Kết hợp hê ̣ thống màng lọc với hê ̣ thống xử lý vi sinh (Gaslift – MBR)

CHƢƠNG 2 THỰC NGHIỆM

2.2.3. Kết hợp hê ̣ thống màng lọc với hê ̣ thống xử lý vi sinh (Gaslift – MBR)

Sau khi đã nghiên cứu hiê ̣u quả xử lý của hê ̣ vi sinh kết hợp thiếu khí và hiếu khí cùng với năng suất lọc màng đới với nước sa ̣ch . Tiếp tục tiến hành đấu nối đầu nước ra của hê ̣ vi sinh với đầu vào của hê ̣ màng lo ̣c để thử nghiê ̣m hê ̣ MBR hoàn chỉnh. Thời gian vận hành hệ thống tổng thể: hơn 3 tháng (từ khi hệ thống ổn định và đấu nối với hệ màng lọc)

Công nghệ Gaslift-MBR với các thông s ố của bể xử lý sinh học và màng lọc được thiết kế như sau:

Hình 2.7. Sơ đồ hệ thống Gaslift-MBR

- Bể chứa nước thải: có thể tích 1m3 chứa được nước thải cho hệ vận hành 1 ngày. Bể chứa nước thải đầu vào hình khối hộp chữ nhật có vịm tránh tràn. Nước thải trước khi vào bể được lọc qua một lưới chắn rác 0,8x0,8mm

- Bể thiếu khí: có thể tích 0,5m3, có 2 bơm chìm lắp ở đáy đảo trộn.

- Bể hiếu khí: có thể tích 0,5m3, có hệ thống sục khí với giàn phân phới khí dạng ống đu ̣c lỗ và phân phới khí bởi quả su ̣c khí bể cá. Hê ̣ thống phân phối khí được cấp khí bởi máy nén khí cơng śt 2,5HP.

28

Quy trình vận hành toàn bộ hệ thống: nước thải đầu vào được tách rác bằng lưới và được chứa ở bể chứa nước thải. Nhờ bơm ly tâm nước thải được bơm vào bể thiếu khí. Ngồi ra, nước và bùn cũng được tuần hồn từ bể hiếu khí về đây nhờ bơm giúp quá trình khử nitơ xảy ra. Nước thải sau đó được chảy tràn qua bể hiếu khí để xử lý thành phần hữu cơ. Nước và bùn trong bể hiếu khí được bơm vào màng có cấp khí nâng, nước sau lọc được hút ra nhờ bơm và thải ra ngoài.

2.3. Phƣơng pháp lấy mẫu và phân tích

a) Phương pháp lấy mẫu nghiên cứu : Do các bể sinh ho ̣c đều được đảo trô ̣n gần như hoàn toàn (bể thiếu khí đảo trô ̣n nhờ bơm chìm , bể thiếu khí đảo trô ̣n nhờ hê ̣ su ̣c khí) nên mẫu được lấy ta ̣i các vi ̣ trí giữa bể , ngoài ra đối với bể lắng và màng lọc thì mẫu được lấy sau quá trình lắng và lọc .

b) Phương pháp phân tích:

Mẫu sau khi được lấy sẽ ti ến hành phân tích trong ngày, trường hợp không ki ̣p phân tích thì mẫu sẽ được bảo quản trong tủ bảo quản mẫu đảm bảo tính chất của mẫu không thay đổi hoă ̣c thay đổi không đáng kể .

Trong các chỉ tiêu đánh giá chất lượng mơi trường nước thì hai chỉ tiêu COD, BOD là đại diện cho mức độ ơ nhiễm chất hữu cơ, trong đó thơng số COD bao hàm cả giá trị BOD, vì vậy tại nghiên cứu này thơng số COD được chọn là chỉ tiêu để đánh giá mức độ ô nhiễm hữu cơ của nước thải [8]. Ngồi ra, cơng nghệ vi sinh xử lý thành phần chất ô nhiễm hữu cơ luôn đồng hành với xử lý thành phần Nitơ do đó đề tài có phân tích sự thay đổi của hàm lượng Nitơ tổng số.

Phân tích chỉ số oxy hóa học COD:

COD được phân tích dựa theo tiêu chuẩn TCVN 6491:1999. Lấy lươ ̣ng mẫu thích hợp tùy thuộc vào hàm lượng COD dự đốn của mẫu vào ống nghiệm chịu nhiê ̣t. Sau đó thêm 1,5ml dung di ̣ch Ag 2SO4 và lắc đều , cho thêm 2ml dung di ̣ch K2Cr2O7 và lắc đều, vă ̣n nút kín cho lên bếp nung và nung ở nhi ệt độ 150oC trong 2 giờ. Để nguô ̣i , chuyển hết dung di ̣ch trong ống ra cốc và thêm 1-2 giọt chỉ thị

Feroin. Chuẩn đô ̣ bằng dung di ̣ch muối Mohr và tính toán kết quả từ lượng ḿi Mohr tiêu tớn.

Phân tích hàm lượng Nitơ tổng số (TN):

Thành phần TN được xác định theo TCVN 6638:2000 (ISO 10048:1991): Nguyên tắc dùng hợp kim Devarda (Al, Cu, Zn) để khử các hợp chất Nitơ về amoni. Sau khi làm bay hơi đến gần khơ thì chuyển nitơ thành amoni sunfat khi có mặt axit sunfuric đậm đặc chứa kali sunfat ở nồng độ cao để làm tăng nhiệt độ sôi của hỗn hợp, đồng thời có mặt đồng để làm xúc tác. Giải phóng amoniac khỏi hỗn hợp bằng cách thêm kiềm và cất vào dung dịch axit boric/chỉ thị. Xác định lượng amoni trong phần cất bằng cách chuẩn độ với axit.

Hàm lượng sinh khối (MLSS/MLVSS):

MLSS đươ ̣c xác đi ̣nh theo TCVN 6625:2000 (ISO 11923:1997): Dựa vào sự chênh lệch khối lượng trước và sau khi lọc mẫu (lượng mẫu lấy phụ thuộc vào lượng bùn trong nước) trên giấy lọc có kích thước lỗ 0,45 µm, sau đó sấy ở nhiệt độ 100 – 105oC đến khối lượng không đổi (thường là 2 giờ). MLVSS được xác định dựa trên sự chênh lệch khối lượng khi nung hàm lượng MLSS ở 550oC đến khối lượng không đổi.

Độ pH:

Được xác định theo TCVN 6492:2011 (ISO 10523:2008). Điện cực đo pH; đo pH hiện trường

Số liê ̣u phân tích đối với các thông số được tổng hợp và xử lý bằng phần mềm xử lý số liệu thống kê.

2.4. Tiến hành khảo sát khả năng xử lý nƣớc thải lò mổ của hệ thống

2.4.1. Chuẩn bi ̣ nước thải

Nước thải trong 5 lò mổ khác nhau được lấy mẫu phân tích và cho giá trị trung bình của các thơng số như bảng sau:

Bảng 2.3. Bảng phân tích mẫu nước thải đầu vào

Thành phần Nồng độ Giới hạn cho phép, QCVN 40:2011, cột B

BOD (mg/L) 891 ± 137 50

30 NH4+ (mg/L) 171 ± 4,2 10 TN (mg/L) 246 ± 65 40 TP (mg/L) 28 ± 9,9 6 pH 6,83 ± 0,04 5,5 – 9 TSS (mg/L) 662 ± 286 100 NO3- (mg/L) 18,39 ± 0,03 _ Coliform (MPN/100ml) 11,80 × 109 5000

Nước thải trong quá trình nghiên cứu được chuẩn bị dựa trên các giá trị trung bình của Bảng 2.3 trên. Để có thành phần giống với thực tế, chất thải và máu lợn được thu gom tại hộ gia đình mổ lợn và hàng ngày đưa về nơi đặt hệ thống xử lý để pha chế. Nước thải được pha tạp từ 1 lít máu lợn và 30 lít chất thải rắn từ ruột, dạ dày sau đó được lọc qua lưới chắn rác nhờ xịt rửa pha lỗng với 1000 lít nước máy. Nước thải được pha hàng ngày để đảm bảo độ ổn định về thành phần.

2.4.2. Chuẩn bi ̣ hê ̣ vi sinh

Bùn hoạt tính được lấy từ trạm xử lý nước thải của nhà máy bia Việt Hà – Bắc Ninh và được lọc qua màng lọc 3mm để loại bỏ cặn có kích thước lớn. Được ni cấy để thích nghi trong mơi trường nước thải lị giết mổ lợn. Ban đầu bùn được ni cấy ở bể hiếu khí để tăng hàm lượng sinh khơi nhanh chóng. Đến khi ổn định thì hàm lượng bùn hoạt tính (MLVSS) trong bể thiếu khí và hiếu khí được duy trì ở nồng độ 6000 mg/L.

2.4.3. Khảo sát khả năng xử lý nước thải của hệ Gaslift - MBR

Hình 2.8. Các bước tìm điều kiện tối ưu cho hệ màng lọc

Giá trị tối ưu của các thông số được thể hiện qua năng suất lọc của màng, đơn vị l/m2.h

Sau khi tìm được tất cả các giá trị tối ưu thì tiến hành vận hành tồn bộ hệ thống với nước thải để nghiên cứu hiệu quả xử lý chất hữu cơ.

 Vận hành màng với nước sạch (chưa cấp khí)

Để thử nghiê ̣m hê ̣ màng với nước sa ̣ch ta vâ ̣n hành với các điều kiê ̣n thay đổi về: vâ ̣n tốc nước đi trong ống màng V (m/s) lần lượt là 0,4 m/s; 0,6 m/s; 0,8 m/s; 1 m/s; 1,2 m/s và áp suất nước vào cô ̣t màng (bar) lần lượt là 0 bar; 0,2 bar; 0,3 bar; 0,5 bar; 0,8 bar; 1 bar. Theo dõi năng suất lo ̣c ở từng điều kiê ̣n vâ ̣n hành để so sánh hiê ̣u quả.

 Vận hành màng với nước sạch (có cấp khí nâng)

Sau khi đã khảo sát các chế độ vận hành hệ màng khơng cấp khí ở trên, ta khảo sát ở hai điều kiện cho kết quả tối ưu hơn bao gồm: lưu lượng nước vào màng và áp suất nước vào cột màng. Từ đó tìm ra một bộ giá trị vận hành hệ thống màng tối ưu nhất để vận hành với nước thải.

 Vận hành màng với nước thải (có cấp khí nâng)

Năng śt lo ̣c màng với nước thải : Trong các thử nghiê ̣m trước đối với màng lọc đã đánh giá được hiệu quả lọc màng đối với nước sạch . Tiếp tu ̣c trong quá trình

Vận hành màng với nước sạch (Chưa cấp khí nâng) Vận hành màng với nước sạch

(Có cấp khí nâng) Vận hành màng với nước thải

(Có cấp khí)

Nghiên cứu và chọn phương pháp rửa màng

32

nghiên cứu hê ̣ thống MBR tích hợp màng lo ̣c với hê ̣ vi sinh , nghiên cứu ti ếp hiê ̣u quả lọc màng đối với nước thải để đưa ra bộ giá trị vận hành hệ thống màng.

 Nghiên cứu phương pháp rửa màng

Sau khi khảo sát được điều kiê ̣n tối ưu để vâ ̣n hành hê ̣ thống m àng lọc . Bắt đầu vâ ̣n hành hê ̣ thống màng lo ̣c với nước thải . Trong quá trình vâ ̣n hành năng suất lọc của hệ màng sẽ giảm dần theo thời gian, vì vậy để đảm bảo sự ổn định lưu lượng nước đầu ra phải có công đoa ̣n rửa màn g trong quá trình vâ ̣n hành hê ̣ thống . Hệ thống màng lọc sẽ được rửa với hóa chất (dung dịch NaOCl nồng độ 500mg/L) bằng cách ngâm màng trong 2 giờ đồng hồ, có cấp khí nâng để sục rửa. Sau đó rửa bằng nước máy trong 30 phút để so sánh hiệu quả và tính ổn định của từng phương pháp. Từ đó chọn ra phương pháp để duy trì rửa màng trong tồn bộ q trình nghiên cứu.

CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Khảo sát khả năng phát triển của vi sinh 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