3.2.1.1. Xác định các thông số của bùn
Xác định SS, MLSS bằng phương pháp trọng lượng
Giấy lọc: Sấy 1050C đến khối lượng không đổi (khoảng 2h), hút ẩm trong 1h, cân – m1
Mẫu: Lấy 5ml (Vs), lọc qua giấy lọc đã sấy ở trên, sấy ở 1050C đến khối lượng không đổi, hút ẩm trong 1h, cân – m2
m2 (g) – m1 (g)
MLSS(mg/l) = --- x 106 Vs (ml)
3.2.1.2 Xác định các thông số đầu vào của nước thải
Bảng 3.1: Các phương pháp phân tích nước thải
STT Thông số Phương pháp
1 pH Máy đo đa chỉ tiêu YSI 556MPS
2 Độ kiềm SMEWW 2320 – B
3 DO Máy đo đa chỉ tiêu YSI 556MPS
4 COD SMEWW 5220 – C 5 BOD5 SMEWW 5210 – B 6 N-NO2 SMEWW 4500 – NO2- - B 7 N-NO3 SMEWW 4500 – NO3- - E 8 TKN SMEWW 4500 – N 9 N-NH3 SMEWW 4500 - NH3 – F 10 TSS SMEWW 4500 - TSS 11 MLVSS Phương pháp trọng lượng
a) Chạy giai đoạn thích nghi
Theo dõi sự sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật thông qua hiệu quả xử lý chất hữu cơ được đặc trưng bởi thông số COD.
b) Giai đoạn tăng tải trọng
Theo dõi khả năng xử lý của vi sinh vật ở các tải trọng hữu cơ khác nhau, tăng tải từ từ để xác định tải trọng tối đa có thể xử lý đạt hiệu quả cao.
CHƯƠNG 4:
4.1. GIAI ĐOẠN THÍCH NGHI
Trong giai đoạn này, mô hình được vận hành với nước đầu vào có nồng độ COD tương đối thấp, vào khoảng 200-300 mg/l do đó nước thải sẽ được pha loãng 5-6 lần. Ứng với nồng độ COD như trên thì tải trọng hữu cơ vào khoảng 0.5kg/m3ngày.
Bùn nuôi cấy là bùn được lấy từ bể sinh học của hệ thống xử lý nước thải thuộc trung tâm thương mại Bình Điền. Hàm lượng MLSS được định ở mức 3000 mg/l.
Máy thổi khí được điều chỉnh ở mức lưu lượng khí thổi 8 lít/phút nhằm cung cấp oxy cho quá trình hiếu khí đồng thời tạo dòng chảy hướng lên và xáo trộn bùn.
4.1.1. Hiệu quả xử lý COD
Bảng 4.1 Sự biến thiên của COD COD tải trọng 0,5kg/ m3 ngày Thời gian (ngày) Đầu vào (mg/l) Đầu ra (mg/l) Hiệu suất (%) 1 205 72 64,88 2 236 68 71,19 3 245 66 73,06 4 240 57 76,25 5 263 71 73,00 6 256 85 66,80 7 220 56 74,55 8 260 65 75,00 9 243 58 76,13 10 264 42 84,09 11 254 45 82,28 12 260 40 84,62 13 270 36 86,67 14 246 32 86,99 15 258 29 88,76
Hình 4.1 Đồ thị biến thiên COD và hiệu quả xử lý theo thời gian
Hình 4.1 cho thấy trong giai đoạn thích nghi sau 10 ngày khởi động mô hình đã cho hiệu quả xử lý khá cao, đạt trên 80%.
Trong giai đoạn đầu do vi sinh vật chưa thích nghi với nước thải và điều kiện môi trường nên hiệu quả xử lý chưa cao. Mặt khác, do lượng vi sinh vật dính bám trên giá thể còn rất ít nên việc xử lý chủ yếu dựa vào vi sinh vật hiếu khí lơ lững. Sau 7 ngày vi sinh vật đã thích nghi với điều kiện sống, bắt đầu tăng sinh khối và bám dính trên giá thể, hiệu quả xử lý kết hợp của cả vi sinh vật dính bám và vi sinh lơ lững do đó hiệu quả xử lý tăng dần. Cuối giai đoạn thích nghi hiệu quả xử lý tăng cao trên 80% và dao động ổn định trong khoảng 80-90%.
4.1.2. Hiệu quả xử lý chất dinh dưỡng
Bảng 4.2 Sự biến thiên các thông số cuối giai đoạn thích nghi Thông số Đơn vị Đầu vào Đầu ra
pH --- 6,75 6,1 COD mg/l 258 29 T-P mg/l 3,8 2,3 T-N mg/l 59 25 N-NH4+ mg/l 50 26 N-NO3- mg/l 0,06 11,22 N-NO2- mg/l 0,05 1,025 Độ kiềm mg/l 112 2 Chỉ tiêu nitơ
Cuối giai đoạn thích nghi giá trị nitơ tổng của dòng ra còn cao cho thấy hiệu quả xử lý nitơ chưa cao, đạt khoảng 37%.
Tuy việc xử lý nitơ không cao nhưng thông số nitơ tổng vẫn giảm và thông qua các chỉ tiêu N-NO3-, N-NO2- , NH4+ cho ta thấy quá trình nitrat hóa và khử nitrat đã xảy ra.
Ở giai đoạn thích nghi T-N giảm một phần do vi sinh vật sử dụng để chuyển hóa thành năng lượng phục vụ cho quá trình sống và tổng hợp tế bào. Một phần bị bay hơi do quá trình sục khí, và quá trình khử nitrat giải phóng nitơ. Chỉ tiêu phospho
Cuối giai đoạn thích nghi quá trình xử lý phospho diễn ra làm cho nồng độ T-P giảm, tuy nhiên chỉ mới giảm nhẹ. Hàm lượng phospho giảm do vi sinh vật sử dụng để tổng hợp tế bào.
Chỉ tiêu pH
pH giảm trong nước đầu ra chứng tỏ quá trình nitrat hóa đang xảy ra trong bể sinh học làm tăng nồng độ ion H+. Vi khuẩn sử dụng nitơ, oxy, CO2 tạo nên những tế bào mới do đó độ kiềm trong bể phản ứng giảm [ Nguyễn Văn Phước, 2007].
4.2. ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ XỬ LÝ CHẤT HỮU CƠ4.2.1. Hiệu quả xử lý COD 4.2.1. Hiệu quả xử lý COD
Sau giai đoạn thích nghi, tiến hành khảo sát hiệu quả xử lý chất hữu cơ ở các tải trọng khác nhau tăng dần từ 0.5 kgCOD/m3 ngày lên 1 kgCOD/m3 ngày, 1.5 kgCOD/m3 ngày, 2 kgCOD/m3 ngày, 2.5 kgCOD/m3 ngày.
Hiệu quả xử lý chất hữu cơ được đánh giá qua chỉ tiêu COD đầu vào và đầu ra của bể Swim-bed và được kiểm tra hằng ngày.
Mô hình được vận hành với tải trọng hữu cơ tăng từ từ để tránh làm ức chế vi sinh vật.
Hình 4.2: Đồ thị biến thiên COD đầu vào, đầu ra và hiệu suất theo thời gian
Nhận xét:
Bắt đầu vào mỗi giai đoạn tăng tải thì hiệu quả xử lý không cao, do vi sinh vật chưa thích nghi với tải trọng mới, nhưng càng về sau thì hiệu quả xử lý càng tăng và hiệu suất xử lý tương đối ổn định.
Qua đó ta thấy được tính khả thi của việc áp dụng công nghệ swim-bed vào xử lý nước thải có hàm lượng hữu cơ cao. Hiệu quả xử lý đạt đến 94% ở tải trọng 2,5 kgCOD/m3 ngày.
4.2.2. Hiệu quả xử lý dinh dưỡng 4.2.2.1. Hiệu quả xử lý Nitơ: 4.2.2.1. Hiệu quả xử lý Nitơ:
Hiệu quả xử lý dinh dưỡng được đánh giá thông qua khả năng loại bỏ nitơ và phospho và được theo dõi thông qua các chỉ tiêu T-N, NO3-, NO2-, T-P
Hình 4.4: Đồ thị biến thiên T-N đầu vào, đầu ra và hiệu suất xử lý nitơ theo thời gian
Nhận xét:
Giá trị T-N bị tác động mạnh bởi giá trị NO3-, NO2- do quá trình nitrate hóa và khử nitrate hóa. Kết quả cho thấy hiệu quả xử lý nitơ không cao (dao động trong khoảng 20-50%). Hai quá trình nitrate hóa và khử nitrate hóa là hai quá trình xảy trong điều kiện ngược nhau: hiếu khí - kỵ khí, tự dưỡng - dị dưỡng. Do đó hai quá trình phải được phản ứng trong hai bể riêng biệt để tạo điều kiện phản ứng phù hợp với từng quá trình, nâng cao hiệu quả xử lý. [Nguyễn Văn Phước, 2007]
1 kgCOD/m3ngay 1.5 kg COD/m3 ngay 2kg COD/m3 ngay 2.5kgCOD/m3ngay
200 180 160 Giá 140 Trị 120 T-N 100 80 60 40 20 0
Công nghệ swim-bed chủ yếu là quá trình hiếu khí, quá trình kỵ khí diễn ra một phần bên trong lớp vi sinh bám trên giá thể vì vậy hiệu quả xử lý nitơ còn hạn chế.
Nguyên nhân của việc giảm T-N của nước đầu ra là:
+ Do vi sinh vật đã sử dụng để chuyển hóa thành năng lượng và tổng hợp tế bào sống.
+ Quá trình nitrate hóa và khử nitrate hóa thành nitơ tự do. + Bị bay hơi do quá trình sục khí.
Quá trình nitrate hóa và khử nitrate hóa được theo dõi thông qua thông số N-NO3-, N-NO2-, và pH.
Hình 4.5: Đồ thị biến thiên N- NO2- theo thời gian.
4,5 4 3,5 Gía 3 Trị 2,5 N-NO2- 2 1,5 1 0,5 0
Hình 4.6: Đồ thị biến thiên N-NO3- theo thời gian
Nhận xét:
Nồng độ N-NO2-, N-NO3- của nước thải đầu vào rất thấp (hầu như không có N-NO2- <1 mg/l, N-NO3- < 3 mg/l).
Quá trình nitrate hóa diễn ra khá mạnh làm cho nồng độ N-NO3- của nước đầu ra tăng cao.
Nồng độ N-NO2-, N-NO3- của nước đầu ra dao động mạnh, điều này cho thấy quá trình nitrate hóa diễn ra không ổn định theo từng thời điểm khác nhau. Qua đó cũng cho ta thấy hiệu quả xử lý của swim-bed là không cao với nước thải có hàm lượng nitơ cao. Như vậy muốn xử lý đạt hiệu quả thì cần các công trình bổ trợ và sự kết hợp của nhiều quá trình: hiếu khí, thiếu khí, kỵ khí.
1 kgCOD/m3ngay 1.5 kg COD/m3 ngay 2kg COD/m3 ngay 2.5kgCOD/m3ngay
ngày Tải trọng 100 90 80 giá 70 Trị 60 N-NO3- 50 40 30 20 10 0
Hình 4.7: Sự biến thiên pH đầu vào và ra theo thời gian
Nhận xét:
Quá trình nitrate hóa xảy ra lấy CO2 trong nước thải giải phóng các ion H+ làm cho pH giảm và độ kiềm giảm. pH dao động trong khoảng 5,5-7,0.
4.2.2.2. Hiệu quả xử lý phospho:
Hình 4.8: Đồ thị biến thiên phopho đầu vào, đầu ra và hiệu suất xử lý phospho theo thời gian
1 kgCOD/m3ngay 1.5 kg COD/m3 ngay 2kg COD/m3 ngay 2.5kgCOD/m3ngay
Ngày Tải trọng 8 7 6 giá 5 Trị 4 pH 3 2 1 0
1 kgCOD/m3ngay 1.5 kg COD/m3 ngay 2kg COD/m3 ngay 2.5kgCOD/m3ngay
12 10 8 giá 6 Trị 4 T-P 2 0
Đầu vào Đầu ra Hiệu suất
Ngày Tải trọng
Nhận xét:
Qua đồ thị ta thấy được hiệu quả xử lý phospho không ổn định qua thời gian ở các mức tải trọng. Nồng độ phospho giảm do vi sinh vật sử dụng để chuyển hóa thành năng lượng sống và tế bào mới. Tuy nhiên quá trình này chỉ làm giảm rất ít.
Đặc điểm của quá trình sinh học xử lý phospho là sự luân phiên thay đổi hai quá trình kỵ khí và hiếu khí. Như vậy việc khử phospho đòi hỏi sự kết hợp của hai loại bể phản ứng kỵ khí/Anoxic và hiếu khí. [ Nguyễn Văn Phước, 2007]
Do đó việc xử để việc xử lý phospho đạt hiệu quả cao cần cải tiến công nghệ swim-bed nhằm tạo ra vùng kỵ khí tốt hơn.
4.3. ĐÁNH GIÁ SINH KHỐI TẠO THÀNH:
Hình 4.9: Sinh khối dính bám trên giá thể
Sau khi ngừng hoạt đông thì trong bể có hai dạng vi sinh vật đó là vi sinh vật dạng lơ lững và vi sinh vật dạng dính bám.
CHƯƠNG 5
5.1. KẾT LUẬN
Kết quả nghiên cứu cho thấy việc ứng dụng công nghệ swim-bed vào xử lý nước thải chế biến thủy sản là khả thi do công nghệ này có thể xử lý chất hữu cơ tương đối tốt ở tải trọng khá cao. Hiệu quả xử lý COD có thể đạt được trên 90% ở tải trọng 2,5 kgCOD/m3.ngày
Ở tải trọng 0,5 kgCOD/m3 .ngày hiệu quả xử lý đạt 64-89% Ở tải trọng 1,0 kgCOD/m3 .ngày hiệu quả xử lý đạt 79-92% Ở tải trọng 1,5 kgCOD/m3 .ngày hiệu quả xử lý đạt 87-94% Ở tải trọng 2,0 kgCOD/m3 .ngày hiệu quả xử lý đạt 85-95% Ở tải trọng 2,5 kgCOD/m3 .ngày hiệu quả xử lý đạt 87-94% Tuy nhiên việc xử lý nitơ tuy hiệu quả khá cao nhưng thiếu ổn định còn dao động mạnh.
Ở tải trọng 1,0 kgCOD/m3 .ngày hiệu quả xử lý đạt 25-43% Ở tải trọng 1,5 kgCOD/m3 .ngày hiệu quả xử lý đạt 29-51% Ở tải trọng 2,0 kgCOD/m3 .ngày hiệu quả xử lý đạt 26-45% Ở tải trọng 2,5 kgCOD/m3 .ngày hiệu quả xử lý đạt 21-49% Hiệu quả xử lý phospho không cao và không ổn định ở tất cả các tải trọng hữu cơ.
Do đó muốn ứng dụng công nghệ swim-bed vào thực tế để xử lý nước thải cần phải cải tiến công nghệ và kết hợp với một số công trình sinh học khác để xử lý triệt để các tác nhân gây ra ô nhiễm.
5.2. ĐỀ XUẤT
Qua việc nghiên cứu đề tài này và thông qua các nghiên các nghiên cứu của một số nghiên cứu sinh nước ngoài, công nghệ Swim-bed đã chứng tỏ khả năng xử lý chất hữu cơ cho hiệu quả cao hơn một số công nghệ hiên đang xử dụng. Thế nhưng tại Việt Nam thì công nghệ Swim-bed còn khá mới mẻ, các nghiên cứu về công nghệ này còn nhiều giới hạn và hiện vẫn chưa có một quy
trình công nghệ xử lý nước thải nào tại Việt nam áp dụng công nghệ swim-bed để xử lý nước thải. Trong quá trình thực hiện đề tài này thì tôi có một số ý tưởng nhưng vì thời gian không cho phép nên tôi không thể thực hiện ý tưởng của mình. Tôi hy những nghiên cứu sinh sau này nếu có làm về công nghệ swim-bed hãy xem xét ý tưởng của tôi. Tôi xin đề xuất ý tưởng của mình ra đây:
Thứ nhất: cần có nhiều nghiên cứu hơn về công nghệ Swim-bed, thử nghiệm với nhiều loại nước thải khác nhau.
Thứ hai: thay thế giá thể bio-fringe (hiện nay đang sử dụng giá thể nhập từ công ty Net của Nhật Bản) bằng các giá thể tự chế thay thế, vừa đơn giản, cho hiệu quả cao đồng thời có thể dùng các nguyên liệu tái chế để góp phần bảo vệ môi trường và giảm chi phí xử lý.
Thứ ba:cải tiến mô hình, kết hợp các quá trình kỵ khí, thiếu khí, hiếu khí để xử lý nitơ và phospho được tốt hơn, nhằm giải quyết triệt để chất gây ô nhiễm.
Thứ tư: nghiên cứu ứng dụng swim-bed vào thực tiễn.
Với những đề xuất mà tôi đưa ra tôi hy vọng sẽ có nhiều hơn những nghiên cứu về công nghệ swim-bed cũng như các công nghệ xử lý các loại nước thải khác nhằm giải quyết triệt để vấn nạn ô nhiễm môi trường và vấn đề thiếu nước ngọt cho sinh hoạt và sản xuất như hiện nay.
TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu trong nước:
1. Nguyễn Đức Lượng, Nguyễn Thị Thùy Dương (2003). Công nghệ sinh học
môi trường, tập 1-công nghệ xử lý nước thải. Đại học Bách Khoa TPHCM.
2. Nguyễn Đức Lượng, Nguyễn Thị Thùy Dương (2008). Công nghệ sinh học
môi trường, tập 2-xử lý chất thải hữu cơ. Đại học Bách Khoa TPHCM.
3. Trần Văn Nhân, Ngô Thị Nga (2006). Giáo trình công nghệ xử lý nước thải.
NXB Khoa Học Kỹ Thuật.
4. Lê Hoàng Nghiêm, Nguyễn Phước Dân (2009). Bài giảng kỹ thuật xử lý
nước thải. Đại học Bách Khoa TPHCM.
5. Lâm Vĩnh Sơn (2007), Bài giảng thực hành xử lý nước thải. Đại học Kỹ
Thuật Công Nghệ TP.HCM
6. Nguyễn Văn Phước, Nguyễn Thị Thanh Phượng (2005). Thí nghiệm hóa
kỹ thuật môi trường, phần 1-phân tích chất lượng nước. Đại học Quốc Gia
TPHCM.
7. Nguyễn Văn Phước, Nguyễn Thị Thanh Phượng (2006). Giáo trình kỹ
thuật xử lý chất thải công nghiệp. NXB xây dựng.
8. Nguyễn Văn Phước (2007), Giáo trình công nghệ xử lý nước thải công
nghiệp, NXB Đại học quốc gia TP.HCM
Tài liệu nước ngoài:
9.APHA, AWWA, WPCF (1999). Standard methods for the Examination of
Waterand Wastewater. 20th Edition. American Public Health Association,
Washington, D.C.
10.Doan Thu Ha, Ryoichi. K, Tohichirou. K, Kenji Furukawa (2005).
Bed Technology. In: Japanese Journal of Water Treatment Biology Vol.41, No.3, 141-152.
11.Joseph D. Rouse, D. Y, Y. C, T. K, Kenji Furukawa (2004). Swim bed
technology as an Innovative Attached – growth Processing for High-rate
Wastewater Treatment. Japanese Journal of Water Treatment Biology Vol.40,
No.3, 115-124.
Tài liệu điện tử:
12.Networking of Engineering and Textile processing (NET Co., Ltd).
Manual for experiments using BF (http://www.fk-