Qua đồ thị 35 ta thấy rằng đường biểu diễn mối quan hệ giữa tải lượng và năng suất xử lý CODt của hệ ABR và hệ IC đều gần tương đương nhau, điều này cho thấy NSXL CODht của 2 hệ khá ổn định gần như nhau. Khi tải lượng CODht vào nằm trong khoảng từ 4-6kg/m3/ngày hệ hoạt động ổn định nhất, hiệu suất xử lý đạt cao nhất lên trên 80%. Tuy nhiên khi tải lượng vượt qua 8 kg/m3/d giá trị NSXL và H% COD xử lý được không cao, tải lượng càng lên cao giá trị NSXL càng tản mạn và độ hồi quy của đường biểu diễn mối quan hệ giữa TL và NSXL càng kém, hệ số hồi quy đạt khá thấp. Như vậy với 2 hệ IC và ABR thiết kế trong phịng thí nghiệm với quy mơ 50L/ngày hệ chỉ có thể hoạt động tốt khi tải lượng CODht đầu vào nằm trong khoảng 4-6kg/m3/d, thấp hơn nhiều so với những nghiên cứu đã được công bố thử nghiệm trên thế giới, TL có thể chấp nhận được đối với hệ IC đã được nghiên cứu đạt tới 20, thậm chí 30kg/m3/ngày. Điều này có thể được giải thích là do hoạt tính bùn yếm khí trong 2 hệ khảo sát chưa tốt, chưa đạt được mức độ vo viên để diện tích bề mặt tiếp xúc cao nhất và hoạt tính đạt tối ưu. Một lý do nữa là do khi chế tạo hệ trong thực tế bộ tách 3 pha rắn lỏng khí chưa thực sự hoạt động tốt và điều kiện nhiệt độ trong phòng khơng kiểm sốt ở mức độ nhiệt độ tối ưu cho vi sinh vật phát triển.
Với hệ ABR tiến hành lấy mẫu phân tích nước thải ở bồn đầu vào trước khi cho qua hệ xử lý, lấy mẫu nước đã xử lý qua cột 2, cột 3 và đầu ra cột 4 của hệ ABR. Về mặt lý thuyết, hệ ABR được thiết gồm 4 cột với chức năng của từng cột:
- Cột 1 chủ yếu diễn ra quá trình thủy phân
- Cột 2 các chất sau thủy phân sẽ bị axit hóa và axetat hóa - Cột 3 diễn ra q trình mêtan hóa
- Cột 4 để lắng bùn, giảm thất thoát sinh khối
Hình 36. Diễn biến CODt , Hiệu suất xử lý CODt theo giảm dần HRT của hệ ABR qua các cột
Hình 37. Diễn biến CODht , Hiệu suất xử lý CODht theo giảm dần HRT của hệ ABR qua các cột
Ở giai đoạn đầu, mặc dù HRT lớn nhất nhưng do CODht đầu vào là của nước thải lưu trữ có giá trị không ổn định, nhiều khi rất thấp nên hiệu quả xử lý dao động mạnh và rất không ổn định. Tuy nhiên, hiệu quả xử lý CODt rất cao so với CODht, đó là do lớp bùn vi sinh dày lưu giữ bùn rất tốt. Hiệu suất trung bình xử lý CODt qua các HRT cột 2 đạt 45-60%, cột 3 đạt 55-65%, cột 4 đạt 60-80%; hiệu suất xử lý CODht cột 2: 40-60%, cột 3: 45-78% , cột 4: 50-80%.
Từ khảo sát các HRT khác nhau tìm ra được HRT hệ hoạt động tối ưu là 20h, tại HRT 20h với CODt, vào tb 4682mg/l thì hiệu suất xử lý CODt đạt cao nhất 80% đối với cột 4 và thấp nhất với cột 2 là 55% . Cũng tại HRT 20h, với CODht vào trung bình 2.497mg/l thì CODht ra cột 2 tb là 830 mg/l( đạt 64%), CODht ra cột 3 tb là 731 mg/l( đạt 71%), CODht ra cột 4 đạt hiệu suất cao nhất 86% ( trung bình 79%). Như vậy sau khi nước thải qua cột 2 hàm lượng COD đã được loại bỏ đi đáng kể, trong khi hàm lượng COD loại bỏ được khi qua cột 3 và 4 là gần tương đương nhau, điều nay cho thấy q trình thủy phân hóa diễn ra mạnh mẽ tại cột 2, cột 3,4 chỉ đóng vai trị sinh khí metan và lắng để nhằm tránh vi sinh thoát ra ngồi. Từ nghiên cứu này chúng tơi đã cải tiến hệ ABR thành hệ pilot xử lý nước thải lợn tại suối Cốc- Hiệp Hòa- thị trấn Lương Sơn- Hòa Bình, với quy mơ 20-30 m3/d và đã đạt được những thành công bước đầu.
3.3 Đánh giá khả năng giảm SS khi có và khơng có vật liệu mang
Một trong những yếu tốt ảnh hưởng rất lớn đến quán trình vận hành hệ ABR, IC yếm khi là thành phần cặn trong nước thải đầu vào. Cặn bao gồm phân lợn, đất và cát làm cho mật độ chất rắn trong hệ yếm khí tăng lên, làm giảm hiệu quả xử lý, gây tắc hệ thống và hiện tượng bùn đi theo ra sau hệ ABR, IC. Do đó, giải pháp bổ sung giai đoạn lọc thô ban đầu bằng cách cho nước thải đi qua lớp vật liệu PU xốp bố trí ở dạng rọ lọc có kích thước hình trụ, đường kính 30 cm, cao 60 cm, độ dày 10 cm. Rọ được nhồi vật liệu PU hình lập phương cạnh 2 cm, tỉ khối 0,169 g/l, độ rỗng 98%. Các kết quả khảosát hệ ABR yếm khí với HRT 6 giờ được trình bày trên hình 39 đến 42.
Hình 38. Hình ảnh lọc cặn đầu vào
Hình 39. So sánh hiệu suất xử lý CODht khi có và khơng có lọc cặn hệ IC
Bồn đầu vào sau lọc cặn
PU
Lưới giữ vật liệu lọc
Nước chảy tràn sang bồn đầu vào
Hình 40. So sánh hiệu suất xử lý COD hệ ABR khi có và khơng có lọc cặn
Hình 41. Đồ thị so sánh TSS trước và sau khi lọc cặn đầu vào
Từ bảng và hình ta thấy, khi lọc cặn đầu vào hiệu suất xử lý COD ổn định hơn khi không lọc cặn. Kết quả cho thấy so với chế độ không lọc cặn TSS vào rất cao, chế độ có lọc TSS giảm so với khơng lọc từ 2-4 lần. TL CODt vào và TL CODht vào có độ chênh lệch ít hơn so với các chế độ khác, chứng tỏ sau lọc cặn, nước đầu vào ổn định hơn, tuy nhiên do trong thời gian chạy ban đầu, ở lưu lượng nước đầu vào lớn, thời gian lưu thấp nên hiệu suất xử lý của hệ chưa cao, hiệu suất xử lý CODht dao động ổn định và đạt tb 65% cho hệ ABR và 66% cho hệ IC.
Kết quả trong quá trình vận hành hệ tại chế độ 6 giờ, có lọc căn đầu vào cho thấy: hệ hoạt động tốt, không xảy ra hiện tượng trào bùn, tắc bơm đầu vào, tắc dây dẫn nước thải, lượng cặn trong nước đầu vào thấp hơn nên không phải thường xuyên xả bùn dư trong hệ để đảm bảo mật độ bùn luôn ổn định. Sau quá trình loại bỏ TSS trong nước thải đầu vào, giá trị COD tổng và hịa tan đã ổn định hơn và có cùng một xu hướng diễn biến. Giá trị chênh lệch của COD tổng và hòa tan ổn định qua các lần lấy mẫu, trung bình khoảng 400 mg/l.
Hình 42. Đồ thị mối quan hệ TL và NSXL COD khi có lọc cặn đầu vào(HRT 6h) Từ đồ thị ta thấy được với hệ IC tải lượng CODt vào dao động ổn định 8,8 - 13 kg/m3.ngày, NSXL CODt đạt 6,4 – 11,3 kg/m3.ngày. Như vậy NSXL CODt khi hệ hoạt động rất ổn định. TL CODht vào dao động ổn định 5 - 6 kg/m3.ngày, NSXL CODht đạt 3 - 4 kg/m3.ngày. Như vậy NSXL CODht khi hệ hoạt động hiệu quả và ổn định, điều nay thể hiện rõ ở đường MQH giữa TL và COD tuân theo pt bậc 1 với hệ số hồi quy cao.
Cũng như hệ IC, với hệ ABR ta cũng thấy Với CODt: tải lượng đầu vào dao động từ 6- 11,9 kg/m3/ngày thì năng suất xử lý đạt từ 6-10,3 kg/m3/ngày, hiệu suất xử lý giữ ổn định trong khoảng từ 55-70%.
Với CODht: tải lượng đầu vào dao động từ 4,5-6,2 kg/m3/ngày thì năng suất xử lý đạt từ 3-4,5 kg/m3/ngày, với hiệu suất xử lý ổn định từ 60-78%.
Sau đây là đồ thị tổng hợp khả năng loại bỏ TSS khi có và khơng có lọc cặn thơ đầu vào.
Hình 43 : Tổng hợp khả năng loại bỏ TSS khi có và khơng có lọc cặn đầu vào TSS đầu vào khi chưa lọc cặn đầu vào thay đổi trong khoảng rộng, do nước thải TSS đầu vào khi chưa lọc cặn đầu vào thay đổi trong khoảng rộng, do nước thải đầu vào không ổn định, cặn đầu vào khá lớn, tuy nhiên khi bắt đầu lọc vào giá trị TSS đạt thấp và ổn định hơn rất nhiều. Điều này cho thấy, TSS đầu vào có ảnh hưởng lớn đến khả năng xử COD của cả 2 hệ, với TSS đầu vào cao sẽ làm giảm hiệu suất xử lý COD của hệ. Tương tự với thời gian lưu 10h, 6h là quá ngắn không đủ cho vi sinh hoạt động phân hủy các chất hữu cơ, mặt khác với thời gian lưu ngắn khả năng đảo trộn trong hệ lớn, dòng nước vào trượt qua nhanh sẽ cuốn theo bùn (vi sinh) ra ngồi, hệ xử lý kém, bởi vậy có thể kết luận khả năng chịu tải của hệ không
ABR 30h, IC 24h
tốt khi ở HRT ngắn, ta có thể dừng khảo sát khi giảm dần HRT để tiến hành các khảo sát khác theo tăng dần vdâng.
Hiệu suất xử lý TSS khi có lọc cặn vào ổn định và đạt trên 60% cho cả 2 hệ, khi khơng có lọc cặn các giá trị hiệu suất khá tản mạn, thậm chí cho những giá trị hiệu suất tiệm cận 0% hoặc nhỏ hơn 0% do bùn vi sinh bị thất thoát ra ngoài cùng với nước ra do sự khuấy trộn trong hệ khá lớn.
Tương tự các giá trị COD tổng và hòa tan sau quá trình xử lý ln ổn định và diễn biến theo cùng một xu hướng, khoảng chênh lệch trung bình khoảng 200 mg/l. Điều này cho thấy rằng TSS vào ảnh hưởng rất lớn đến hiệu suất xử lý COD của 2 hệ, vì vậy các nghiên cứu tiếp theo nên tiến hành lọc cặn nước thải vào trước khi đi vào hệ.
KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ KẾT LUẬN
Hệ thiết bị nghiên cứu kĩ thuật IC và ABR khảo sát với các HRT khác nhau, hệ ABR (HRT 30h, 25h, 20h, 15h, 10h,6h) và hệ IC (HRT 24h, 20h, 16h, 12h,10h,6h) kết quả thu được:
Hiệu suất xử lý COD của 2 hệ thường không ổn định khi hệ bắt đầu hoạt động do vi sinh chưa thích nghi được mơi trường và khi HRT càng giảm hiện tượng trào bùn thường xuyên xảy ra tại 2 hệ do độ khuấy trộn lớn, bùn theo nước bị trào ra ngoài. Tuy nhiên hiệu suất xử lý CODt hệ ABR đạt tb 63% và 62% đối với hệ IC; 60% là hiệu suất tb xử lý CODht hệ ABR và 59% là hiệu suất xử lý CODht hệ IC. Đặc biệt với HRT 16 giờ( IC), 20 giờ(ABR), hiệu quả xử lý TSS và COD cao, hiệu suất xử lý CODt đạt tới 80%,(CODt,ra ABR (tb 1219mg/l), CODt,ra IC (tb 954mg);hiệu suất xử lý CODht đạt trên 70%,(CODht,ra ABR(tb 692mg/l) và CODht,ra IC (tb 654mg/l), vậy với HRT này 2 hệ hoạt động hiệu quả nhất.
Với tải lượng CODt đầu vào nằm trong khoảng 7-9 kg/m3/ngày thì 2 hệ hoạt động tốt nhất, hiệu suất ổn định và cho năng suất xử lý cao nhất lên tới 8,2 kg/m3/ngày. Khi TL CODt vượt quá 12 kg/m3/d hệ hoạt động kém, độ ổn định thấp, thậm chí có gía trị hiệu suất tiệm cận 0%.
Với TL CODht nằm trong khoảng 4-6 kg/m3/ ngày hệ hoạt động tốt và NSXL 2 hệ đạt tới 3-5,6kg/m3/ngày, tuy nhiên khi TL vượt 8kg/m3/ngày khả năng xử lý của 2 hệ giảm đáng kể, hiệu suất khơng ổn định, có giá trị hiệu suất dưới 20%. Trong điều kiện có lọc cặn nước đầu vào, thời gian lưu 6 giờ, Vd=0,9 m/h do giảm được ảnh hưởng của TSS trong nước thải đầu vào đến quá trình xử lý nên hệ hoạt động ổn định hơn, vận hành tốt hơn. Bùn không bị trào ra ngoài và lượng TSS vào giảm 4-10 lần, hiệu suất xử lý COD đạt trên 70%.
KHUYẾN NGHỊ
Do thời gian thực hiện luận văn quá ngắn nên chưa khảo sát được các vận tốc dâng khác nhau, do đó khuyến nghị tiếp theo nên tiến hành khảo sát hệ IC với vận tốc dâng 2m/h, 5m/h, 10m/h, 15m/h và 20m/h, Hệ ABR với vận tốc dâng 2m/h, 4m/h, 6m/h, 8m/h và 10m/h.
Trong quá trình làm luận văn nước thải đầu vào chỉ được lọc qua rây 2mm để loại bỏ căn thô, bởi vậy lượng cặn bé hơn 2mm nhiều, điều này ảnh hưởng rất lớn đến quá trình vận hành hệ, làm hệ tắc do đó khuyến nghị nên cho nước đầu vào qua vật liệu mang để loại bỏ các cặn nhỏ trước khi vào hệ.
Từ phân tích thực nghiệm cho thấy với nước thải chăn nuôi nồng độ Nitơ, giá trị COD, TSS rất cao và biến động. Do vậy, sau giai đoạn xử lý yếm khí, để xử lý triệt để thành phần C, N, P còn lại sau xử lý yếm khí thì bồn phản ứng hiếu khí được lựa chọn nhằm đảm bảo chất lượng nước thải ra sau xử lý đạt tiêu chuẩn thải ra môi trường.
TÀI LIỆU THAM KHẢO TIẾNG VIỆT
1. Bùi Xuân An, (2007 )“Nguy cơ tác động đến môi trường và hiện trạng quản lý
chất thải trong chăn nuôi vùng Đông Nam Bộ”, Đại học Nơng Lâm TP. Hồ Chí
Minh.
2. Báo cáo tổng kết năm 2013 Bộ NNPTNT.
3. Antoine Pouilieute, Bùi Bá Bổng, Cao Đức Phát (2010), Báo cáo “Chăn nuôi
Việt Nam và triển vọng 2010”; ấn phẩm của tổ chức PRISE của Pháp.
4. Trần Đức Hạ (2006), Xử lý nước thải đô thị, NXB Khoa Học và Kỹ thuật Hà
Nội.
5. PGS.PTS Hoàng Huệ (1996), Xử lý nước thải , NXB Xây Dựng Hà Nội.
6. Trịnh Quang Tuyên, Nguyễn Quế Cơi, Nguyễn Thị Bình, Nguyễn Tiến Thơng, Đàm Tuấn Tú (2008), “Thực trạng ô nhiễm môi trường và xử lý chất thải trong
chăn nuôi lơn trang trại tập trung”, Báo cáo khoa học năm 2008. Bộ NN&PTNT,
Viện chăn nuôi: trang 193-203. TIẾNG ANH
1. Barber, W.P.; Stucky, D.C (1999) “The use of the anaerobic baffled reactor
(ABR) for wastewater treatment”, a review. Wat. Res, Vol. 33, (No. 7), 1559-1578.
2. Cristiano Nicolella, Mark C.M. van Loosdrecht and Sef J. Heijnen, “Particle-
based biofilm reactor technology”, Trend in Biotechnology (July 2000), Vol. 18,
Iss.7, pp.312-320.
3. Driessen W, Habets L H A and Vereijken T (1997), “Novel Anaerobic and
Aerobic process to meet strict effluent plant design requirements”, Ferment, 10,(4)
4.Eckenfelder, W.W., Patoczka, J.B., and Pulliam, C.W.(2006)” Anaerobic Versus
Aerobic Treatment in the USA”,A WARE Incorporated,227 French Landing, Nashv
ille, TN37228, USA.
5. Jules B. van Lier & Grietje Zeeman (2009) “Current Trends in Anaerobic Digestion”, Diversifying from waste(water) treatment to resource oriented energetic conversion techniques.
6. Kassam Z.A., Yerushalmi L. and Guiot S.R. (2003) “A market study on the
anaerobic wastewater treatment systems”, Water, Air, and Soil Pollution (143), 179-
192, Kluwer Academic Publishers.
7. Krishna, G.V.T.G.; Kumar, P, Kumar, P. (2008) “Treatment of low strength
complex wastewater using an anaerobic baffled reactor (ABR)”, Bioresource
Technology 99, 8193–8200.
8. Krishna, G.V.T.G.; Kumar, P, Kumar, P. (2009)” Treatment of low-strength
soluble wastewater using an anaerobic baffled reactor (ABR)”, J. Environ. Manag.
90, 166-176.
9. Lourens, P. and Zoetemeyer, R.J. (1992), Fluidized bed process. US Patent 5 116 - 505.
10. Lettinga G. (1995) Anaerobic digestion and wastewater treatment systems,
Antonie van Leeuwenhoek, Vol.67, Issue 1, pp 3-28.
11. Liu, R.; Tian, Q.; Chen J. (2010) “The developments of anaerobic baffled
reactor for waste water treatment”, A review. African J. Biotechnol. Vol. 9(11), pp.
1535-1542.
12. Liu, R.R.; Tian, Q.; Yang, B.; Chen, J.H. (2010) “Hybrid anaerobic baffled
reactor for treatment of desizing wastewater”, Int. J. Environ. Sci. Tech., 7 (1), 111-
118.
13. Pereboom, J.H.F. and Vereijken, T.L.F.M. (1994) “Methanogenic granule
development in full-scale internal circulation reactors”, Water Sci. Technol, 30, 9–
14. Paques (2003), Referential Manual, Paques BV, Balk, the Netherlands April, 2003.
15. Sallis, P.J.; Uyanik, S. (2003) “Granule development in a split-feed anaerobic
baffled reactor”, Bioresource Technology 89, 255–265.
16. Show K.Y. (2006) “Applications of Anaerobic Granulation”, In Biogranulation
technologies for watewater treatment (Ed. J. H. Tay, S.T.L. Tay, Y.Liu). Waste Managemennt Series 6. Elsevier Ltd.
17. Tchobanoglous G and Burton Fl (1991), Wastewater Engineering, Treatment, Diposal and Reuse, Third Edition, McGraw, Inc, USA, 420 . 431.
18. Taiganides,E.P (1992), “Pig Waste Management and Recycling”, The
Singapore Experience, Ottawa: International Development Research Centre.
19. Uyanik S. (2003), “A Novel Anaerobic Reactor: Split fed anaerobic baffled