Khảo sát tính chất, thành phần nước thải, đặc điểm lý, hoá, sinh của nước thải đầu vào.
2.3.3. Phương pháp mô phỏng
Xây dựng mô hình mô phỏng ở quy mô phòng thí nghiệm, vận hành mô hình để xử lý nước thải.
2.4. Phƣơng pháp thực nghiệm
Thí nghiệm xử lý COD trong nước thải với quá trình sinh trưởng bám dính được thực hiện trên hệ thống thiết bị thí nghiệm sử dụng vật liệu mang nhựa gấp nếp như hình 8.
Hệ thống được khởi động bằng phương pháp cấp nước thải liên tục cho hệ thống. Nguồn vi sinh vật dùng để cấy vào hệ là bùn từ hệ thiết bị thí nghiệm xử lý nitơ trong phòng thí nghiệm.
Hình 9: Sơ đồ hệ thống thiết bị thí nghiệm AAO
- Sơ đồ hệ thống thiết bị thí nghiệm gồm: thể tích ngăn điều hòa là 16l và kỵ khí là 12l, thể tích ngăn thiếu khí và hiếu khí là 25l, ngăn lắng thể tích 3,6l.
- Nguyên lý hoạt động của thiết bị:
Nước thải được chứa trong thùng chứa V=120 lít. Nước thải được cấp vào ngăn điều hòa và yếm khí bằng một bơm định lượng, sau khi nước được cấp đầy ngăn yếm khí nước thải sẽ chảy tràn sang ngăn thiếu khí và hiếu khí kết hợp và ngăn lắng. Ở ngăn hiếu khí dưới đáy có bộ phận cấp khí liên tục làm tăng lượng oxy trong nước thải, và tạo dòng tuần hoàn sang ngăn thiếu khí đồng thời kéo vào tuần hoàn bùn ở ngăn lắng. Nước thải sau khi qua ngăn lắng sẽ chảy tràn ra
ngoài vào thiết bị chứa. Bùn trong ngăn lắng khi xử lý sẽ tự động được kéo ngược trở lại sang ngăn hiếu khí rồi sang ngăn thiếu khí.
- Điều kiện thí nghiệm: pH đầu vào: 6,8 – 8,0 Nhiệt độ: 18 – 30o C
- Sau một bước đầu phân tích thấy hiệu suất xử lý của ngăn yếm khí chỉ đạt khoảng 10% nên các chế độ nghiên cứu chỉ tập trung ở 2 ngăn thiếu khí – hiếu khí nước thải cấp trực tiếp vào ngăn thiếu khí với các chế độ sau:
Chế độ 1: Q=1L/h; sục/dừng=60 phút/30 phút, nhiệt độ 18 – 23o C Chế độ 2: Q=1,5L/h; sục/dừng=60 phút/30 phút, nhiệt độ 18 – 23o C Chế độ 3: Q=2L/h; sục/dừng=60 phút/30 phút, nhiệt độ 18 – 23o C Chế độ 4: Q=2L/h; sục/dừng=60 phút/30 phút, nhiệt độ 23 – 26o C Chế độ 5: Q=2L/h; sục/dừng=60 phút/45 phút, nhiệt độ 23 – 26o C DO khi sục = 8,0 – 8,5 mg/L
Nhiệt độ được lấy theo nhiệt độ môi trường tại thời điểm thực nghiệm
NT vào (Q) Ngăn lắng + Khử trùng 2 1 QR Máythổi khí (cóthể kết hợp hút bùn vàsục khí) Ngăn thiếu khí, hiếu
khí theo chu kỳ
NT ra
Bùn thải
Hệ module dự kiến
Hình 10: Sơ đồ hệ thống thiết bị thí nghiệm AO
- Mỗi ngày của các chế độ thí nghiệm lấy mẫu ở dòng vào và dòng ra xác định COD.
2.5. Phƣơng pháp phân tích
Phương pháp xác định COD và nghiên cứu xử lý COD trong nước thải sinh hoạt phân tán bằng phương pháp Kalidicromat theo ISO 6060 : 1989 Standard Method. Trên thiết bị Thermoreactor TR320, Merck- Đức.
2.5.1. Cơ sở lý thuyết
Để đánh giá một cách đầy đủ lượng oxy cần thiết để oxy hóa tất cả các chất hữu cơ trong nước thải người ta sử dụng chỉ tiêu nhu cầu oxy hóa học.
Nhu cầu ôxy hóa học (COD - viết tắt từ tiếng Anh: chemical oxygen demand) là lượng oxy có trong Kali bicromat (K2Cr2O7) đã dùng để oxy hoá chất hữu cơ trong nước. Chỉ số COD được sử dụng rộng rãi để đo gián tiếp khối lượng các hợp chất hữu cơ có trong nước. Phần lớn các ứng dụng của COD xác định khối lượng của các chất ô nhiễm hữu cơ tìm thấy trong nước bề mặt (ví dụ trong các con sông hay hồ), làm cho COD là một phép đo hữu ích về chất lượng nước. Nó được biểu diễn theo đơn vị đo là miligam trên lít (mg/L), chỉ ra khối lượng oxy cần tiêu hao trên một lít dung dịch.
2.5.2. Nguyên lý
Khi đun sôi trong môi trường axit sunfuric đặc, bicromat sẽ chuyển hóa phần lớn các chất vô cơ và hữu cơ trong nước. Để oxi hóa hoàn toàn ta sử dụng chất xúc tác Ag2SO4.
Phản ứng oxy hóa của bicromat diễn ra theo phương trình sau: + 14 + 6e → 2 + 7
Lượng dư kalibicromat thêm vào mẫu được xác định bằng cách chuẩn độ
bằng muối Morth với chỉ thị là axit n-phenylantranylic hoặc feroin.
2.5.3. Phạm vi ứng dụng
Đây là phương pháp áp dụng đối với các loại nước có nồng độ COD từ 30 đến 700 mg/l, nếu như nồng độ COD cao vượt quá 700 mg/l thì cần phải pha loãng mẫu. Giá trị COD nằm trong khoảng 300-600 mg/l đạt độ chính xác cao nhất, hàm lượng Cl-
< 1000mg/l.
- Dụng cụ:
+ Bình tam giác 100 ml. + Pipet: 1 ml; 2 ml; 5 ml.
+ Ống đun COD có nắp vặn kín.
+ Bếp đun COD (có khả năng điều chỉnh nhiệt độ và thời gian theo yêu cầu). - Hóa chất:
+ Nước cất 2 lần
+ Kalibicromat ( : Hòa tan 80g HgS + 800 ml nước
cất + 100 ml S đặc, để nguội sau đó hòa tan vào đấy 11,76g đã
xấy khô ở C trong 2 giờ. Định mức đến 1000 ml bằng nước cất (dung dịch bền ít nhất 1 tháng).
+ Dung dịch muối Morth: Fe .6 O: Cân 47g muối Morth
+ 20 ml đặc, sau đó định mức đến 1000 ml bằng nước cất .
+ Dung dịch (4M): Dùng ống đong lấy 500 ml nước cất + 220 ml
hòa tan để nguội rồi định mức đến 1000 ml bằng nước cất.
+ Dung dịch .: Cân 10g hòa tan với 35 ml nước cất, định
mức 1000 ml bằng đặc. Dùng con từ bỏ trong bình định mức và đặt lên
máy khuấy từ để hòa tan hoàn toàn Ag.
+ Chỉ thị Feroin: Cân 1g muối Morth hòa tan với 1,5g (1,10 – phenan
trolin: ) lắc cho tan hết hoặc cho con từ đặt lên máy khuấy từ cho
đến lúc các hóa chất tan hết rồi định mức lên 100 ml bằng nước cất.
2.5.5. Cách tiến hành
* Với mẫu phân tích:
Chuẩn bị ống nghiệm đun sạch có tráng lại bằng nước cất 2 lần, để khô lần lượt cho các hóa chất vào như sau:
Lắc đều, đậy nắp, đem đun ở C trong 2 giờ. Sau 2 giờ đun lấy ra để nguội chuyển sang bình tam giác 100 ml (tráng rửa ống đun và nắp ống đun bằng nước cất 2 lần đến hết kết tủa màu vàng)
Nhỏ thêm 1-2 giọt Feroin, lắc đều và chuẩn độ bằng muối Morth đến khi màu của dung dịch chuyển từ màu vàng sang màu đỏ thì dừng chuẩn độ. Ghi lại thể tích tiêu tốn của muối Morth.
* Với mẫu trắng: Thay 2ml mẫu nước cần phân tích bằng 2ml nước cất rồi tiến hành tương tự như các bước phân tích trên.
* Vì muối Morth có nồng độ thay đổi từng ngày nên mỗi lần xác định độ oxi hóa cần kiểm tra lại nồng độ của muối Morth bằng cách: Hút 1 ml
và 9 ml (4M) vào bình tam giác 100 ml, nhỏ 1 giọt Feroin lắc đều và chuẩn độ bằng dung dịch muối Morth đến khi màu của dung dịch chuyển từ màu vàng đỏ sang màu đỏ thì dừng chuẩn độ.
2.5.6. Tính toán kết quả
- Tính hàm lượng COD trong mẫu nước theo công thức sau:
COD = * 8 * * 1000
Trong đó :
: Thể tích muối Morth tiêu tốn khi chuẩn độ mẫu trắng (m/l). : Thể tích muối Morth tiêu tốn khi chuẩn độ mẫu phân tích (m/l). V: Thể tích mẫu lấy phân tích (V= 2 ml).
: Nồng độ đương lượng của muối Morth (ml). 8: Khối lượng mol của 1/2 phân tử Oxi (mg/l).
1000: Đơn vị đổi lít sang ml.
-Tính hiệu suất xử lý COD: H1 = (Cvào – Cra) x 100/Cvào
Trong đó:
H1: Hiệu suất xử lý COD (%) Cvào : Nồng độ COD vào (mg/L) Cra : Nồng độ COD ra (mg/L)
CHƢƠNG 3
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Đặc trƣng của nƣớc thải sinh hoạt trong nghiên cứu
Đặc trưng của nước thải trong nghiên cứu được thể hiện trong bảng 4.
Bảng 4: Đặc trƣng của nƣớc thải trong nghiên cứu
STT Thông số Đơn vị Hàm lƣợng 1 pH - 6,8 – 8,0 2 COD mg/l 250 – 350 3 N-NH4 + mg/l 35 – 45 4 Tổng N mg/l 38 – 48 5 Tổng P mg/l 7 – 10
3.2. Ảnh hƣởng của tải lƣợng COD đến hiệu suất xử lý COD
3.2.1. Ảnh hưởng của tải lượng đến nồng độ COD ra
Ảnh hưởng của tải lượng COD vào đến nồng độ COD ra được thể hiện ở hình 11.
Hình 11: Ảnh hưởng tải lượng COD vào đến nồng độ COD ra.
Hình 11 cho thấy ở chế độ 1: Tải lượng COD vào trong khoảng 0,26 – 0,3 kg/m3/ngày thì nồng độ COD ra trong khoảng 22 – 28 mg/L. Chế độ 2: Tải lượng COD vào tăng lên trong khoảng 0,40 – 0,47 kg/m3
/ngày thì nồng độ COD ra trong khoảng 29 - 37 mg/L. Chế độ 3: Tải lượng COD vào tiếp tục tăng trong khoảng 0,53 – 0,59 kg/m3/ngày thì nồng độ COD ra trong khoảng 38 - 44 mg/L. Như vậy khi tải lượng COD vào tăng nồng độ COD ra tăng. Điều này được giải thích khi nồng độ chất ô nhiễm tăng khả năng xử lý của hệ không tăng nên nồng độ COD đầu ra cao.
3.2.2. Ảnh hưởng của tải lượng COD vào đến hiệu suất xử lý COD
Ảnh hưởng của tải lượng COD vào đến hiệu suất xử lý COD được thể hiện ở hình 12.
Hình 12: Ảnh hưởng tải lượng COD vào tới HSXL COD
Hình 12 cho thấy ở chế độ 1: Tải lượng COD vào trong khoảng 0,26 – 0,3 kg/m3/ngày thì hiệu suất xử lý COD nằm trong khoảng 90-93%. Chế độ 2: Tải lượng COD vào tăng lên trong khoảng 0,40 – 0,47 kg/m3
/ngày thì hiệu suất xử lý COD giảm xuống nằm trong khoảng 87 – 90%. Chế độ 3: Tải lượng COD vào tiếp tục tăng trong khoảng 0,53 – 0,59 kg/m3
/ngày thì hiệu suất xử lý COD tiếp tục giảm còn 85 – 87%. Như vậy khi tải lượng COD vào tăng thì hiệu suất xử lý COD giảm. Điều này được giải thích khi nồng độ chất ô nhiễm tăng khả năng xử lý của hệ không tăng nên hiệu suất xử lý giảm.
3.3. Ảnh hƣởng của nhiệt độ đến hiệu suất xử lý COD
Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất xử lý COD được thể hiện ở hình 13.
Hình 13: Ảnh hưởng nhiệt độ đến HSXL COD
Hình 13 cho thấy ở chế độ 3: Nhiệt độ thí nghiệm trong khoảng 21 –
22oC, Hiệu suất xử lý COD trong khoảng 85 - 87%. Chế độ 4: Nhiệt độ thí
nghiệm trong khoảng 23 – 25 oC, Hiệu suất xử lý COD tăng lên trong khoảng
89 - 93%. Như vậy khi nhiệt độ tăng hiệu suất xử lý COD tăng. Điều này giải
thích khi nhiệt độ tăng, các vi sinh vật trong hệ nghiên cứu hoạt động tốt hơn
dẫn đến hiệu quả xử lý tốt hơn dẫn đến hiệu suất xử lý tăng.
3.4. Ảnh hƣởng của chế độ sục khí đến hiệu suất xử lý COD
Ảnh hưởng của chế độ sục khí đến hiệu suất xử lý COD được thể hiện ở hình 14.
Hình 14: Ảnh hưởng chế độ sục khí đến HSXL COD
Hình 14 cho thấy, ở chế độ 4: Q = 2l/h, sục/dừng = 60phút/30phút thì hiệu suất xử lý COD trong khoảng 89 - 93%. Chế độ 5: Q = 2l/h, sục/dừng = 60phút/45phút thì hiệu suất xử lý COD giảm xuống còn 80 - 90%. Như vậy tại chế độ 4, hiệu suất xử lý COD cao và ổn định hơn so với chế độ Q5. Điều này được giải thích khi tăng thời gian không sục khí hoạt động của vi sinh vật hiếu khí giảm do thời gian không được cấp oxi dài hơn dẫn đến hiệu suất xử lý COD giảm.
Tương tự như quá trình xử lý COD ở chế độ 1, 2, 3 khi tải lượng TN tăng 0,035 – 0,048 kg/m3/ngày lên 0,055 – 0,061 kg/m3/ngày và lên 0,075 – 0,081 kg/m3/ngày thì hiệu suất xử lý TN cũng giảm tương ứng là: 59 – 62% xuống 48 – 53% và xuống 46 – 51%.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN
Quá trình thực nghiệm với thiết bị kết hợp các bể thiếu khí và hiếu khí ở các chế độ khác nhau, thu được các kết quả sau:
- Khi tải lượng COD vào tăng thì hiệu suất xử lý COD giảm. Ở chế độ 1, hiệu suất xử lý COD tăng từ 90-93% với tải lượng COD vào trong khoảng 0,26 – 0,3 kg/m3/ngày. Ở chế độ 2, hiệu suất xử lý COD giảm còn 87 - 90% với tải lượng COD vào trong khoảng 0,40 – 0,47 kg/m3/ngày. Ở chế độ 3, hiệu suất xử lý COD tiếp tục giảm xuống 85 - 87% với tải lượng COD vào trong khoảng 0,53 – 0,59 kg/m3
/ngày.
- Khi nhiệt độ tăng thì hiệu suất xử lý COD tăng. Ở chế độ 3, nhiệt độ thí nghiệm trong khoảng 21 – 22oC thì hiệu suất xử lý COD trong khoảng 85 - 87%. Ở chế độ 4 khi nhiệt độ thí nghiệm tăng lên khoảng 23 – 25o
C thì hiệu suất xử lý COD cũng tăng lên và đạt 89 - 93%.
- Khi thay đổi chế độ sục khí từ 60 phút/30 phút sang 60 phút/45 phút hiệu suất xử lý COD của hệ giảm từ 89 – 93% ở chế độ 4 xuống còn 80 – 90% ở chế độ 5 và kết quả xử lý COD không ổn định.
KIẾN NGHỊ
Qua nghiên cứu này, em thấy việc áp dụng phương pháp lọc sinh học vào xử lý nước thải sinh hoạt là rất cần thiết. Em hi vọng sẽ có các nghiên cứu tiếp theo để tìm ra được chế độ thích hợp nhất nhằm tối ưu hóa điều kiện vận hành, nâng cao hiệu quả xử lý để áp dụng vào thực tế góp phần xử lý nước thải sinh hoạt Việt Nam.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Lương Đức Phẩm, Công nghệ xử lý nước thải bằng biện pháp sinh học, nhà xuất bản giáo dục.
2. Nguyễn Đăng, Thực trạng ô nhiễm môi trường đô thị và công nghiệp Việt Nam. Tạp chí Khoa học và Đời sống Vol 20, 2003.
3. Lâm Minh Triết, Xử lý nước thải đô thị và công nghiệp, Tính toán và thiết kế công trình.
4. Lê Văn Cát, Trịnh Xuân Đức, Hệ thống tổ hợp tương hỗ trong kỹ thuật xử lý nước thải, Tập I,II.
5. Cục Tài Nguyên - Bộ Tài Nguyên và Môi Trường, Báo cáo tháng 12, 2005. 6. Báo cáo tổng hợp công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt của công ty cổ phần kỹ
thuật môi trường việt.
7. Cục Tài Nguyên - Bộ Tài Nguyên và Môi Trường, Báo cáo năm, 2006.
8. Metcalf&Eddy. Wastewater Engineering Treatment, Disposal, Reuse. Third Eđition ,1991.
9. Grady, C.P.L, Jr., and H.C Lim, 1980. Biological Waste Water Treatment. Marcel Dekker, NY.
10. Ford, D.L., et al. (1980) Comprehensive Analysis of Nitrification of Chemical Processing Wastewater. J. Water Pollut. Control. Fed., 52, 2726 11. http://locnuocthienson.com.vn/cac-bien-phap-xu-ly-nuoc-thai-sinh-
hoat.html
12. http://luanvan.co/luan-van/be-sinh-bun-hoat-tinh-hieu-khi-aerotank-1822/ 13. http://www.xanhxanh.net/xanhxanh/vi_VN/kien-thuc-moi-truong/kien-
PHỤ LỤC
Bảng kết quả thí nghiệm
Thông số vận hành COD
STT Ngày Nhiệt độ Đầu vào,
mg/l Tải lượng COD Đầu ra, mg/l Hiệu suất xử lý % Chế độ 1: Q=2L/h; sục/dừng=60 phút/30phút; nhiệt độ 18 – 23o C 1 3/9/2015 20 270 0.26 22 91.9 2 3/10/2015 20 282 0.27 25.8 90.9 3 3/11/2015 19 310 0.30 28 91.0 4 3/12/2015 18 296 0.28 23.5 92.1 5 3/13/2015 20 284 0.27 27.9 90.2 Chế độ 2: Q=2L/h; sục/dừng=60 phút/30phút; nhiệt độ 18 - 23o C 6 3/16/2015 22 308 0.44 37 88.0 7 3/17/2015 22 280 0.40 34 87.9
