M Ở ðẦ U
2.2.Phương pháp luận và phương pháp nghiên cứu
Trong ựề tài, cách tiếp cận chắnh ựã ựược sử dụng tiếp cận hệ thống, nhấn mạnh vào việc mô tả mối liên kết giữa các yếu tố và tương tác cũng như bản thân yếu tố và tương tác. Một hệ thống là một tập hợp các thành tố tương tác với nhaụ Sự thay ựổi một thành tố sẽ làm thay ựổi một thành tố khác, từ ựó làm thay ựổi thành tố thứ 3. Bất cứ một tương tác nào trong hệ thống cũng vừa có tắnh nguyên nhân, vừa có tắnh ựiều khiển.
Trong phạm vi ựề tài luận văn này, tác giả sử dụng tiếp cận hệ thống ựể xác ựịnh ảnh hưởng giữa lưu lượng, nồng ựộ ựầu vào, nồng ựộựầu ra, tải lượng, hiệu suất xử lý của hệ thống xử lý nước thải bằng phương pháp AO kết hợp giá thể EBB ựể từựó ựánh giá hiệu quả của hệ thống xử lý và ựề xuất phương án xử lý hiệu quả hơn.
32
2.2.2. Các phương pháp nghiên cứu ạ Phương pháp thu thập tài liệu
đây là phương pháp tìm kiếm, thu thập, và nghiên cứu tài liệu, sách báo, các báo cáo, chuyên ựề, Ầ có liên quan tới vấn ựề nghiên cứụ
Sau khi áp dụng phương pháp thu thập số liệu ựã thu thập ựược các thông tin có liên quan ựến luận văn như sưu tầm và tra cứu các công trình về công nghệ xử lý nước thải bệnh viện, về công nghệ AO và giá thể sinh học EBB trong nước và quốc tếựể ựưa ra ựược các nội dung sau:
- đặc ựiểm của nước thải y tế (nguồn phát sinh, thành phần, ựặc trưng,...). - Các công nghệ xử lý nước thải y tế
- Thấy ựược ưu nhược ựiểm của từng công nghệ - Phân tắch, lựa chọn công nghệ xử lý
b. Phương pháp thực nghiệm
Tiến hành chạy hệ thắ nghiệm, thu thập và ựánh giá các số liệu phân tắch COD, BOD, Amoni ựể tìm ra ựược các ựiều kiện tối ưu nhất trong việc xử lý nước thải các cơ sở y tế. Sơ ựồ khối hệ thống thực nghiệm thiếu - hiếu khắ như hình 2.1. Khắ Hình 2.1. Sơựồ khối hệ thống thực nghiệm thiếu - hiếu khắ Cột thiếu khắ Nước thải Nước thải ựã xử lý Cột hiếu khắ Song chắn rác
33
Mô hình thực nghiệm hệ thống thiếu - hiếu khắ như hình 2.2.
Hình 2.2. Mô hình thực nghiệm hệ thống thiếu - hiếu khắ - Mô tả hệ thực nghiệm:
Hệ thực nghiệm bao gồm: (1) Thùng chứa nước thải
(2) Bơm ựịnh lượng ựềựiều chỉnh lưu lượng nước thải
(3) Cột thiếu khắ hình trụ tròn có ựường kắnh D=100 mm, chiều cao H = 525 mm (4) Cột hiếu khắ hình trụ tròn có ựường kắnh D=100 mm, chiều cao H = 525 mm (5) Các ựường ống dẫn nước
Chạy hệ thắ nghiệm khi ựã cấy sẵn các chủng VSV từ chế phẩm Sagi - Bio vào EBB. Nước thải y tế ựược ựưa vào thùng chứa (1), thông qua bơm ựịnh lượng (2) nước thải ựược ựưa sang cột thiếu khắ (3), tại ựây các chủng VSV yếm khắ và thiếu khắ bám trên vật liệu EBB cải tiến phân hủy một phần các chất ô nhiễm trong nước thải y tế. Nước thải sau quá trình thiếu khắ tự chảy tràn sang cột hiếu khắ (4). Tại ựây các cơ chế như hấp phụ, hấp thụ và VSV, nước thải ựược xử lý một cách triệt ựể hơn. Thu thập và ựánh giá các số liệu phân tắch COD, Amoni và TSS ựể tìm ra ựược các ựiều kiện tối ưu nhất trong việc xử lý nước thải y tế.
D=100 H = 5 2 5
34
- điều kiện thực nghiệm:
Hệ thống bơm ựịnh lượng, sục khắ, ựược ựiều khiển tựựộng nhờ bộựiều khiển PLC. Các chỉ tiêu như nhiệt ựộ, DO, pH ựều ựược ựo tự ựộng bằng máy và hiện thông số lên màn hình ựiều khiển.
Trong tất cả các thắ nghiệm duy trì DO từ 4,0 mg/l ựến 10mg/l ựể cung cấp oxy cho quá trình sinh học. pH duy trì trong khoảng 6,5 - 8,5.
Nước thải có nồng ựộ COD từ khoảng 100 ựến 390 mg/L và nồng ựộ amoni từ 10 ựến 40 mg/L, ựược ựưa vào thùng chứa 120 lắt, nước thải ựược ựưa vào cột thiếu - hiếu khắ nhờ một bơm ựịnh lượng với lưu lượng 0,5 l/h, 1 l/h, 2 l/h ựến 3 l/h, trong ựó tổng thể tắch hữu ắch của cả hai cột thiếu khắ và hiếu khắ là 8 lắt tương ựương với thời gian lưu T lần lượt là 16 giờ, 8 giờ, 4 giờ và 2,7 giờ.
c. Phương pháp lấy mẫu và phân tắch mẫu
Lấy mẫu và phân tắch các chỉ tiêu COD, Amoni, chất rắn lơ lửng ựể phục vụ cho ựề tàị
Việc lấy mẫu ựòi hỏi tắnh chắnh xác cao, ựiểm lấy mẫu, thời gian lấy mẫu, lượng mẫu phải ựược lặp ựi lặp lại nhiều lần sao cho các kết quả phân tắch ựáng tin cậy, phục vụ tốt cho báo cáo cuối cùng của luận văn. Lấy mẫu theo TCVN 4556:1988.
- Phân tắch COD bằng phương pháp chuẩn ựộ Dicromat kali theo TCVN 6491:1999, sử dụng thiết bị phản ứng Thermoreactor TR 320 (Merck, đức).
- Phân tắch hàm lượng amoni bằng phương pháp chuẩn ựộ theo TCVN 5988:1995 (ISO 5664:1984).
- Phân tắch hàm lượng chất rắn lơ lửng theo TCVN 6625:2000 (ISO 11923:1997) Chất lượng nước - Xác ựịnh chất rắn lơ lửng bằng cách lọc qua sợi thuỷ tinh.
35
d. Phương pháp tắnh toán, thiết kế (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Tắnh toán thiết kếựịnh dạng mẫu EBB cải tiến. Kết quả tắnh toán dựa trên phương pháp tắnh toán thiết kế.
Viên lọc EBB cải tiến dạng hình trụ tròn: Với thiết kế này, viên lọc EBB cải tiến ngoài tắnh thẩm mỹ nó còn thể hiện ựược ựộ bền chịu tác ựộng lực bên ngoài caọ Bên cạnh ựó việc thiết kế một hình trụ tròn bên trong sẽ tăng ựược diện tắch tiếp xúc bề mặt của vật liệu, nâng cao khả năng xử lý triệt ựể chất ô nhiễm do vi sinh vật bám dắnh trên EBB.
Kắch thước (chiều cao ừ ựường kắnh ngoài ừ ựường kắnh trong) 90mm ừ 80mm ừ 32mm. Mục ựắch tạo ra kắch thước và hình dáng của EBB cải tiến này ngoài tắnh chất nhỏ gọn nên dễ vận chuyển, dễ sắp ựặt còn phù hợp với từng ựịa hình, ựịa ựiểm và ựối tượng xử lý khác nhaụ
Hình dạng của vật liệu EBB cải tiến ựược thể hiện ở hình 2.3.
Hình 2.3. Hình dáng khuôn mẫu vật liệu EBB cải tiến
Với thiết kế như hình 2.3 và viên EBB có ựộ rỗng 64% thì thể tắch mỗi viên EBB cải tiến chiếm chỗ khi ựược thả vào bể chứa nước là:
36
- Tắnh hiệu suất xử lý: H = (Cvào Ờ Cra) x 100/Cvào
Trong ựó:
H: Hiệu suất xử lý (%)
Cvào : Nồng ựộ chất ô nhiễm ựầu vào (mg/L) Cra: Nồng ựộ chất ô nhiễm ựầu ra (mg/L) - Tắnh thời gian lưu: T = V/Q
Trong ựó:
T: Thời gian lưu nước thải (giờ)
V: Thể tắch nước trong bể phản ứng (lắt) Q: Lưu lượng (lắt/giờ)
- Tắnh tải lượng chất ô nhiễm: L = C x Q /(V x 103)
Trong ựó:
L: Tải lượng chất ô nhiễm (kg/m3.ngày) C: Nồng ựộ chất ô nhiễm (mg/l)
Q: Lưu lượng (lắt/ngày)
V: Thể tắch nước trong bể phản ứng (lắt) 103: Hệ số chuyển ựổi ựơn vị
37
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
3.1. Sản xuất vật liệu EBB cải tiến
EBB cải tiến ựược sản xuất từ các vật liệu chắnh là sỏi nhẹ keramzite phối trộn với cát, xi măng và than hoạt tắnh với tỷ lệ phù hợp.
3.1.1. Xác ựịnh tỷ lệ phối trộn các vật liệu
Tỷ lệ phối trộn thắch hợp ựược trình bày trong bảng 3.1. Việc xác ựịnh tỷ lệ phối trộn này ựược tiến hành thử nghiệm nhiều lần và ựã chọn ra ựược tỷ lệ thắch hợp ựể tạo khối EBB cải tiến dùng cho nước thải bệnh viện. Bảng xác ựịnh ựộ rỗng và tỷ lệ phối trộn tắch hợp ựược trình bày ở bảng 3.1. Bảng 3.1. độ rỗng và tỷ lệ phối trộn của vật liệu EBB cải tiến Vật liệu độ rỗng (%) Tỷ lệ cát (%) Tỷ lệ Kazemzit (%) Tỷ lệ xi măng (%) Tỷ lệ than (%) Tỷ lệ Zeolit (%) 64 12 38 11 18 21
Với ựộ rỗng của EBB 64% giúp cho VSV bám dắnh tốt hơn, bề mặt tiếp xúc lớn hơn nên hiệu quả hấp thụ ựược nâng cao, thời gian tắc nghẽn cục bộ trong khối rắn sẽ lâu hơn. Bên cạnh ựó, tỷ lệ hạt Keramzit lớn sẽ giúp cho khối EBB xốp hơn, bền chắc hơn. Tỷ lệ xi măng thấp sẽ giúp cho khối rắn không bị lấp nhiều lỗ xốp mà vẫn duy trì ựược tắnh ổn ựịnh và khả năng kết dắnh caọ
38
3.1.2. Xác ựịnh tỷ lệ phối trộn nước
Lượng nước ựưa vào phối trộn ựược xác ựịnh trong bảng 3.2 Bảng 3.2. Tỷ lệ nước ựể phối trộn
Tỷ lệ 1 Tỷ lệ 2 Tỷ lệ 3 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
100 ml/viên 120 ml/viên 150 ml/viên
Các tỷ lệ trong bảng 3.2 ựược xác ựịnh là tỷ lệ phối trộn EBB cải tiến. Kết quả chất lượng của viên EBB cải tiến ựược ựịnh tắnh ựể chọn ra ựược tỷ lệ nước phù hợp nhất mà vẫn giữựược tắnh ổn ựịnh của khối EBB.
+ Với tỷ lệ 1, sản phẩm sau khi tháo khuôn ra có những biểu hiện nhưựộ liên kết rất kém. Hình 3.1 thể hiện rõ sau khi ựã hình thành sản phẩm.
Từ hình 3.1 nhận thấy, khi lượng nước không ựủ, hiện tượng liên kết các vật liệu kém hiệu quả, dẫn ựến hiện tượng vật liệu tự tan rã khi tác ựộng vào một lực rất nhỏ. Chắnh vì vậy, loại bỏ tỷ lệ phối trộn nước nàỵ
+ Với tỷ lệ 3, lượng nước ựược tăng thêm 50% so với lượng nước của tỷ lệ 1, thì lúc này xảy ra hiện tượng bề mặt tiếp xúc của sản phẩm EBB cải tiến không ựồng ựều, lượng xi măng nhão gây ra tắc ứ cục bộ ở phần dướị Hiện tượng này ựược mô tảở hình 3.2.
Tình trạng thiếu nước
39
Với lượng nước 150ml ựưa vào ựể phối trộn các vật liệu, trong quá trình thử nghiệm xảy ra nhiều hiện tượng làm giảm hiệu quả xử lý của EBB cải tiến như các lỗ xốp bị bịt kắn, các vật liệu Keramzit, Zeolit, than hoạt tắnh sẽ giảm tắnh hấp phụ, hấp thụ. Chắnh vì vậy, tác giả loại bỏ tỷ lệ phối trộn nước nàỵ
+ Với tỷ lệ 2, với lượng nước ựưa vào phối trộn là 120 ml, bề mặt vật liệu ựồng ựều, ựộ liên kết các vật liệu rõ ràng và bền chắc. Kết quả này ựược thể hiện ở hình 3.3. Chắnh vì vậy, tác giả chọn lượng nước 120 ml ựể sản xuất và nghiên cứu hiệu quả xử lý của EBB cải tiến dùng cho nước thải bệnh viện.
Tắc ngẽn cục bộ
Hình 3.2. Lượng nước phối trộn 150ml
40
3.1.3. Cấy VSV lên giá thể EBB cải tiến
Sau khi tiến hành ựúc và phơi khô sản phẩm trong 24 giờ, viên EBB ựược ựưa ựi ngâm rửa nhằm mục ựắch rửa sạch các cặn bẩn bám trên khối và các lớp bụi xi măng còn chưa bám cứng trên khối EBB cải tiến rồi cho vào bể nuôi cấy vi sinh bằng chế phẩm Sagi- Bio 2 (xem hình 3.4). Dự kiến thời gian cấy vi sinh lên khối EBB từ chế phẩm Sagi - Bio khoảng 10 ngàỵ Những viên EBB ựược ựưa vào chậu nhựa với dung tắch 50 lắt. Với mật ựộ vi sinh 108 CFU/ml, nghiên cứu
ựưa vào bể cấy vi sinh 50ml chế phẩm Sagi - Bio kèm theo trong chậu là một bơm ựảo trộn nước bên trong nhằm tăng cường hiệu quả bám dắnh và sinh trưởng của VSV, bổ sung thức ăn cho VSV theo tỷ lệ COD:N:P là 100:5:1 và theo dõi hàng ngàỵ Kết quảựịnh tắnh thể hiện trong hình 3.5.
ạ Số lượng VSV hiếu khắ
Số lượng vi sinh vật hiếu khắ tổng số (tắnh theo CFU/g) tại thời ựiểm 1 ngày, 5 ngày và 10 ngày ựược trình bày tại bảng 3.3.
Hình 3.4. Cấy VSV vào EBB cải tiến
41
Bảng 3.3. Vi sinh vật hiếu khắ tổng số (CFU/g)
Ngày thứ nhất Ngày thứ 5 Ngày thứ 10
5,4 x 105 4,1 x 107 3,7 x 107
Như vậy, từ kết quả phân tắch mật ựộ vi sinh tại ngày thứ nhất tức là trong vòng 24 giờ số lượng vi sinh ựã tăng rõ rệt và sau 5 ngày VSV hiếu khắ ựã tăng khá nhanh từ 105 lên 107. đến ngày thứ 10 mật ựộ vi sinh vật hiếu khắ có hiện tượng chững lại, ựiều này cũng phù hợp với quy luật phát triển của VSV bám dắnh lên giá thể EBB cải tiến.
b. Số lượng VSV kị khắ
Số lượng vi sinh vật kị khắ tổng số (tắnh theo CFU/g) tại thời ựiểm 1 ngày, 5 ngày và 10 ngày ựược trình bày tại bảng 3.4..
Bảng 3.4. Vi sinh vật kị khắ tổng số (CFU/g)
Ngày thứ nhất Ngày thứ 5 Ngày thứ 10
3,5 x 102 2,1 x 103 1,6 x 105
(adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Từ bảng 3.2, tắnh từ ngày thứ nhất ựến ngày thứ 10 mật ựộ vi sinh vật kị khắ ựã tăng hơn gấp 2 lần. Như vậy, với mật ựộ vi sinh vật bám dắnh có trên khối EBB cải tiến sẽựảm bảo yêu cầu ựể tiến hành triển khai các bước nghiên cứu tiếp theọ
3.1.4. Quy trình sản xuất EBB cải tiến
Quy trình công nghệ sản xuất EBB cải tiến dùng cho xử lý nước thải bệnh viện ựược thể hiện trong hình 3.6.
42
Hình 3.6. Quy trình công nghệ sản xuất vật liệu EBB cải tiến (dùng cho xử lý nước thải bệnh viện) Tỷ lệ phối trộn vật liệu 12% Cát 18% Than cacbon hóa 38% Kazemzit 21% Zeolit 11% Xi măng đảo trộn ựều thể khô, thời gian ựảo trộn khoảng 10 phút đảo trộn ựều thểướt, thời
gian ựảo trộn khoảng 15 phút 120 ml nước/300gr VL
đổ vật liệu
vào khuôn ựúc Lực nén từ 10 ựến 20 kg/cm2
Sau 1h tháo khuôn lấy sản phẩm
43
Sản phẩm EBB cải tiến dùng xử lý nước thải bệnh viện ựã ựược chế tạo tại Viện Công nghệ môi trường, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam (xem hình 3.7)
Hình 3.7. Sản phẩm EBB cải tiến
3.2. đánh giá hiệu quả xử lý COD, Amoni, TSS trên hệ thống AO sử dụng giá thể sinh học EBB cải tiến.
Hệ thắ nghiệm thiếu hiếu khắ kết hợp sử dụng giá thể sinh học EBB như hình 3.8.
- Nước thải y tếựược lấy từ bểựiều hòa của bệnh viện E - Hà Nội có nồng ựộ COD từ 200 ựến 390 mg/L và nồng ựộ amoni từ 10 ựến 40 mg/L, ựược ựưa vào thùng chứa 120 lắt, nước thải ựược ựưa vào cột thiếu - hiếu khắ nhờ một bơm ựịnh lượng.
44
- Duy trì DO từ 4,0 mg/l ựến 10mg/l ựể cung cấp oxy cho quá trình sinh học. pH duy trì trong khoảng 6,5 - 8,5.
- điều chỉnh bơm ựịnh lượng với lưu lượng 0,5 l/h, 1 l/h, 2 l/h ựến 3 l/h Thể tắch mỗi cột:
V1 = V2 = π. R2.h = 3,14.(0,5)2. 5,25 = 4,122 (dm3) Mỗi cột chứa hai viên EBB
Thể tắch nước trong mỗi cột:
Vn1 = Vn1 = 0,4122 Ờ 0,0586.2 = 4,0048 (dm3)
- Vậy với lưu lượng 0,5 l/h, 1 l/h, 2 l/h ựến 3 l/h, tương ựương với thời gian lưu T lần lượt là 16 giờ, 8 giờ, 4 giờ và 2,7 giờ.