3.2.1 Vật liệu thí nghiệm
Nƣớc thải sản xuất hủ tiếu ở cơ sở sản xuất hủ tiếu Thủy, ấp Bình Hòa, xã Long Bình Điền, huyện Chợ Gạo, tỉnh Tiền Giang. Nƣớc thải đƣợc thu gom và chuyển trực tiếp đến túi ủ biogas, nƣớc thải ban đầu có mùi hôi chua và có chứa cặn lơ lửng.
“Cây Sậy” đƣợc thu tại nhà dân cách cơ sở 1 km, Sậy đƣợc lựa chọn làm thí nghiệm là cây đang phát triển ở giai đoạn hơn 1 tháng sau khi trồng, lá xanh và thân tròn khỏe mạnh, không có hiện tƣợng héo úa; đƣợc phân bố đồng đều trên cánh đồng với tỉ lệ khoảng 60 – 80 cây/m2.
Lớp vật liệu lọc là cát và đá 1x2 với tỉ lệ 1 khối cát, 2 khối đá.
Đá nâng pH (xuất xứ USA) có thành phần hóa học chính MgO 97%, CaCO3; tỷ trọng là 1400 kg/m3; có dạng hạt màu trắng sữa, cứng, khô rời, có góc cạnh với kích thƣớc hạt nằm trong khoảng 1,5 – 2,5 mm và tan dần trong nƣớc, bổ sung định kì mỗi tháng một lần, không cần rửa. Tốc độ lọc từ 12 – 15 m/h. Chức năng của đá là nâng pH của nƣớc thải đầu vào trƣớc khi cho vào bể yếm khí, đạt từ 7,2 đến 7,6 và bổ sung chất khoáng cho nƣớc. Trong khoảng này, vi sinh vật phát triển tốt và khả năng xử lý đạt hiệu quả cao.
3.2.2 Phƣơng pháp và phƣơng tiện thí nghiệm - Sơ đồ thí nghiệm - Sơ đồ thí nghiệm Thải ra sông Hình 3.2 Sơ đồ thí nghiệm Kích thƣớc bể là dài: rộng sâu= 10 m: 3 m: 1,5 m; chiều sâu ngập nƣớc là 1,2 m. Kích thƣớc hố là dài: rộng sâu= 0,95 m: 0,95 m: 1,5 m; chiều sâu ngập nƣớc là 1,2 m. Kích thƣớc cánh đồng là dài: rộng= 14 m: 5 m. Cùng kích thƣớc hố thu nƣớc. Nƣớc thải đầu vào Bể yếm khí Hố thu nƣớc Cánh đồng lọc chảy tràn Kênh thu nƣớc thải đầu ra
Lớp lọc (cát, đá) - Mô hình thí nghiệm: Bể yếm khí ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ Cánh đồng lọc chảy tràn ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ Hình 3.3 Mô hình thí nghiệm
Nƣớc thải đầu vào
5 4 3 2 1
Hố thu nƣớc
Hố thu nƣớc
Hình 3.4 Cánh đồng Sậy đã phát triển và đang thực hiện quá trình xử lý - Thuyết minh mô hình thí nghiệm:
Mô hình cánh đồng lọc chảy tràn tạo cảnh quan và xử lý nƣớc thải hủ tiếu.Sau khi ủ gạo lên men nƣớc thải đƣợc cho qua bể yếm khí (túi ủ biogas), đầu ra của túi ủ chảy vào hố thu với kích thƣớc (dài: rộng: sâu= 0,95m: 0,95m: 1,2m), sau đó dùng máy bơm đƣa lên lớp lọc (gồm cát và đá, đá 1x2) bằng cách đặt các van ống ngầm với chiều sâu 0,5 m. Khi qua lớp lọc, một phần nƣớc thải chảy xen qua lớp đá, chui vào các lỗ rỗng của đất rồi ngoi lên mặt và chảy sang tầng đất mặt có trồng thực vật (cây Sậy), phần nƣớc này sẽ chảy tràn và ngấm xuống phần rễ của thực vật và lỗ rỗng của đất để xử lý, một phần nƣớc bị bốc hơi và đƣợc thực vật sử dụng, sau khi dòng nƣớc chảy đi đến hết cánh đồng sẽ gom lại trong một hố thu (cùng kích thƣớc với hố thu đầu ra biogas). Xác định phần nƣớc thải nếu đã đạt tiêu chuẩn loại B theo QCVN 40:2011/BTNMT Nƣớc thải công nghiệp Bộ Tài Nguyên & Môi Trƣờng, Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nƣớc thải công nghiệp, thì thải ra sông. Nếu chƣa đạt thì cho phần nƣớc đó trở ngƣợc lại hố thu sau túi ủ biogas.
Sơ lƣợc chi tiết về các công đoạn xử lý nƣớc thải
Nước thải đầu vào: do quá trình sản xuất hủ tiếu có công đoạn ủ gạo lên men nên
hữu cơ rất cao, pH chỉ khoảng từ 5 đến 5,5. Vì vậy, nƣớc thải cần phải đƣợc xử lý để tránh gây ra hiện trạng ô nhiễm cho các khu vực xung quanh.
Bể yếm khí (Biogas): gồm có 5 ngăn, mỗi ngăn chứa gần 8 m3nƣớc thải, tổng cộng
bể chứa đƣợc khoảng 38 – 40 m3 nƣớc thải.Thời gian tồn lƣu trung bình của bể là 5 – 6 ngày. Ở đây, nƣớc thải đƣợc giữ lại trong môi trƣờng yếm khí tuyệt đối và pH đạt từ 7,2 đến 7,6, vi sinh vật phân hủy kị khí sau 5 – 6 ngày thì nƣớc thải đầu ra có màu đen nhạt và giảm bớt mùi hôirất nhiều so với nƣớc thải ban đầu.
Cánh đồng lọc: trƣớc khi cho nƣớc thải đầu ra của bể yếm khí qua cánh đồng thì
nƣớc thải đã đƣợc cho qua một lớp vật liệu lọc là cát, đá nhằm loại bỏ một phần hàm lƣợng chất hữu cơ và chất rắn lơ lửng. Trên cánh đồng lọc thì mật độ lau Sậy đƣợc phân bố đồng đều, tại đây nƣớc thải có thể đƣợc loại bỏ hàm lƣợng chất ô nhiễm rất cao, với cơ chế loại bỏ chất hữu cơ bằng các vi sinh vật phân hủy bám lên rễ của Sậy, đồng thời rễ của chúng có thể giữ lại các chất ô nhiễm trong đất.
3.3 PHƢƠNG PHÁP TIẾN HÀNH
Bước 1: Chuẩn bị mô hình:
- Thay mới túi ủ Biogas và vệ sinh hầm ủ.
- Rửa và đào đất trong mô hình.
- Kiểm tra và thay mới các đƣờng ống (nếu không thể sử dụng đƣợc)
- Chuẩn bị cây trồng và vật liệu lọc (cát, đá) mớivới tỉ lệ cát, đá là 1 : 2 (1 khối cát và 2 khối đá), cát nằm bên dƣới và đá nằm bên trên phần cát. Lớp lọc có kích thƣớc dài: rộng: sâu=1 m: 5 m: 0,6 m, tổng thể tích là 3 m3.
- Đặt vật liệu đá nâng pH (20kg) trƣớc công đoạn túi ủ biogas, điều chỉnh pH đạt trung tính.
Bước 2: Chuẩn bị thí nghiệm:
- Cấy vi sinh vào túi ủ biogas, tạo môi trƣờng cho vi sinh phát triển.
- Trồng cây vào mô hình với mật độ khoảng 20 cây/m2.
- Chăm sóc và theo dõi sự phát triển của cây một cách thƣờng xuyên.
- Sậy sau khi đƣợc trồng khoảng 70 ngày thì Sậy phát triển với mật độ là 60 – 80 cây/m2, khi đó cho cây làm quen với môi trƣờng nƣớc thải dần.
Bước 3: Tiến hành thí nghiệm:
- Điều chỉnh nƣớc thải đầu vào, pH>7 trƣớc khi cho qua bể yếm khí.
- Cho nƣớc thải qua bể yếm khí với thời gian lƣu tồn là 5 – 6 ngày.
- Điều tiết nƣớc thải từ hố thu sang lớp lọc, sao cho lƣợng nƣớc thải phối đều trên cánh đồng.
- Điều chỉnh thời gian tồn lƣu trên cánh đồng khoảng 3 giờ.
- Quan sát dòng chảy mặt và sự sinh trƣởng của cây trồng.
- Tiến hành phân tích mẫu nƣớc thảiđịnh hƣớng thu đƣợc: pH, COD.
- Kiểm tra chất lƣợng nƣớc có đạt loại BtheoQCVN 40:2011/BTNMT Nƣớc thải công nghiệp, Bộ Tài Nguyên & Môi Trƣờng, Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nƣớc thải công nghiệp, thì thải ra sông.
- Chuẩn bị 3 chai nhựa với thể tích 1L.
- Ghi nhãn dán và kí hiệu trên thân chai nhựa: tên mẫu nƣớc, vị trí và ngày lấy mẫu.
- Tiến hành thu mẫu nƣớc thải chảy xuống ở đầu ra.
- Mẫu sau khi thu đƣợc trữ trong tủ trữ và phân tích. Ta phân tích với 3 mẫu sau:
- Mẫu đầu vào: pH,BOD5,SS, COD, Tổng N, Tổng Phospho, Tổng Coliform.
- Mẫu đầu ra của túi ủ Biogas: pH,BOD5, SS, COD, Tổng N, Tổng Phospho,Tổng Coliform.
- Mẫu đầu ra của cánh đồng: pH, BOD5, SS, COD, Tổng N, Tổng Phospho, Tổng Coliform.
Bảng 3.1Các chỉ tiêu theo dõi, phƣơng pháp và phƣơng tiện phân tích mẫu
Chỉ tiêu Phƣơng pháp Phƣơng tiện
pH Đo trực tiếp Máy đo pH ORION 230A
SS Phƣơng pháp lọc và xác định trọng lƣợng
Giấy lọc Phễu lọc
Tủ sấy Memmert UI 40
Máy hút chân không, Cân điện tử CP 324S
BOD5 Phƣơng pháp Winkler cải tiến
Chai BOD
Tủ ủ hiệu Velp FOC 225E
Các hóa chất và dụng cụ cần thiết
COD Phƣơng pháp Dicromate
Ống nghiệm COD Tủ sấy Memmert UI 40
Các hóa chất và dụng cụ cần thiết
Tổng N Phƣơng pháp đo quang phổ Máy quang phổ UV – VIS Dung dịch brucine – sulfanilic:
Tổng P Phƣơng pháp đo quang phổ Máy quang phổ UV – VIS Thuốc thử Molipdat Tổng Coliform Phƣơng pháp MPN Ống nghiệm 10mL Tủ ủ Tủ khử trùng
Bước 5: Tạo cảnh quan môi trƣờng
- Dọn cỏ xung quanh mô hình.
- Làm sạch và thiết kế mô hình thoáng mát.
- Bón phân cho cây trồng.
Bước 6: Xử lý số liệu và viết bài:
Số liệu đƣợc xử lý bằng phần mềm MS Excel 2007 (phƣơng pháp ANOVA). Nội dung luận văn đƣợc viết bằng phần mềm MS Word 2007.
CHƢƠNG 4
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
4.1 ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG VÀ ĐẶC ĐIỂM CỦA MÔ HÌNH XỬ LÝ NƢỚC THẢI SẢN XUẤT NƢỚC THẢI SẢN XUẤT
4.1.1 Tổng quan về cơ sở sản xuất
Cơ sở sản xuất Thủy ở ấp Bình Hòa, xã Long Bình Điền, huyện Chợ Gạo, tỉnh Tiền Giang . Đây là vùng có khí hậu ôn hòa, biến động nhiệt độ giữa các thời điểm trong năm, trong ngày không cao, không bị ảnh hƣởng của lũ lụt. Nhiệt độ thay đổi theo mùa trong năm, về mùa mƣa nhiệt độ có xu hƣớng thấp hơn nhiệt độ vào cuối mùa khô. Chênh lệch nhiệt độ không lớn (khoảng 3oC). Vận tốc gió trung bình vào khoảng 2,2 – 2,3 m/s. Hƣớng gió chính phụ thuộc hoàn toàn vào các tháng trong năm. Lƣợng mƣa trung bình hằng năm trong khu vực khoảng 1900mm, hơn 80% lƣợng mƣa vào các tháng mùa mua (tháng 4 đến tháng 11).
Lƣợng nƣớc thải của cơ sở sản xuất phát sinh từ quá trình ngâm gạo, vo gạo…
4.1.2 Khảo sát tổng quát về qui trình và công nghệ xử lý a) Hệ thống thoát nƣớc a) Hệ thống thoát nƣớc
- Lƣu lƣợng nƣớc thải của cơ sở sản xuất: 6 – 8 m3/ngày.
- Nƣớc thải của quá trình ngâm gạo, vo gạo, lọc bột tự chảy về hố thu, ở đây nƣớc thải đƣợc hệ thống bơm đƣa vào túi biogas của hệ thống xử lý.
- Từ túi biogas nƣớc thải chảy vào một hố thu đƣợc đặt sau túi ủ, ở đây có máy bơm tự động khi mực nƣớc dâng lên ở một mức nhất định thì máy bơm sẽ hoạt động và phân phối nƣớc lên cánh đồng.
- Nƣớc thải chảy về cuối cánh đồng chảy vào hố thu thì đƣợc bơm thải trực tiếp vào nguồn tiếp nhận.
b) Đánh giá hệ thống
Do đây là mô hình đã đƣợc xây dựng từ đầu năm 2012 và khi bắt đầu thí nghiệm đã cho vận hành mô hình thử thì các số liệu không đạt và bất ổn vì không có ngƣời trực tiếp quản lý và chăm sóc nên mô hình hầu nhƣ bị hỏng toàn bộ.
Bảng 4.1 Đặc điểm nƣớc thải sản xuất hủ tiếu trƣớc khi sửa chữa mô hình
STT Chỉ tiêu Đơn vị Giá trị theo từng công đoạn
Đầu vào Đầu ra Biogas Đầu ra cánh đồng
1 pH - 5,2 5,74 6,43
2 COD mg/L 3250 3400 3160
Qua Bảng 4.1 cho thấy, mô hình đã bị hỏng ở công đoạn túi ủ Biogas và công đoạn cánh đồng lọc hiệu quả xử lý không cao. Vì thế cần phải thi công sửa chữa mô hình.
Hệ thống trước khi sửa chữa.
- Túi biogas sử dựng lâu bị thủng nhiều chỗ làm cho hệ thống yếm khí không đƣợc kính khí làm cho vi sinh vật yếm khí hoạt động không hiệu quả, cặn của gạo trong
quá trình sản xuất lắng trong túi biogas nhiều làm cho pH cao và cũng làm ức chế sự phát triển của vi sinh vật dẫn đến khả năng xử lý của hệ thống yếm khí bị hạn chế và làm ảnh hƣởng đến toàn bộ hệ thống yếm khí.
Hình 4.1 Túi biogas chƣa sửa chữa
- Lớp vật liệu lọc, do thời gian sử dụng lâu nên cát đá đã bị đen, sự tích tụ chất rắn lơ lững trong quá trình lọc ở đây cũng làm cho khả năng lọc của lớp vật liệu lọc giảm đi rất nhiều và do đất len vào trong đá làm cho hệ thống ống bị tắt nghẽn trong quá trình sử dụng nên cần phải thay thế lớp vật liệu lọc và sửa chữa lại hệ thống phân phối nƣớc trên cánh đồng.
- Nƣớc thải cách đồng lọc hiện tại nồng độ ô nhiễm quá cao do túi biogas bị hƣ và một phần do gà, vịt tác động đến làm cho thực vật chỉ còn vài bụi sống. Do cánh đồng không có thực vật và nƣớc chảy lâu ngày tạo nên một đƣờng mòn, nƣớc thải khi qua lớp vật liệu lọc thì theo đƣờng mòn đó chảy thẳng đến hố thu. Nƣớc thải qua cánh đồng hầu nhƣ không đƣợc xử lý làm cho nƣớc đầu ra vẫn còn ô nhiễm.
Hình 4.3 Cánh đồng lọc chƣa sửa chữa
Tóm lại: Hệ thống xử lý nƣớc thải hiện tại bị hƣ hại rất nhiều, nƣớc thải ra ngoài môi trƣờng nồng độ ô nhiễm còn khá cao. Với nồng độ COD= 3160 mg/L thì nồng độ ô nhiễm này rất cao nếu thải trực tiếp ra môi trƣờng ngoài thì làm ảnh hƣởng đến nguồn tiếp nhận và đồng thời cũng ảnh hƣởng trực tiếp đến các hệ sinh thái trong khu vực, hơn thế nữa là ảnh hƣởng đến sức khỏe của con ngƣời. Vì vậy cần phải khắc phục và sửa chữa lại hệ thống xử lý nƣớc thải, để không làm ô nhiễm môi trƣờng xung quanh.
Giải thích: Nguyên nhân xử lý nƣớc thải không đạt ở cả 2 công đoạn là do: - pH<6,5 là môi trƣờng axit, vi sinh vật không thể hoạt động và phát triển tốt. Ngoài ra, túi Biogas bị thủng nên đã có sự tham gia của oxy vì vậy môi trƣờng này không còn là môi trƣờng yếm khí tuyệt đối.
- Trên cánh đồng, thực vật còn rất ít nên vi sinh vật không có giá bám đểphân hủy các chất hữu cơ, vì vậy không có khả năng xử lý. Bên cạnh đó, nƣớc thải sau khi qua túi biogas vẫn còn nhiều hàm lƣợng chất rắn lơ lửng nên khi lên cánh đồng làm nghẹt các vật liệu lọc và len vào lỗ rỗng của đất, làm cho độ rỗng đất bị tắt nghẽn và không còn khả năng xử lý.
Hệ thống xử lý sau khi sửa chữa
- Túi biogas đã đƣợc thay thế và các ngăn chứa nƣớc cũng đƣợc vệ sinh lại. Sau 6 ngày cho nƣớc qua túi biogas thì vi sinh vật yếm khí đã thích nghi và bắt đầu hoạt động. Khí biogas (CH4, CO2, H2S…) đƣợc sinh ra và làm căng túi biogas lên. Nƣớc thải đã đƣợc xử lý.
- Sau khi sửa chữa và điều chỉnh lại pH hệ thống biogas đã hoạt động ổn định, khí biogas sinh ra khá nhiều làm túi biogas căng lên và nƣớc thải cũng đƣợc xử lý làm nồng độ các chất ô nhiễm giảm (nhƣ Hình 4.4).
Hình 4.4 Túi biogas đã sửa chữa và thay mới
- Lớp vật liệu lọc cũ đƣợc đào lên và loại bỏ và thay thế bằng lớp vật liệu lọc mới gồm 2 m3 đá 1×2 và 1 m3 cát. Sau khi thay lớp vật liệu lọc thì nƣớc thải qua đây cũng đƣợc cải thiện cho thấy nƣớc sau khi chảy qua lớp vật liệu lọc thì có phần trong hơn, mùi hôi cũng giảm đi đáng kể.
- Cách đồng lọc sau khi sữa chữa, phần bùn ở lớp mặt do nƣớc thải và cặn lắng ở trên bề mặt tạo thành đã đƣợc loại bỏ và thay vào đó là một lớp đất mới để phục hồi lại độ rỗng của đất vào tạo môi trƣờng cho vi sinh vật và thực vật phát triển. Cánh đồng đƣợc tạo mặt phẳng cho bề mặt, tạo độ dốc 1% so với chiều dài cánh đồng để nƣớc chảy về cuối cánh đồng, sau đó tiến hành trồng cây Sậy và tƣới nƣớc sạch cho cánh đồng để cây Sậy sinh trƣởng và phát triển. Sau khi cây Sậy đã phát triển tốt thì bắt đầu cho nƣớc thải qua dần để cây sậy thích nghi, khi đã thích nghi thì cho nƣớc qua chính thức.