M Ở ðẦ U
1.4. Phân tích và lựa chọn công nghệ thích hợ p
Ở Việt Nam có một số nhiệm vụ ñược ñề ra nhằm ñưa ra các tiêu chí và lượng hóa các tiêu chí ñó ñể có sự thống nhất về việc lựa chọn công nghệ xử lý môi trường. Tuy nhiên cho ñến nay vẫn chưa ñược ban hành bởi các cơ quan quản lý nhà nước.
Thông thường ñể lựa chọn một công nghệ xử lý môi trường người ta phải dựa theo các tiêu chí cơ bản sau ñây:
- Tiêu chí về môi trường (là tiêu chí quan trọng nhất): ðạt tiêu chuẩn xả thải (Vi khuẩn, COD, T-N, T-P,….)
- Tiêu chí về kinh tế: Chi phí ñầu tư hợp lý, chi phí vận hành thấp, tiết kiệm diện tích mặt bằng xử lý.
- Tiêu chí sử dụng: Công nghệ ổn ñịnh, bảo hành bảo dưỡng ñơn giản, ñảm bảo tính ổn ñịnh mà không cần phải kiểm soát nghiêm ngặt.
- An toàn, thân thiện với môi trường.
Công nghệ thiếu - hiếu khí kết hợp giá thể vi sinh ra ñời cách ñây vài năm tại Châu Âu, phù hợp ñể xử lý các loại nước thải chứa nhiều chất hữu cơ ô nhiễm dễ phân hủy sinh học như: sản xuất bánh kẹo, nước thải thủy sản, nước thải mía ñường, nước thải bệnh viện, nước thải khách sạn, nước thải ñô thị, sản xuất tinh bột sắn….
Sau khi xem xét ñưa ra các công nghệ xử lý nước thải bệnh viện ta có thể thấy công nghệ thiếu - hiếu khí kết hợp sử dụng EBB cải tiến là công nghệ có thể xử lý ñược hiệu quả chất hữu cơ và nitơ có trong nước thải y tế. EBB cải tiến thân thiện với môi trường, thanh lọc nhanh các chất thải hữu cơ và chất dinh dưỡng có trong nguồn nước, ức chế phần lớn các vi khuẩn có hại làm cho nguồn nước trong hơn và mùi hôi giảm một cách ñáng kể. Ngoài ra, ưu ñiểm của công nghệ này là tránh ñược tình trạng khi hệ thống xử lý không có nguồn ñiện cấp vào thì hệ thống ngừng hoạt ñộng. Với khối chất rắn EBB, khi không có ñiện vẫn duy trì ñược sự sống cho VSV.
Công nghệ ñược thiết kế linh hoạt ñể phù hợp với ñịa hình và ñối tượng cần xử lý. Hệ thống xử lý xây dựng ñơn giản, không cần những ñường ống phức tạp nên
30
lắp ñặt và vận hành vô cùng thuận lợị Do vậy, công nghệ EBB cải tiến có tính khả thi hơn so với các công nghệ khác.
Mục ñích việc lựa chọn chế phẩm vi sinh là nhằm bổ sung những chủng VSV ñặc chủng cho việc xử lý chất thải ô nhiễm môi trường, làm tăng ưu ñiểm của khối chất rắn EBB cải tiến cũng như giảm thời gian nuôi cấy VSV mà những năm gần ñây các hệ thống xử lý nước thải truyền thống, có sử dụng vật liệu ñệm phải mất rất nhiều thời gian cho việc nuôi cấy vi sinh.
Trong ñề tài luận văn này, tôi sử dụng chế phẩm Sagi - biọ Chế phẩm này do phòng Vi sinh vật môi trường, Viện Công nghệ môi trường sản xuất và ñã ñược ứng dụng rộng rãi trong việc xử lý ô nhiễm môi trường cho nhiều ñối tượng khác nhaụ Chế phẩm Sagi - bio gồm các chủng Bacillus, Lactobacillus and Saccharomycete với mật ñộ VSV hữu ích lên ñến 108 CFU/ml sẽ ñược bổ sung vào khối chất rắn EBB cải tiến nhằm tăng hiệu quả xử lý ô nhiễm môi trường và giảm thời gian vận hành hệ thống. Công dụng của chế phẩm Sagi - bio là có tác dụng phân huỷ các thải hữu cơ, khử mùi và ức chế sự phát triển của nhóm vi khuẩn Coliform trong nước thảị
31 CHƯƠNG 2. ðỊA ðIỂM, THỜI GIAN, PHƯƠNG PHÁP LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. ðịa ñiểm, thời gian nghiên cứu 2.1.1. ðịa ñiểm nghiên cứu Nước thải bệnh viện lấy nước từ bệnh viện E, Cầu Giấy, Hà Nội và làm thí nghiệm, chạy hệ thí nghiệm, phân tích nước thải trước và sau xử lý tại phòng thí nghiệm Viện Công nghệ Môi trường - Viện Hàn Lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.
2.1.2. Thời gian nghiên cứu
Nghiên cứu ñược tiến hành từ tháng 4 năm 2015 ñến tháng 11 năm 2015. Các số liệu ñược thực hiện trong phòng thí nghiệm.
2.2. Phương pháp luận và phương pháp nghiên cứu 2.2.1. Phương pháp luận 2.2.1. Phương pháp luận
Trong ñề tài, cách tiếp cận chính ñã ñược 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 ñổi một thành tố sẽ làm thay ñổi một thành tố khác, từ ñó làm thay ñổi thành tố thứ 3. Bất cứ một tương tác nào trong hệ thống cũng vừa có tính nguyên nhân, vừa có tính ñiều khiển.
Trong phạm vi ñề tài luận văn này, tác giả sử dụng tiếp cận hệ thống ñể xác ñịnh ảnh hưởng giữa lưu lượng, nồng ñộ ñầu vào, nồng ñộñầu ra, tải lượng, hiệu suất xử lý của hệ thống xử lý nước thải bằng phương pháp AO kết hợp giá thể EBB ñể từñó ñánh giá hiệu quả của hệ thống xử lý và ñề xuất phương án xử lý hiệu quả hơn.
32
2.2.2. Các phương pháp nghiên cứu ạ Phương pháp thu thập tài liệu
ðây là phương pháp tìm kiếm, thu thập, và nghiên cứu tài liệu, sách báo, các báo cáo, chuyên ñề, … có liên quan tới vấn ñề nghiên cứụ
Sau khi áp dụng phương pháp thu thập số liệu ñã thu thập ñược các thông tin có liên quan ñến 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 tếñể ñưa ra ñược các nội dung sau:
- ðặc ñiểm của nước thải y tế (nguồn phát sinh, thành phần, ñặc trưng,...). - Các công nghệ xử lý nước thải y tế
- Thấy ñược ưu nhược ñiểm của từng công nghệ - Phân tích, lựa chọn công nghệ xử lý
b. Phương pháp thực nghiệm
Tiến hành chạy hệ thí nghiệm, thu thập và ñánh giá các số liệu phân tích COD, BOD, Amoni ñể tìm ra ñược các ñiều kiện tối ưu nhất trong việc xử lý nước thải các cơ sở y tế. Sơ ñồ khối hệ thống thực nghiệm thiếu - hiếu khí như hình 2.1. Khí Hình 2.1. Sơñồ khối hệ thống thực nghiệm thiếu - hiếu khí Cột thiếu khí Nước thải Nước thải ñã xử lý Cột hiếu khí Song chắn rác
33
Mô hình thực nghiệm hệ thống thiếu - hiếu khí như hình 2.2.
Hình 2.2. Mô hình thực nghiệm hệ thống thiếu - hiếu khí - Mô tả hệ thực nghiệm:
Hệ thực nghiệm bao gồm: (1) Thùng chứa nước thải
(2) Bơm ñịnh lượng ñềñiều chỉnh lưu lượng nước thải
(3) Cột thiếu khí hình trụ tròn có ñường kính D=100 mm, chiều cao H = 525 mm (4) Cột hiếu khí hình trụ tròn có ñường kính D=100 mm, chiều cao H = 525 mm (5) Các ñường ống dẫn nước
Chạy hệ thí nghiệm khi ñã cấy sẵn các chủng VSV từ chế phẩm Sagi - Bio vào EBB. Nước thải y tế ñược ñưa vào thùng chứa (1), thông qua bơm ñịnh lượng (2) nước thải ñược ñưa sang cột thiếu khí (3), tại ñây các chủng VSV yếm khí và thiếu khí 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 khí tự chảy tràn sang cột hiếu khí (4). Tại ñây các cơ chế như hấp phụ, hấp thụ và VSV, nước thải ñược xử lý một cách triệt ñể hơn. Thu thập và ñánh giá các số liệu phân tích COD, Amoni và TSS ñể tìm ra ñược các ñiều kiện tối ưu nhất trong việc xử lý nước thải y tế.
D=100 H = 5 2 5
34
- ðiều kiện thực nghiệm:
Hệ thống bơm ñịnh lượng, sục khí, ñược ñiều khiển tựñộng nhờ bộñiều khiển PLC. Các chỉ tiêu như nhiệt ñộ, DO, pH ñều ñược ño tự ñộng bằng máy và hiện thông số lên màn hình ñiều khiển.
Trong tất cả các thí nghiệm duy trì DO từ 4,0 mg/l ñến 10mg/l ñể cung cấp oxy cho quá trình sinh học. pH duy trì trong khoảng 6,5 - 8,5.
Nước thải có nồng ñộ COD từ khoảng 100 ñến 390 mg/L và nồng ñộ amoni từ 10 ñến 40 mg/L, ñược ñưa vào thùng chứa 120 lít, nước thải ñược ñưa vào cột thiếu - hiếu khí nhờ một bơm ñịnh lượng với lưu lượng 0,5 l/h, 1 l/h, 2 l/h ñến 3 l/h, trong ñó tổng thể tích hữu ích của cả hai cột thiếu khí và hiếu khí là 8 lít tương ñương 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 tích mẫu
Lấy mẫu và phân tích các chỉ tiêu COD, Amoni, chất rắn lơ lửng ñể phục vụ cho ñề tàị
Việc lấy mẫu ñòi hỏi tính chính xác cao, ñiểm lấy mẫu, thời gian lấy mẫu, lượng mẫu phải ñược lặp ñi lặp lại nhiều lần sao cho các kết quả phân tích ñáng tin cậy, phục vụ tốt cho báo cáo cuối cùng của luận văn. Lấy mẫu theo TCVN 4556:1988.
- Phân tích COD bằng phương pháp chuẩn ñộ Dicromat kali theo TCVN 6491:1999, sử dụng thiết bị phản ứng Thermoreactor TR 320 (Merck, ðức).
- Phân tích hàm lượng amoni bằng phương pháp chuẩn ñộ theo TCVN 5988:1995 (ISO 5664:1984).
- Phân tích hàm lượng chất rắn lơ lửng theo TCVN 6625:2000 (ISO 11923:1997) Chất lượng nước - Xác ñịnh chất rắn lơ lửng bằng cách lọc qua sợi thuỷ tinh.
35
d. Phương pháp tính toán, thiết kế
- Tính toán thiết kếñịnh dạng mẫu EBB cải tiến. Kết quả tính toán dựa trên phương pháp tính toán thiết kế.
Viên lọc EBB cải tiến dạng hình trụ tròn: Với thiết kế này, viên lọc EBB cải tiến ngoài tính thẩm mỹ nó còn thể hiện ñược ñộ bền chịu tác ñộng lực bên ngoài caọ Bên cạnh ñó việc thiết kế một hình trụ tròn bên trong sẽ tăng ñược diện tích tiếp xúc bề mặt của vật liệu, nâng cao khả năng xử lý triệt ñể chất ô nhiễm do vi sinh vật bám dính trên EBB.
Kích thước (chiều cao × ñường kính ngoài × ñường kính trong) 90mm × 80mm × 32mm. Mục ñích tạo ra kích thước và hình dáng của EBB cải tiến này ngoài tính chất nhỏ gọn nên dễ vận chuyển, dễ sắp ñặt còn phù hợp với từng ñịa hình, ñịa ñiểm và ñối tượng xử lý khác nhaụ
Hình dạng của vật liệu EBB cải tiến ñược 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 ñộ rỗng 64% thì thể tích mỗi viên EBB cải tiến chiếm chỗ khi ñược thả vào bể chứa nước là:
36
- Tính hiệu suất xử lý: H = (Cvào – Cra) x 100/Cvào
Trong ñó:
H: Hiệu suất xử lý (%)
Cvào : Nồng ñộ chất ô nhiễm ñầu vào (mg/L) Cra: Nồng ñộ chất ô nhiễm ñầu ra (mg/L) - Tính thời gian lưu: T = V/Q
Trong ñó:
T: Thời gian lưu nước thải (giờ)
V: Thể tích nước trong bể phản ứng (lít) Q: Lưu lượng (lít/giờ)
- Tính tải lượng chất ô nhiễm: L = C x Q /(V x 103)
Trong ñó:
L: Tải lượng chất ô nhiễm (kg/m3.ngày) C: Nồng ñộ chất ô nhiễm (mg/l)
Q: Lưu lượng (lít/ngày)
V: Thể tích nước trong bể phản ứng (lít) 103: Hệ số chuyển ñổi ñơn vị
37
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
3.1. Sản xuất vật liệu EBB cải tiến
EBB cải tiến ñược sản xuất từ các vật liệu chính là sỏi nhẹ keramzite phối trộn với cát, xi măng và than hoạt tính với tỷ lệ phù hợp.
3.1.1. Xác ñịnh tỷ lệ phối trộn các vật liệu
Tỷ lệ phối trộn thích hợp ñược trình bày trong bảng 3.1. Việc xác ñịnh tỷ lệ phối trộn này ñược tiến hành thử nghiệm nhiều lần và ñã chọn ra ñược tỷ lệ thích hợp ñể tạo khối EBB cải tiến dùng cho nước thải bệnh viện. Bảng xác ñịnh ñộ rỗng và tỷ lệ phối trộn tích hợp ñược trình bày ở bảng 3.1. Bảng 3.1. ðộ rỗng và tỷ lệ phối trộn của vật liệu EBB cải tiến Vật liệu ðộ rỗng (%) Tỷ lệ cát (%) Tỷ lệ Kazemzit (%) Tỷ lệ xi măng (%) Tỷ lệ than (%) Tỷ lệ Zeolit (%) 64 12 38 11 18 21
Với ñộ rỗng của EBB 64% giúp cho VSV bám dính tốt hơn, bề mặt tiếp xúc lớn hơn nên hiệu quả hấp thụ ñược nâng cao, thời gian tắc nghẽn cục bộ trong khối rắn sẽ lâu hơn. Bên cạnh ñó, 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 ñược tính ổn ñịnh và khả năng kết dính caọ
38
3.1.2. Xác ñịnh tỷ lệ phối trộn nước
Lượng nước ñưa vào phối trộn ñược xác ñịnh trong bảng 3.2 Bảng 3.2. Tỷ lệ nước ñể phối trộn
Tỷ lệ 1 Tỷ lệ 2 Tỷ lệ 3
100 ml/viên 120 ml/viên 150 ml/viên
Các tỷ lệ trong bảng 3.2 ñược xác ñịnh là tỷ lệ phối trộn EBB cải tiến. Kết quả chất lượng của viên EBB cải tiến ñược ñịnh tính ñể chọn ra ñược tỷ lệ nước phù hợp nhất mà vẫn giữñược tính ổn ñịnh của khối EBB.
+ Với tỷ lệ 1, sản phẩm sau khi tháo khuôn ra có những biểu hiện nhưñộ liên kết rất kém. Hình 3.1 thể hiện rõ sau khi ñã hình thành sản phẩm.
Từ hình 3.1 nhận thấy, khi lượng nước không ñủ, hiện tượng liên kết các vật liệu kém hiệu quả, dẫn ñến hiện tượng vật liệu tự tan rã khi tác ñộng vào một lực rất nhỏ. Chính vì vậy, loại bỏ tỷ lệ phối trộn nước nàỵ
+ Với tỷ lệ 3, lượng nước ñược 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 ñồng ñều, lượng xi măng nhão gây ra tắc ứ cục bộ ở phần dướị Hiện tượng này ñược mô tảở hình 3.2.
Tình trạng thiếu nước
39
Với lượng nước 150ml ñưa vào ñể 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 kín, các vật liệu Keramzit, Zeolit, than hoạt tính sẽ giảm tính hấp phụ, hấp thụ. Chính vì vậy, tác giả loại bỏ tỷ lệ phối trộn nước nàỵ
+ Với tỷ lệ 2, với lượng nước ñưa vào phối trộn là 120 ml, bề mặt vật liệu ñồng ñều, ñộ liên kết các vật liệu rõ ràng và bền chắc. Kết quả này ñược thể hiện ở hình 3.3. Chính vì vậy, tác giả chọn lượng nước 120 ml ñể 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 ñúc và phơi khô sản phẩm trong 24 giờ, viên EBB ñược ñưa ñi ngâm rửa nhằm mục ñích rửa sạch các cặn bẩn bám trên khối