a. Nguyên liệu:
-Nguyên liệu để làm mô hình gồm: Gỗ, tấm Mica có diện tích là 6300 cm2, ống hứng nước (cuối mô hình): Φ60, ống hứng nước (đầu mô hình): Φ34, ống nhỏ giọt: Φ16, xơ mướp khô.
Hệ thống xử lý lọc nhỏ giọt còn được cải biến bằng cách thay vật liệu lọc truyền thống bằng lõi mướp (Luffa cyllindrica) sau khi được bóc vỏ và phơi khô. Loại quả này thường được tìm thấy ở khắp nơi trên lãnh thổ Brazil và được đặc trưng bởi cấu trúc rất xơ, bề mặt tiếp xúc lớn cho sự định hình của màng sinh học, trọng lượng riêng nhỏ và quá trình thủy phân của nó khá chậm. (Theo Marcos R. Vianna, Giberto C.B. de Melo and Marcio R. V. Neto; Wasteawater treatment in trickling filters using Luffa Cyllindrica as biofilm supporting medium; Engineering and Architeture Faculty, FUMEC University, Brazil; Department of Sanitary and Environmantal Engineering, UFMG University, Brazil; 2012.)
Hình. Vật liệu lọc bằng lõi mướp (Luffa cyllindrica)
-Nước thải: Tiến hành thu mẫu nước thải 60l/1 lần thí nghiệm. Nước thải được thu vào lúc 8-10h sáng, tại đường ống dẫn nước thải của khu trung tâm Vincom Phan Văn
Trang 31
Trị, nằm trên đường Phan Văn Trị, phường 7, quận Gò Vấp, TP. Hồ Chí Minh. Đặc trưng của nước thải ở Vincom Phan Văn Trị là: COD khoảng 480-489, SS khoảng 40-46.67 (do nhóm tự phân tích). -Hóa chất Bảng. Danh mục các hóa chất sử dụng STT Tên CTHH 1 Kalidicromat K2Cr2O7 2 Acid Sunfuric H2SO4
3 Thủy ngân Sulfate HgSO4
4 dd FAS (Ferous Ammonium Sulfate) Fe(NH4)2(SO4) 4
5 dd chỉ thị ferroin C36H24FeN62+ b. Thiết bị: Bảng. Danh mục các thiết bị, dụng cụ sử dụng STT Tên Số lượng 1 Tủ sấy 2 2 Cân 1
3 Bơm hút chân không 1
4 Giấy lọc 1
5 Máy đo pH 1
6 Ống đong 1
7 Bộ phân tích COD 1
Trang 32 9 Bóp cao su 1 10 Buret 1 11 Bình tam giác 4 12 Bình đựng hóa chất 1 3.2 Bố trí thí nghiệm a. Mô hình thí nghiệm
Vị trí đặt mô hình: Phòng Công nghệ Sinh học môi trường, Khoa Môi trường và Tài nguyên, Trường Đại học Nông Lâm TP.HCM.
Thời gian chạy mô hình: 20/3/2017 đến 28/4/2017. (38 ngày)
Hình. Mô hình thực nghiệm
Mô hình là một máng nước được làm từ vật liệu là mica. Máng nước có chiều cao, chiều dài, chiểu rộng lần lượt là 10cm, 70cm, 40cm. Máng nước được dựng nghiêng một góc khoảng 850 trên một cái giá đỡ làm từ gỗ có chiều cao 100cm.
Trang 33
Phía dưới là một máng thu nước được làm từ ống nước Φ36, phía trên là hệ thống phân phối nước được làm từ ống nước Φ 16 cách lớp vật liệu lọc 10 cm, trên ống phân phối nước được đục khoảng 20 lỗ, mỗi lỗ có đường kính là 2mm.
Bên trong máng nước được bố trí lớp vật liệu lọc là xơ mướp. Lớp xơ mướp có chiều cao là 4cm, chiều dài là 60cm và chiều rộng là 40cm.
Tính toán:
Theo Marcos R. Vianna, Giberto C.B. de Melo and Marcio R. V. Neto; Wasteawater treatment in trickling filters using Luffa Cyllindrica as biofilm supporting medium; Engineering and Architeture Faculty, FUMEC University, Brazil; Department of Sanitary and Environmantal Engineering, UFMG University, Brazil; 2012:
W=daily organic load=0.03059 kg BOD5,20/ngày; V=filter medium volume=0.0314 m3
Mô hình thực nghiệm:
Thể tích chứa vật liệu lọc: V=0,04*0,6*0,4=0.0096 m3
Suy ra tải lượng BOD5 trong 1 ngày là:
𝑊 = 0.0096×0.03059
0.0314 = 0.0094 kg BOD5/ngày
Dự đoán 𝐶𝐵𝑂𝐷5= 170 mgO2/L (Dựa vào NCKH Mô hình xử lý nước thải sinh hoạt bằng cây rau muống (Impomea Aquatica) Mã số: CS-SV15-MT-03). Do nước thải ở chung cư Sunview tương đồng với nước thải Vincom Phan Văn Trị.
Ta có: W=Q*C
Vậy 𝑄 = 𝑊
𝐶 = 0.0094 𝑘𝑔𝐵𝑂𝐷5/𝑛𝑔à𝑦
170𝑚𝑔𝑂2/𝐿 = 56 𝐿
Nguyên lý vận hành:
Nước thải được lấy từ Vincom Phan Văn Trị lúc 8-10h sáng, nước thải được chứa trong can, tổng thể tích lấy là 60 lít. Nước thải đem về được đưa vào mô hình với thể tích là 56 lít. Trong mô hình, nước thải đi vào sẽ hình thành lớp màng sinh học trên lớp vật
Trang 34
liệu lọc. Nhờ vào lớp màng sinh học này, hệ vi sinh sẽ xử lý thành phần chất hữu cơ trong nước thải làm cho nước thải sạch hơn.
b. Quy trình tiến hành thí nghiệm
Bước Mô tả
1
-Phương pháp: Cố định lượng nước thải là 56L, cho nước chảy tuần hoàn qua mô hình lọc sinh học nhỏ giọt với vật liệu lọc là sơ mướp. Sau 1 ngày phải tiến hành thay nước thải để cung cấp đủ chất hữu cơ cần thiết cho màng vi sinh phát triển.
2
-Đánh giá chất lượng nước thải đầu vào.
-Phương pháp: Nước thải khi lấy về được đánh giá chất lượng nước (COD, SS, độ đục, mùi, ...)
3
-Khảo sát thời gian hình thành màng vi sinh.
-Đánh giá chất lượng nước sau khi được xử lý qua mô hình lọc sinh học nhỏ giọt.
-Phương pháp: Nước thải sau khi chạy tuần hoàn qua mô hình trong vòng 24h sẽ được đem đánh giá chất lượng nước (các chỉ số như COD, SS, ...) sau xử lý để so sánh với nước thải trước khi xử lý.
3.3 Phương pháp nghiên cứu và phân tích
Để thực hiện bài nghiên cứu này, nhóm đã sử dụng các phương pháp nghiên cứu sau:
• Phương pháp tổng hợp tài liệu.
• Phương pháp lấy mẫu nước thải.
• Thiết kế, lắp đặt mô hình.
• Phương pháp thống kê xử lý số liệu (Excel).
• Phương pháp phân tích mẫu:
-Xác đi ̣nh pH bằng du ̣ng cu ̣ chuyên dùng.
Trang 35
-Xác định BOD5
3.4 Kết quả nghiên cứuMô tả thí nghiệm: Mô tả thí nghiệm:
-Nước thải đầu vào: 56 lít
-Sau 24 giờ kiểm tra đánh giá chất lượng nước (kiểm tra COD, SS, độ đục, …)
a. Độ đục
Hình. Nước đầu vào và đã qua xử lý (1 ngày, 2 ngày)
Từ những hình trên cho thấy, độ đục của nước thải sinh hoạt sau khi lọc qua xơ mướp đã chuyển từ nước đục sang nước trong (quan sát bằng mắt thường) một cách rõ rệt. Vì vậy, có thể khẳng định rằng, xơ mướp có khả năng giữ lại các chất rắn lơ lửng có trong nước và một phần là do quá trình lắng dưới tác dụng của trọng lưc của các hạt.
b. Mùi
Nước thải sinh hoạt sau 24h đã mất đi mùi nồng khó chịu và trở nên không mùi do tác dụng của quá trình lọc.
Nhóm đã kiểm chứng bằng cách đưa cho một số bạn trong lớp ngửi thử và kết quả đảm bảo trùng khớp với những kết luận trên.
Trang 36
c. Nhu cầu oxy hóa học (COD)
Nước thải lấy từ Vincom Phan Văn Trị khi lớp vật liệu lọc là xơ mướp chưa bị phân hủy:
Nồng độ COD (mgO2/l) Hiệu suất xử lý (%)
Đầu vào 480 0
Sau 1 ngày 80 83.33
Sau 2 ngày 68 86
Biểu đồ thể hiện nồng độ COD và hiệu suất xử lý nước thải của bể lọc sinh học nhỏ giọt khi xơ mướp chưa bị phân hủy
Từ biểu đồ trên cho thấy, hàm lượng COD trong nước thải đầu vào là 480 mgO2/L và đầu ra ở thời gian 1 ngày, 2 ngày lần lượt là 80 mgO2/L, 68 mgO2/L tương đương với hiệu suất 83.33 % và 86%. Qua kết quả trên có thể khẳng định hiệu suất xử lý nước thải sinh hoạt bằng xơ mướp khá cao (trên 80%). Theo biểu đồ cho thấy qua 2 ngày, hiệu suất tăng lên không đáng kể (từ 83.33% lên 86%), do lúc này hàm lượng chất hữu cơ trong nước thải gần như không còn (vì kết quả tính toán tải lượng BOD5 chỉ trên 1 ngày).
480 80 68 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 100 200 300 400 500 600
Đầu vào Ngày 1 Ngày 2
Biểu đồ 1
Trang 37
Nước thải lấy từ Vincom Phan Văn Trị khi lớp vật liệu lọc là xơ mướp bị phân hủy:
Nồng độ COD (mgO2/l) Hiệu suất xử lý (%)
Đầu vào 489 0
Sau 1 ngày 112 77.1
Sau 2 ngày 96 80.4
Biểu đồ thể hiện nồng độ COD và hiệu suất xử lý nước thải của bể lọc sinh học nhỏ giọt khi xơ mướp bị phân hủy
Từ biểu đồ trên cho thấy, hàm lượng COD trong nước thải đầu vào là 489 mgO2/L và đầu ra ở thời gian 1 ngày, 2 ngày lần lượt là 112 mgO2/L, 96 mgO2/L tương đương với hiệu suất 77.1 % và 80.4 %. Qua kết quả trên có thể thấy được hiệu quả xử lý không cao như lúc vừa chạy mô hình, do trên 25 ngày xơ mướp bắt đầu bị phân hủy và màng vi sinh dần bị mất đi do không đủ chất dinh dưỡng. Theo biểu đồ cho thấy qua 2 ngày, hiệu suất tăng lên không đáng kể (từ 77.1% lên 80.4%), do lúc này hàm lượng chất hữu cơ trong nước thải gần như không còn (vì kết quả tính toán tải lượng BOD5 chỉ trên 1 ngày).
489 112 96 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 0 100 200 300 400 500 600
Đầu vào Ngày 1 Ngày 2
Biểu đồ 2
Trang 38
Khả năng xử lý của xơ mướp so với vật liệu công nghiệp (sỏi đá): Theo Marcos R.
Vianna, Giberto C.B. de Melo and Marcio R. V. Neto; Wasteawater treatment in trickling filters using Luffa Cyllindrica as biofilm supporting medium; Engineering and Architeture Faculty, FUMEC University, Brazil; Department of Sanitary and Environmantal Engineering, UFMG University, Brazil; 2012.
Từ biểu đồ cho thấy, khả năng xử lý BOD của lõi mướp cao hơn so với sỏi đá.
d. Tổng chất rắn lơ lửng (SS)
Nước thải lấy từ Vincom Phan Văn Trị khi lớp vật liệu lọc là xơ mướp chưa bị phân hủy:
SS (mg/L) Hiệu suất (%)
Đầu vào 46.67 0
Sau 1 ngày 6.67 85.7%
Từ số liệu trên cho thấy, hàm lượng chất rắn lơ lửng trong nước thải đầu vào là 46.67 mg/L và đầu ra sau khi lọc qua xơ mướp 1 ngày là 6.67 mg/L với hiệu suất xử lý là 85.7%. Qua kết quả trên có thể khẳng định xơ mướp có khả năng giữ lại các chất rắn lơ lửng nhờ hoạt động của vi sinh vật thông qua màng sinh học được hình thành trên xơ mướp. Ngoài ra do quá trình lắng bởi trọng lực của các hạt, vì vậy hàm chất lửng lơ lửng có trong nước thải sinh hoạt giảm (hiệu suất trên 80%).
Trang 39
SS (mg/L) Hiệu suất (%)
Đầu vào 40 0
Sau 1 ngày 10 75
Từ số liệu trên cho thấy, hàm lượng chất rắn lơ lửng trong nước thải đầu vào là 40 mg/L và đầu ra sau khi lọc qua xơ mướp 1 ngày là 10 mg/L với hiệu suất xử lý là 75%. Qua kết quả trên có thể thấy được hiệu quả xử lý không cao như lúc vừa chạy mô hình, do trên 25 ngày xơ mướp bắt đầu bị phân hủy và màng vi sinh dần bị mất đi do không đủ chất dinh dưỡng, vì vậy khả năng giữ lại chất rắn lơ lửng trên lớp vật liệu lọc hơi kém. Do đó, hàm lượng chất rắn lơ lửng giảm chủ yếu chỉ do quá trình lắng của các hạt.
Trang 40
CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
4.1 Kết luận
Mô hình lọc sinh học nhỏ giọt với vật liêu lọc là xơ mướp có khả năng xử lý hiệu quả hàm lượng COD trong nước thải sinh hoạt. Khi màng vi sinh bắt đầu hình thành trên lớp vật liệu lọc, hiệu suất xử lý của mô hình đạt khoảng 83% với thời gian lưu nước là 24 giờ (COD giảm từ 480 mg/l xuống còn 80mg/l).
Đồng thời, nước thải sau khi được xử lý qua mô hình lọc sinh học nhỏ giọt bằng vật liệu lọc là xơ mướp thì độ đục cũng đã giảm đáng kể, mùi hôi cũng đã được xử lý triệt để.
4.2 Kiến nghị
Lọc sinh học nhỏ giọt là một phương pháp xử lý mang lại hiệu quả xử lý nước thải sinh hoạt cao, giá thành rẻ và ít độc hại. Do đó chúng ta cần ứng dụng mô hình này nhiều vào trong thực tế.
Qua mô hình thí nghiêm cho thấy hiệu suất xử lý COD là khoảng 83%. Tuy nhiên, mô hình vẫn chưa xử lý được triệt để, cần nghiên cứu lắp đặt thêm hệ thống lọc cao áp để xử lý nước sau khi qua mô hình lọc sinh học nhỏ giọt để năng xao hiệu quả xử lý.
Trong mô hình thí nghiệm của nhóm, vật liệu lọc được chọn là xơ mướp. Đây là loại vật liệu lọc từ thiên nhiên, khả năng xử lý tốt. Tuy vậy, nó vẫn còn hạn chế là sau một thời gian sử dụng thì lớp xơ mướp này sẽ bị phân hủy, gây ảnh hưởng đến chất lượng nước. Vì vậy, mong các nhà khoa học, các cở quan chức năng đầu tư vốn để nghiên cứu thêm nhằm khắc phục được điểm hạn chế này để mang lại hiệu quả cao hơn nữa.
Trang 41
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Trickling Filters
1. John R. Buchanan, Ph.D., P. E, Robert W. Seabloom, M.S., P.E; Aerobic treatment of wastewater and aerobic treatment units; 2004.
2. Wastewater Technology Fact Sheet Trickling Filters; United States Environmental Protection Agency; 2000.
3. Marcos R. Vianna, Giberto C.B. de Melo and Marcio R. V. Neto; Wasteawater treatment in trickling filters using Luffa Cyllindrica as biofilm supporting medium; Engineering and Architeture Faculty, FUMEC University, Brazil; Department of Sanitary and Environmantal Engineering, UFMG University, Brazil; 2012.
4. Margaret Leonard, Wendy Williamson; Biotrasformation of sewage in a trickling filter; 2009.
5. Claudia Gallert and Josef Winter; Bacterial Metabolism in wastewater Treatment systems; 2005.
6. Mayur Milan Kale and Indu Mehrotra; Rapid determination of biochemical oxygen demand; International journal of civil and environmental engineering; 2009.
7. Home aerobic wastewater treatment: an alternative to septic systems; National small flows clearinghouse west Virginia University; 1996.
8. Gabriel Bitton; Wastewater microbiology; Department of environmental egineering Sciences University of Florida, Gainesville, Florida.
9. Th.S Lê Anh Tuấn, Giáo trình xử lý nước thải, Trường Đại học Cần Thơ.
10. PGS. TS Nguyễn Văn Phước, Giáo trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học, NXB Đại học Quốc gia TP.HCM.
Trang 42
11. Lâm Minh Triết, Xử lý nước thải đô thị và công nghiệp, Tính toán thiết kế công trình, NXB Đại học Quốc gia TP.HCM.
12. T.S Trịnh Xuân Lai, Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải, NXB Xây Dựng.
13. PGS T.S Lương Đức Phẩm, Công nghệ xử lý nước thải bằng biện pháp sinh học, NXB Giáo dục.
14. Trịnh Thị Thanh, Giáo trình công nghệ môi trường, NXB Đại học Quốc Gia Hà Nội, 2004.