SO4 500 ml H2SO4, dùng từ để khuấy cho Ag2SO4 tan hết *Tiến hành làm đường chuẩn 63 Sấy khô lượng kaliphtalat 1200C Cân xác 850 mg kaliphtalat hịa tan nước cất định mức thành 1.000 ml, dung dịch chứa 1.000 mg O2 /l Chuẩn bị dãy dung dịch chuẩn gồm điểm có nồng độ tương ứng mg O 2/ l, 20 mg O2/l, 50 mg O2/l, 100 mg O2/ l, 200 mg O2/l, 500 mg O2 /L Thêm 1,5 ml hỗn hợp phản ứng vào dãy dung dịch chuẩn Thêm 3,5 ml thuốc thử axit vào dãy chuẩn Lắc đem phá mẫu 2h 1500C Để nguội đem đo bước sóng 600 nm Ta xây dựng đường chuẩn COD sau: Hình Đường chuẩn OD * Tiến hành xác định COD 600 mẫu Bước 1: Cho vào ống phá mẫu 2,5 ml mẫu nước (chú ý làm song song mẫu lọc không lọc) Bước 2: Thêm tiếp 1,5 ml hỗn hợp phản ứng Bước 3: Thêm tiếp 3,5 ml dung dịch thuốc thử axit Bước 4: Lắc đun hồi lưu vòng 2h máy phá mẫu 1200C Bước 5: Lấy để nguội đem đo bước sóng 600 nm 64 * Tính tốn COD Tính giá trị COD mẫu nghiên cứu dựa vào đường chuẩn : y = 0,00031 x - 0,000141 ( R2 = 0.99994) y: giá trị COD mẫu phân tích (mg O2 /l) x: độ hấp thụ quang mẫu D: độ pha lỗng Qui trình phân tích amoni *Ngun tắc Amoni phản ứng với hypochloride với có mặt phenol tạo thành hợp chất indo phenol màu xanh đậm Đo màu bước sóng 640 nm * Dụng cụ: ống thủy tinh chịu nhiệt, pipet tự động loại ml, giá đựng mẫu, cốc thủy tinh, bếp điện, nước đá *Hóa chất: NaOH, NaOCl 0,1 %, phenol, nitro prusside *Pha hóa chất: Pha hypochloride: cân 15g NaOH khan , thêm 500 ml NaOCl 0,1 %, sau định mức thành 1000 ml nước cất Pha dung dịch phenol-sodium nitroprusside: 5g phenol 0,025 g nitroprusside pha nước cất định mức tới 500 ml *Xây dựng đường chuẩn: Pha dung dịch chuẩn: sấy NH4Cl tinh khiết sấy 1030C 3h, sau cho vào bình hút ẩm để nguội 15 phút đem cân Cân 3,819 g NH4Cl hòa tan định mức đến 1000 ml nước cất, dung dịch có nồng độ N-NH 4 g/l Chuẩn bị dung dịch có nồng độ N- NH4+ mg/l ( khơng pha lỗng q 100 lần ) Lập đường chuẩn với nồng độ N-NH 4 : mg/l, 0,2 mg/l, 0,4 mg/l, 0,6 mg/l, 0,8 mg/l, mg/l Thêm ml phenol-sodium nitroprusside, lắc 30s Thêm ml hypochloride, lắc 30s Điều nhiệt 30 – 400C 20- 30 phút Đem đo bước sóng 640 nm 65 Số ống 0,2 0,4 0,6 0,8 V nước cất (ml) V N-NH 4 (ml) ABS 0,094 0,169 0,251 0,323 0,403 Nống độ N-NH 4 (mg/l) Đường chuẩn amôni Nồng độ (mg N/L) 1.2 y = 2.447x R2 = 0.9978 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0.1 0.2 0.3 0.4 ABS Hình Đường chuẩn NH 4 *Xác định NH4+ mẫu Đưa mẫu nồng độ nằm khoảng giới hạn đường chuẩn Lấy 5ml mẫu vào ống thủy tinh Thêm ml phenol- sodiumnitroprusside Thêm ml hypochloride, lắc 30s Điều nhiệt 30 – 40oC 20- 30 phút Đem đo bước sóng 640 nm *Tính tốn: Tính theo đường chuẩn y = 2,447 x ( R2 = 0.9978) y: nồng độ N-NH 4 mẫu 66 0.5 x: độ hấp thụ quang ABS Qui trình phân tích Photpho *Ngun tắc: amoni molipdat kali antimon tatrat phản ứng với PO 34 môi trường axit trung bình tạo axit photpho molipdic sau bị khử axit ascobic tạo màu xanh đậm Đo màu bước sóng 710 nm máy UV- VIS *Hóa chất: Amoni molipdat, kali antimon tarat, H2SO4, NaOH, axit ascorbic, K2S2O8, phenol phtalein, KH2PO4 *Dụng cụ: Bình chịu nhiệt, ống phacol, máy đo,bếp điện, giá đựng, máy phá mẫu, cốc cân, chai đựng hóa chất, pipet tự động, pipet 10 ml, ml, ml, bình định mức 100 ml, 25 ml, 50 ml *Pha hóa chất: Pha K2S2O8: cân 4g K2S2O8 hòa tan 100 ml nước cất Pha H2SO4 1:2 : pha 10ml axit H2SO4 đặc vào 20 ml nước cất Pha dung dịch NaOH: hòa tan khối lượng NaOH khơng cần xác khối lượng nước cất để làm môi trường Pha axit ascorbic: cân 1,8 g axit ascobic hòa tan 25 ml nước cất Pha dung dịch (NH4)6Mo6: + Hòa tan 7,27 g amoni molipdat (NH4)6Mo7O24.4H2O sấy 1050C 3h vào 150 ml nước cất + Hòa tan 0,189 g kali antimon tatrat C4H4O6KSbO.1/2H2O 50 ml nước + Cho 96 ml H2SO4 đặc vào bình chứa 600 ml nước cất sau để lạnh đến nhiệt độ phịng + Trộn dung dịch với + Thêm vào 10g ammoni amidosulfat NH4OSO2NH2 8,509 NH2OSO2H vào hỗn hợp Định mức thành 1000 ml *Lập đường chuẩn P Lập đường chuẩn gồm dãy điểm 67 Pha dung dịch gốc tổng P: sấy KH2PO4 1050C 2h Cân xác 0,4394 g KH2PO4 1.000 ml nước cất Dung dịch chuẩn: pha loãng dung dịch gốc 20 lần ta dung dịch chuẩn 5mg/l Lấy dãy dung dịch chuẩn theo nồng độ sau : Nồng độ dung dịch chuẩn (mg/l) 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 V dung dịch chuẩn (ml) Sau lấy dung dịch chuẩn vào ống phacol định mức thành 20 ml Thêm 0,5 ml axit ascorbic Thêm 2,5 ml dung dịch (NH4)6Mo6 Định mức thành 25 ml Điều nhiệt 30-400C thời gian 10 - 15 phút Đem đo máy UV_VIS bước sóng 710 nm Đường chuẩn tổng photpho Nồng độ (mg P/L) 1.2 y = 1.8314x R2 = 0.9992 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0.1 0.2 0.3 ABS 0.4 Hình Đường chuẩn P * Cách tiến hành thí nghiệm Bước 1: Hút 10 ml dịch mẫu sau lọc vào ống chịu nhiệt Bước 2: Thêm 5ml K2S2O8 Bước 3: Thêm ml H2SO4 (1:2) 68 0.5 0.6 Bước 4: Phá mẫu 1200C 30 phút Bước 5: Hút thể tích mẫu xác định (10ml) sau phá mẫu từ bình chịu nhiệt Bước 6: Thêm giọt phenol phtalein Bước 7: Thêm dung dịch NaOH đến chuyển sang màu hồng Bước 8: Thêm 2,5 ml amoni molipdat Định mức lên 20ml nước cất Bước 9: Thêm 0,5 ml axit ascorbic Định mức thành 25 ml Bước 11: Gia nhiệt bếp điện 30-400C 10-15 phút , đo bước sóng 710 nm * Kết tính tốn: tính theo đường chuẩn y = 1.831x *D (R2 = 0.9992) y nồng độ tổng P mẫu (mg/l) x kết đo ABS D độ pha loãng Xác định tổng chất rắn lơ lửng (TSS) Mẫu sau trộn lấy thể tích xác định sau lọc qua máy lọc chân không Phần trọng lượng khô chất rắn giấy lọc (θ = 0,45µm) sấy khơ 105oC tới trọng lượng không đổi Phần khối lượng giấy tăng lên so với giấy lọc ban đầu thể chất rắn lơ lửng (khơng tan) Đơn vị tính mg/l Tính tốn kết quả: Lượng rắn khơng hồ tan = (a-b) * 1000/V (mg/l) Trong đó: a: khối lượng chất rắn không tan + khối lượng giấy lọc (mg) b: khối lượng giấy lọc (mg) V: thể tích mẫu (ml) 69 ... tải xử lý cao Vì luận văn đề tài ? ?Nghiên cứu phát triển kĩ thuật yếm khí cao tải xử lí nƣớc thải giàu hữu cơ? ?? đưa với mục tiêu đánh giá khả xử lí thành phần hữu có nước thải chăn ni lợn hai cơng... HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Phạm Thị Kim Loan ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN KĨ THUẬT YẾM KHÍ CAO TẢI XỬ LÝ NƢỚC THẢI GIÀU HỮU CƠ LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Chun ngành Mã... Bách Khoa Hà Nội 2012 1.2 Tổng quan kĩ thuật xử lý yếm khí 1.2.1 Lịch sử phát triển kĩ thuật xử lý yếm khí Lịch sử q trình yếm khí – phát biogas lâu ghi nhận việc sử dụng trình yếm khí để xử lí