Thiết kế và lắp đặt hê ̣ thống xử lý sinh học

CHƢƠNG 2 THỰC NGHIỆM

2.2.1. Thiết kế và lắp đặt hê ̣ thống xử lý sinh học

Hình 2.1. Hệ thống màng lọc cặn thơ và bể điều hòa nước thải

Bể chứa nước thải đầu vào hình khối hộp chữ nhật có vịm tránh tràn. Bể có thể tích 1m3 được chế tạo bằng nhựa 3 lớp. Kích thước 850 × 1010 × 1440 mm (Chiều cao × rộng × dài).

Nước thải trước khi vào bể được lọc qua một lưới chắn rác bằng inox kích thước lỗ 0,8x0,8mm

+ Thiết kế bể thiếu khí và hiếu khí

Bể thiếu khí hình trụ được chế tạo bằng nhựa 3 lớp, bể có thể tích 0,5 m3, thể tích sử dụng là 0,42 m3 với kích thước: chiều cao h = 0,9m, đường kính d = 0,77m. Bể được đảo trộn bằng hai bơm chìm đặt ở đáy bể.

Hình 2.2. Bể xử lý sinh học hiếu khí cho hệ thống quy mơ 1m3/ngày

Bể hiếu khí hình trụ được chế tạo bằng nhựa 3 lớp, bể có thể tích 0,5 m3, thể tích sử dụng là 0,36 m3 với kích thước: chiều cao h = 0,78m, đường kính d = 0,77m. Bể được bố trí hệ sục khí chia đều ở đáy, khí được cấp vào nhờ máy thổi khí loại con sị 0,75kW (Hình 2.2).

Sau khi quá trình xây dựng và lắp đặt hệ thống hồn thiện. Chúng tơi đã vận hành thử nghiệm và nghiên cứu khả năng xử lý thành phần COD của hệ sinh học.

2.2.2. Thiết kế và lắp đặt hê ̣ thống màng lọc kết hợp khí nâng

Modul màng lọc có khí nâng cơng suất 1m3/ngày được cấu tạo bởi 2 màng lọc dạng ống với kích thước: đường kính ống màng d=60mm, chiều cao h=1000mm. Nước được cấp vào màng thơng qua bơm 0,75kW, khí được cấp vào màng qua ejector và bơm chân khơng đảm bảo chất lượng và số lượng khí cấp. Khí và nước được kiểm sốt thơng qua lưu lượng kế và áp kế chuyên dụng cho mỗi loại. Thiết kế với hai modul cột màng, có van đóng mở ở từng cột và van xả đáy nên có thể dễ dàng tháo rửa một cột mà khơng ảnh hưởng đến hoạt động của cột cịn lại.

 Hê ̣ thống màng lo ̣c

Hệ màng gồm 2 bộ riêng biệt được kết nối chung đường nước thải, khí nâng vào. Màng dạng ống với đường kính ống ngồi ø60, chiều dài 1m, vật liệu chế tạo là nhựa PVD-F. Màng được kết nối với đường nước và khí nhờ khớp nối ren.

Thơng sớ kỹ thuâ ̣t của màng: màng được sử dụng để nghiên cứu được sản xuất bởi công ty Berghof (Đức) với thông số kỹ thuật như bảng sau:

Bảng 2.2. Thông số kỹ thuật của modul màng (UF) quy mô 1m3/ngày

Ký hiệu Kích thước lỗ Vật liệu tmax pmax Chiều dài MO P1U (1m)_I5 30nm PVD-F 40oC 800kPa 1000mm

 Hê ̣ thống đường nước thải vào – ra

Loại ống cấp nước thải vào màng và đường nước thải tuần hoàn được dùng là loại ống mềm chịu áp lực . Trên mỗi đường nước thải vào và tuần hồn đều có van điều chỉnh lưu lượng và đồng hồ đo áp. Các bộ phận phụ nối với màng đều có rắc nối có thể tháo rời để thuận tiện cho việc sửa chữa khi gặp sự cố hay rửa màng. Đoạn nối ống mềm với hệ được cố định bằng đai vít. Đường nước ra sau lo ̣c được

 Hê ̣ thớng cấp khí nâng

Khí nâng đươ ̣c cấp cho hê ̣ thống màng là không khí nén . Đường ống dẫn khí được chọn là loại ống dẻo chịu áp lực.

Hình 2.4. Các phần của bộ cấp khí nâng (ống kết nối với màng; máy nén khí và

đồng hồ đo lưu lượng khí)

 Đồng hồ đo lưu lượng khí máy nén

Hình 2.5. Hệ thống màng có khí nâng cơng suất 1m3/ngày

Hệ màng lọc có khí nâng gồm 2 màng được đấu chung đầu vào, nước thải được vận chuyển qua màng nhờ bơm chun dụng cơng suất 0,75kW/h có đồng hồ đo lưu lượng và áp suất. Nước hút ra sau lọc màng bởi bơm tự động cơng suất

nén khí. Các bơm đầu vào ra đều có đồng hồ đo áp và đo lưu lượng nước, khí. Hệ thống được vận hành thông qua công tắc trên tủ điện. Nước sau khi lọc được tích trữ một phần phục vụ cơng việc rửa màng khi cần thiết.

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 đối 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 phối khí bởi quả su ̣c khí bể cá. Hê ̣ thớng phân phới khí được cấp khí bởi máy nén khí cơng śt 2,5HP.

28

Quy trình vận hành tồn 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 q 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 khơng 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 đoán 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 muối 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 nuôi 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 không 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 suất 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 đồ 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 tớc 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