3.1. Khảo sát khả năng phát triển của vi sinh
Bùn hoạt tính trong bể hiếu khí ban đầu ở nồng độ hơn 3000 mg/L, sau 20 ngày tăng dần lên đến 4000 mg/L và đạt được 6000 mg/L sau khoảng 30 ngày. Trong thời gian sau đó nồng độ bùn tại bể thiếu khí và hiếu khí được duy trì tại giá trị 6000 mg/L (Hình 3.1).
Hình 3.1. Hàm lượng sinh khối (MLVSS) của bể thiếu khí và bể hiếu khí
Từ kết quả trên ta thấy, bùn hoạt tính lấy từ nhà máy bia phải mất khoảng 15 ngày để thích nghi với điều kiện nước thải của lò giết mổ lợn. Sau giai đoạn đó, hàm lượng bùn bắt đầu tăng nhanh khi đã thích nghi với mơi trường nước thải loại này.
3.2. Khảo sát điều kiện tối ƣu cho hê ̣ Gaslift - MBR
3.2.1. Khảo sát điều kiện vận hành hệ màng lọc
3.2.1.1. Vận hành hệ thống màng lọc với nước sạch (chưa cấp khí)
Từ kết quả nghiên cứu năng suất lo ̣c ở từng điều kiê ̣n vâ ̣n hành (Phụ lục A) ta đưa ra được bảng giá trị trung bình của năng suất lọc màng cho các điều kiện như sau:
34
Bảng 3.1. Năng suất lọc của màng khi chưa cấp khí nâng đối với nước sạch
Điều kiê ̣n cha ̣y Năng suất lo ̣c khi áp suất nƣớc vào thay đổi (ml/ph) V 0bar 0,2bar 0,3bar 0,5bar 0,8bar 1bar
0,4m/s 0 14 18,8 28,6 40 45
0,6m/s 0 15 20,4 29 40 46
0,8m/s 0 18,6 26 34 41 48
1m/s 0 18,8 25 40 42 52
1,2m/s 1,3 45 57 60 60 62
Hình 3.2. Lưu lượng nước ra khỏi hệ màng (khi chưa cấp khí)
+ Nhâ ̣n xét:
Qua đờ thì Hì nh 3.2 ta thấy, năng suất lo ̣c của màng tăng khi vận tốc nước đi qua màng tăng . Với vâ ̣n tốc nước qua màng là 1,2 m/s thì năng suất lọc màng ở từng điều kiê ̣n áp suất đều lớn hơn nhiều so với các chế đô ̣ tốc đô ̣ nước khác . Tuy nhiên để đa ̣t được vâ ̣n tốc nước cao như vâ ̣y thì yêu cầu về công suất bơ m cũng như điều chỉnh áp suất qua màng cũng rất cao . Còn đối với các điều kiện tốc độ nước
qua màng còn la ̣i (0,4 m/s, 0,6 m/s, 0,8 m/s, 1m/s) thì năng suất lo ̣c của màng chênh lê ̣ch không đáng kể.
Khi vâ ̣n tốc nước ở 1,2m/s, so sánh các chế đô ̣ áp suất qua màng thay đổi ta thấy qua thời điểm áp suất 0,2bar năng suất lọc màng bắt đầu tăng châ ̣m , và qua thời điểm áp suất 0,5bar năng suất lo ̣c của màng gần như ổn đi ̣nh.
Như vâ ̣y, chế đô ̣ tối ưu nhất để nghiên cứu tiếp khi cấp khí nâng qua màng là ở tốc đô ̣ nước qua màng là 0,4m/s và 0,6 m/s, chế đô ̣ áp suất nước qua màng là 0,2 bar và 0,5 bar
3.2.1.2. Vận hành màng với nước sạch (có cấp khí nâng) Kết quả khi vận hành thử tải với nước sạch:
- Các bơm hoạt động rất ổn định.
- Nước đầu vào, đầu ra có thể thay đổi theo mong muốn nhờ điều chỉnh áp suất và lưu lượng đầu vào của khí hoặc nước.
- Bọt khí cấp vào màng nhỏ, mịn nhờ ejector do đó khi vận hành với nước thải sẽ tạo dòng xáo trộn cuốn theo nhưng mảng bám vi sinh trong cột màng.
- Tuy nhiên một số đoạn ống dẫn vẫn bị rò nước do chưa dán kín bằng keo chuyên dụng.
Năng suất lọc của màng khi cấp khí được thể hiện dưới Bảng 3.2.
Bảng 3.2. Năng suất lọc của màng khi cấp khí nâng đối với nước sạch
Năng suất lo ̣c khi áp suất nƣớc vào thay đổi (ml/ph, Qkhí=0,2L/ph) Vnƣớc 0,2bar 0,5bar
0,4m/s 19 30
0,6m/s 21 40
Năng suất lo ̣c khi áp śt nƣớc vào thay đởi (ml/ph, Qkhí=0,5L/ph) Vnƣớc 0,2bar 0,5bar
0,4m/s 30 34
36
Với chế độ lưu lượng khí vào từng cột màng là 0,2L/phút, vâ ̣n tốc nước qua màng thay đổi không ảnh hưởng lớn đến năng suất lọc của màng . Cụ thể, với áp suất qua màng là 0,2 bar khi tăng vâ ̣n tốc nước qua màng 1,5 lần từ 0,4m/s lên 0,6 m/s thì năng suất lọc màng chỉ tăng lên 2 ml/ph hay 10,5%. Đối với áp suất qua màng là 0,5 bar thì năng suất lọc màng tăng thêm 10ml/ph hay 33,3% (Bảng 3.2).
Hình 3.3. Năng suất lọc của hệ màng (lưu lượng khí nâng Qkhí =0,2 l/ph)
Với chế độ lưu lượng khí vào từng cột màng là 0,5 l/phút, vâ ̣n tốc nước qua màng thay đổi không ảnh hưởng lớn đ ến năng suất lọc của màng . Cụ thể, với áp suất qua màng là 0,2 bar khi tăng vâ ̣n tốc nước qua màng 1,5 lần từ 0,4m/s lên 0,6 m/s thì năng suất lọc màng chỉ tăng lên 8 ml/ph hay 26,7% (Bảng 3.2). Đối với áp suất qua màng là 0,5bar thì năng suất lọc màng tăng thêm 12 ml/ph hay 35,3% (Bảng 3.2).
+ Nhâ ̣n xét:
Như vâ ̣y, năng suất lọc của hệ màng ảnh hưởng lớn bởi chế độ cấp khí nâng. Theo đó, khi tăng áp suất, lưu lượng nước vào màng thì năng suất lọc cũng tăng theo. Khi tăng tốc độ khí nâng vào hệ màng thì năng suất lọc cũng tăng theo. Tuy vậy, khi kết hợp hệ màng với hệ vi sinh xử lý nước thải lò giết mổ lợn phải kết hợp với các điều kiện vận hành của hệ xử lý sinh học như: thời gian lưu nước, lưu bùn…cùng với đó là tiết kiệm năng lượng và duy trì tuổi thọ của màng có thể đưa ra được điều kiện tối ưu cho toàn hệ thống với nước sạch là: áp suất nước qua màng là 0,5bar, tốc độ khí vào hệ màng là 0,2 l/phút, tốc độ nước qua màng là 0,6 m/s.
3.2.1.3. Vận hành màng lọc kết hợp với hệ vi sinh (có cấp khí nâng)
Dựa theo kết quả tối ưu của quá trình nghiên cứu vận hành hệ thống màng với nước sạch có cấp khí nâng ta có áp suất nước qua màng là 0,5bar, tốc độ khí vào hệ màng là 0,2 l/phút, tốc độ nước qua màng là 0,6 m/s. Tuy nhiên, do đặc tính nước vào màng lấy từ bể hiếu khí với hàm lượng bùn vi sinh cao sẽ làm giảm năng suất lọc màng. Do vậy, ta sẽ chọn hai thông số áp suất nước qua màng là 0,5bar và tốc độ khí vào hệ màng là 0,2 l/phút sau khảo sát năng suất lọc của màng khi vận tốc nước qua màng thay đổi.
38
Hình 3.5. Năng suất lọc của hê ̣ thống màng (lưu lượng khí nâng Qk = 0,2l/ph)
Từ kết quả trên (Hình 3.5) ta thấy, khi tốc độ nước tăng thì năng suất lọc màng cũng tăng theo. Năng suất lo ̣c khi lưu lượng khí nâng là 0,2 l/ph đã tăng từ 7 l/giờ - 12 l/giờ khi tăng vâ ̣n tốc nước qua màng từ 0,4 m/s – 0,8 m/s. Từ giá tri ̣ vâ ̣n tốc nước qua màng là 0,8 m/s trở đi thì năng suất lo ̣c của hệ màng gần như ổn định . Như vâ ̣y giá tri ̣ 0,8 m/s có thể là vâ ̣n tốc nước tối ưu cho hê ̣ màng với nước thải. Tiếp tu ̣c nghiên cứu với giá tri ̣ vâ ̣n tốc nước thải qua màng là 0,8 m/s nhưng ở các lưu lươ ̣ng khí khác nhau trong khoảng từ 0-1,6 l/ph (Hình 3.6)
Hình 3.6. Năng suất lọc của hê ̣ thống màng (vận tốc nước Vnước= 0,8m/s)
Năng suất lo ̣c của màng tăng dần khi lưu lượng khí tăng từ 0 – 0,9 l/ph. Năng suất lo ̣c của màng lớn nhất đo được là 12 lít/giờ, giá trị này ổn định khi lưu lượng khí trong khoảng từ 0,2 – 0,9 l/ph. Năng suất lo ̣c của màng bắt đầu giảm dần khi
tiếp tu ̣c tăng lưu lượng khí trên giá tri ̣ 0,9 l/ph. Nguyên nhân là do trong hê ̣ màng chứa 3 pha bao gờm: pha khí (khí nâng), pha lỏng (nước thải), pha rắn (bùn vi sinh). Khi lưu lươ ̣ng khí tăng thì tỷ lê ̣ giữa các pha sẽ thay đổi . Cụ thể, nếu tỷ lê ̣ pha khí tăng thì tỷ lê ̣ pha nước sẽ giảm do đó làm giảm năng suất lo ̣c của màng .
Từ các kết quả thử nghiệm trên có thể chọn điều kiện tối ưu để vận hành hệ màng lọc với khí nâng là: áp suất nước qua màng là 0,5bar, lưu lươ ̣ng khí nâng là Qk = 0,2 l/ph, tốc đô ̣ nước qua màng là 0,8 m/s.
3.2.1.4. Nghiên cứu phương pháp làm sạch màng
Hiê ̣u quả của quá trình rửa màng được chỉ ra ở Hình 3.7 trong đó mỡi lần đo lưu lươ ̣ng nước ra để tính năng suất lọc của màng được tiến hành với tần suất 4 lần đo trên ngày. Kết quả cho thấy sau khi rửa màng bằng hóa chất , năng suất lo ̣c của màng tăng mạnh . Tuy nhiên năng suất lo ̣c la ̣i giảm rất nhanh ở lần đo tiếp theo. Ở lần rửa hóa chất đầu tiên năng suất lọc của màng đã tăng từ 470 ml/giờ lên 910 ml/giờ sau đó la ̣i giảm xuố ng 450 ml/giờ trong 12 lần đo tiếp theo (tương ứng với 3 ngày). Ở lần rửa hóa chất thứ 2 năng suất lo ̣c của màng đã tăng từ 300 ml/giờ lên 890 ml/giờ sau đó la ̣i giảm xuống 470 ml/giờ trong 11 lần đo tiếp theo (tương ứng với gần 3 ngày). So sánh hiệu quả làm sạch màng bằng nước và hóa chất ta được biểu đồ sao sánh sau:
40
Đối với giai đoạn rửa màng bằng nước sa ̣ch ta thấy năng suất lo ̣c tr ong khoảng giá trị 450±50 ml/giờ. Quá trình rửa màng bằng nước sa ̣ch hiê ̣u quả không được cao như rửa màng bằng hóa chất. Sau khi rửa năng suất lo ̣c chỉ tăng tối đa là 50 ml/giờ. Tuy nhiên, do quá trình rửa màng diễn ra hàng ng ày nên giá trị năng suất lọc rất ổn đi ̣nh nên nhóm nghiên cứu cũng đã chon phương pháp này để duy trì trong quá trình hoạt động của màng.
3.2.2. Hiệu quả xử lý chất hữu cơ của hệ thống Gaslift – MBR
Từ kết quả nghiên cứu các điều kiện tối ưu ở trên, tiến hành vận hành toàn bộ hệ thống với nước thải với các điều kiện như sau:
- Đối với hệ thống màng lọc: Tốc độ nước vào màng là 0,8 m/s Lưu lượng khí: 0,2 l/phút
Áp suất nước qua màng: 0,5 bar
- Đối với hệ thống xử lý sinh học: Nồng độ bùn (MLVSS) duy trì ở nồng độ 6000mg/L.
- Thời gian lưu nước của cả hệ: 18 giờ
- Tốc độ tuần hồn từ bể hiếu khí về bể thiếu khí là 2Q (Q là lưu lượng nước đầu vào)
- DO trong bể hiếu khí dao động từ 2 – 4 mg/L - DO trong bể thiếu khí < 0,2 mg/L
Trong q trình vận hành tồn bộ hệ thống, mẫu được lấy tại các bể hàng ngày để phân tích. Hiê ̣u quả xử lý COD của hê ̣ thống sau hơn 90 lần lấy mẫu phân tích được thể hiện ở Hình 3.8
Hình 3.8. Hiê ̣u quả xử lý COD của hệ thống
Trong quá trình nghiên cứu, nước thải được pha duy trì chỉ số COD trong khoảng 1915±187 mg/L. Hệ thống đã loại bỏ được lượng lớn chất hữu cơ ra khỏi nước thải (Hình 3.8). Sau hệ thống xử lý vi sinh và hệ màng lọc, nước thải ra ngoài với chỉ số COD giảm tương ứng còn 148±59 mg/L và 118±55 mg/L. Hiệu quả xử lý COD của toàn bộ hệ thống đạt 94±2,9%. Hiệu quả của hệ thống đã đáp ứng được tiêu chí chất lượng nước thải ra loại B trong QCVN 40:2009/BTNMT.
Cùng với các điều kiện nước thải lị giết mổ, nhóm nghiên cứu Lê Hoàng Việt và cộng sự đã nghiên cứu xử lý nước thải lò giết mổ bằng phương pháp keo tụ tạo bông kết hợp lắng [14]. Hiệu quả lý COD của phương pháp keo tụ và Gaslifft MBR được thể hiện dưới biểu đồ sau:
42
Hình 3.9. So sánh hiệu quả xử lý COD giữa phương pháp keo tụ và phương pháp Gaslift - MBR
Mặc dù thời gian lưu của phương pháp Gaslift – MBR lâu hơn so với phương pháp keo tụ tạo bông, tuy nhiên phương pháp Gaslift – MBR hồn tồn khơng sử dụng hóa chất và xử lý thành phần chất hữu cơ trong nước thải triệt để hơn. Cụ thể, hiệu quả loại bỏ COD của Hệ thống Gaslift – MBR trung bình là 94% cao hơn nhiều so với phương pháp keo tụ là 70,61%.
3.2.3. Hiệu quả xử lý thành phần Nitơ của hệ thống Gaslift – MBR
Trong nước thải lị giết mổ lợn, ngồi thành phần ơ nhiễm chính là chất hữu cơ cịn có thành phần gây ơ nhiễm khác là nitơ và phốt pho. Trong đó, nồng độ phốt pho trong nước thải lò giết mổ lợn không quá cao, dao động trong khoảng 15-25 mg/L. Tuy nhiên, nồng độ của nitơ trong nước thải lại khá cao với giá trị nitơ tổng (TN) trong khoảng 170±20mg/L. Nồng độ nitơ trong các bể trong thời gian vận hành hệ thống xử lý được thể hiện trên Hình 3.10.
Hình 3.10. Hiê ̣u quả xử lý Nitơ của hê ̣ thớng
Sau các q trình thiếu khí, hiếu khí và lọc màng, thành phần Nitơ tổng giảm xuống lần lượt còn 82±14 mg/L, 60±8 mg/L, 48±9 mg/L. Hiệu quả xử lý nitơ của toàn bộ hệ thống đạt 71±5%. Như vậy, q trình xử lý nitơ ln đồng hành cùng với quá trình xử lý chất hữu cơ trong nước thải lò giết mổ lợn.
44
KẾT LUẬN
Sau thời gian xây dựng và thí nghiệm hệ thống xử lý nước thải lị giết mổ lợn tập trung với quy mô 1m3/ngày theo công nghệ Gaslift – MBR. Quá trình nghiên cứu đã thu được một số kết quả sau:
- Nghiên cứu đã xây dựng thành công hệ thống xử lý nước thải quy mô 1m3/ngày bao gồm: các bể xử lý sinh học thiếu khí và hiếu khí, hệ thống màng lọc có cấp khí nâng.
- Nghiên cứu đã nuôi cấy và thích nghi được hệ vi sinh vật hiếu khí lấy từ nước thải nhà máy bia vào mơi trường nước thải của lị giết mổ lợn. Cụ thể, đã tìm được khoảng thời gian để vi sinh vật hiếu khí thích nghi trong mơi trường mới là 15 ngày và sau 15 ngày tiếp theo vi sinh vật bắt đầu tăng trưởng mạnh theo hàm log với hàm lượng MLVSS tăng từ 3000 mg/L lên tới 6000 mg/L.
- Nghiên cứu này đã xác định được hai điều kiện ổn định để vận hành hệ thống màng lọc với nước máy khi chưa cấp khí nâng: tớc đơ ̣ nước qua màng là 0,4m/s và 0,6 m/s, chế đô ̣ áp suất nước qua màng là 0,2 bar và 0,5 bar.
- Nghiên cứu này đã xác định được điều kiện tối ưu để vận hành hệ thống màng lọc với nước máy khi đã cấp khí nâng: áp suất nước qua màng là 0,5bar, tốc độ khí vào hệ màng là 0,2 l/phút, tốc độ nước qua màng là 0,6 m/s.
- Nghiên cứu đã xác định được điều kiện tối ưu để vận hành hệ thống màng lọc kết hợp khí nâng với nước thải: áp suất nước qua màng là 0,5bar, vận tốc nước vào hệ màng là 0,8 m/s, vận tốc khí nâng vào hệ màng là 0,2 m/s.
- Sử dụng phương pháp Gaslift – MBR trong xử lý nước thải lò giết mổ lợn có thể loại bỏ phần lớn chất hữu cơ, hiệu quả loại bỏ COD đạt tới 94±2,9%.
- Việc đưa màng lọc vào sử dụng đã giảm được thời gian lưu nước cũng như không gian rất lớn so với hệ thống MBR truyền thống. Cụ thể là màng lọc đã thay thế cho quá trình lắng tách bùn và khử trùng trong hệ xử lý truyền thống. Như vậy, có thể ứng dụng với các lị giết mổ lợn khu vực nội đơ có khơng gian hạn hẹp cho hệ thống xử lý nước thải.
Bên cạnh những kết quả nghiên cứu đã đạt được, hê ̣ thống vẫn còn mô ̣t số ha ̣n chế gă ̣p ph ải. Với hê ̣ thống nghiên cứu quy mơ 1m3/ngày thì thành phần đầu vào của nước thải do được pha trộn dựa theo thực tế nên với thể tích pha lớn sẽ có sự sai khác giữa các lần pha. Hệ thống lớn nên thời gian khắc phục khi có sự cố sẽ lâu