PHƯƠNG PHÁP, MÔ HÌNH VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU TRÊN MÔ HÌNH USBF
4.1 MỘT SỐ NGHIấN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC Cể LIấN QUAN ĐẾN ĐỀ TÀI
* So sánh AF và USBF khi xử lý nước thải nhà máy chế biến bơ sữa quy mô phòng thí nghiệm ( Pedro R. Cordoba, * Alejandro P.franccese, and Faustino Sineriz)
AF và USBF hoạt động ở tải trọng thay đổi từ 1-8 g COD/l. ngày. Sau 120 ngày hoạt động, thay đổi tải trọng bằng cách thay đổi tải trọng COD đầu vào, thời gian lưu nước duy trì 1 ngày. Kết quả thí nghiệm cho thấy:
Ở cùng điều kiện hoạt động nhưng USBF đạt hiệu quả xử lý COD cao hơn AF.
Ở tải trọng 4 g COD/l/ngày, hiệu quả xử lý COD của AF đạt 85,1 % và của USBF là 92 %. Khi 2 mô hình hoạt động ở tải trọng hữu cơ cao nhất là 8g COD/l/ngày, hiệu quả khử COD của USBF là 90,1% còn của AF là 83,8%.
Khi tải trọng tăng cao hơn nữa, hiệu quả khử COD của mô hình USBF cũng không giảm sút như ở mô hình AF.
Ở tải trọng 2g COD/l. ngày, lượng khí biogas sinh ra mô hình AF đạt 0,86 l/l.ngày còn mô hình USBF là 0,98 l/l.ngày. Mô hình thí nghiệm này có chất lượng nước tăng 40% và lượng khí sinh ra tăng 65% so với AF.
Sau 4 tuần hoạt động, đã hình thành bùn hạt trong bể USBF với đường kính 1.5mm.
* Nghiên cứu hiệu quả xử lý của USBF trên nước thải nhà máy chưng cất rượu Vận hành hệ thống lai hợp USBF để xử lý nước thải nhà máy chưng cất rượu trong 380 ngày trong quy mô phòng thí nghiệm. Kết quả nghiên cứu cho thấy
Trong mô hình USBF sử dụng bùn từ bể phân huỷ kỵ khí, bùn hạt sinh sau
Nước thải từ nhà máy chưng cất rượu có thể được xử lý hiệu quả bằng công nghệ USBF. Với tải trọng khoảng 12 Kg COD/m3 .ngày và thời gian lưu nước là 6 ngày, hiệu quả xử lý COD đạt khoảng 80%. Quá trình xử lý sinh ra biogas giàu methane (80% với nồng độ 0.4 m3 CH4/kg COD).
*Nghiên cứu hiệu quả xử lý của mô hình USBF trên nước thải luộc gỗ
Trung bình khoảng 3 – 5m3 nước thải được tạo ra trên 1 tấn gỗ được sản xuất, với nồng độ COD khoảng 40000mg/l, pH = 3 và có sự hiện diện của các hợp chất phenol, tannin. Nghiên cứu việc xử lý nước thải luộc gỗ trên mô hình UASB thì hiệu quả xử lý COD đạt được là 90%, hiệu quả xử lý phenol đạt 90%. Đối với mô hình kị khí hybrid USBF (Upflow Sludge Bed Filter) hiệu quả xử lý COD đạt được 90% ở tải trọng hữu cơ 6,5 – 8,5 kgCOD/m3.ngày, 80% COD chuyển hóa thành khí methane. Tổng chất rắn lơ lửng (TSS) được loại bỏ khoảng 54%, việc loại bỏ 10% COD và độ màu sẽ đạt được nếu thêm vào 10mg/l nhiều chất điện phaân trung tính.
4.1.1. Cơ sở để lựa chọn công nghệ
Hàm lượng BOD và COD cao, tỷ số BOD/COD = 0.53, lựa chọn phương pháp xử lý sinh học nhằm tận dụng triệt để khả năng xử lý của vi sinh vật, rẻ tiền.Nồng độ chất hữu cơ trong nước thải rất cao (như đã giới thiệu ở trên) nên phương pháp xử lý kị khí được ưu tiên lựa chọn. Đây là phương pháp xử lý được tải trọng cao và hiệu quả.
Sử dụng kết hợp trong cùng một mô hình 2 loại bể tương ứng với 2 giai đoạn axit hóa và metan hóa. Tách riêng 2 giai đoạn phản ứng trong kị khí nhằm hạn chế tương tác giữa vi khuẩn sinh acid và vi khuẩn sinh methane nhằm tối ưu
Giai đoạn axit hóa (bể axit hóa)
Trong nước thải sản xuất cồn có chứa nhiều chất hữu cơ mạch dài khó phân hủy sinh học nên ta sử dụng bể axit hóa để thúc đẩy vi khuẩn axit hóa hoạt động nhằm tăng cường khả năng cắt mạch chuyển các chất hữu cơ này thành các chất đơn giản hơn để vi khuẩn metan hóa ở giai đoạn sau dễ dàng phân hủy. Vì vậy hiệu suất khử COD sẽ cao hơn.
Bể acid phát huy tối đa khả năng axit hóa của quá trình kị khí, bằng cách tối ưu hoá hoạt động của vi khuẩn sinh acid và hạn chế sự phát triển của vi khuẩn sinh methane.
Trong các quá trình một bậc thông thường, quá trình acid hoá bị kìm hãm sự phát triển, và có tốc độ bằng quá trình methane hoá do có sự ràng buộc về nguồn cung cấp thức ăn. Dưới những điều kiện này, tốc độ phân hủy VFA quá trình methane hoá bằng với tốc độ sinh VFA của quá trình acid hoá và hệ thống được đảm bảo ở pH ổn định, thích hợp cho vi khuẩn sinh methane. Dưới tải trọng cao, VFA có thể gây giảm pH nhanh, tiêu diệt các vi khuẩn sinh methane vì vi khuẩn sinh methane chỉ có thể tồn tại ở pH 6.5 – 8.
Giai đoạn methane hóa (công nghệ hybrid UASB và lọc sinh học kị khí)
UASB được chọn là do có khả năng xử lý được ở tải trọng rất cao, lượng bùn sinh ra thấp, ít tốn năng lượng, thu được khí biogas…
Lọc sinh học kỵ khí với những ưu điểm có khả năng chịu biến động về nhiệt và tải lượng ô nhiễm, ít bị sốc tải, không phải kiểm soát hàm lượng bùn, có khả năng phân hủy các chất hữu cơ chậm phân hủy, đơn giản trong vận hành… được chọn nối tiếp ngay sau UASB sẽ giúp xử lý triệt để chất hữu cơ trong nước thải.
Hệ hybrid UASB – lọc kỵ khí (USBF) được sử dụng nhằm phát huy ưu điểm của cả UASB và lọc kỵ khí là:
Khả năng chịu tải cao, ít bị sốc tải
Không phải kiểm soát lượng bùn
Ít tốn năng lượng
Xử lý chất hữu cơ triệt để hơn
Hạn chế trôi bùn
Khối tích công trình nhỏ
Vận hành đơn giản, dễ bảo trì
4.2 MÔ HÌNH VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU