CHƯƠNG 3 : ỨNG DỤNG CỦA BỂ LỌC SINH HỌC TRONG THỰC TẾ
5/ Xử lý nước thải sinh hoạt bẳng thiết bị lọc nhỏ giọt cải tiến với giá thể sinh học kiểu mới
- Tóm tắt: Trong nghiên cứu này, nước thải sinh hoạt được xử lý
bằng mơ hình thiết bị lọc sinh học nhỏ giọt cải tiến. Hệ thống hoạt động với tải lượng hữu cơ 1,2 kg BOD/m3 .ngày đêm. Giá thể sinh học được thả tự do và ngập hoàn toàn trong nước. Ba lượng giá thể sinh học được nghiên cứu với thể tích lần lượt chiếm 50, 75 và 100% thể tích của thiết bị. Thiết bị cịn được cải tiến với giá thể tiên tiến dạng lưới, làm bằng vật liệu polyester và có bề mặt riêng lên đến 1400-1500 m2 /m3. Kết quả cho thấy, hiệu quả xử lý tốt nhất với lượng giá thể chiếm 75% thể tích thiết bị. Với lượng giá thể này, hiệu quả xử lý ở các thời gian lưu nước khác nhau (2, 4, 6, 8 và 10 tiếng) cũng được nghiên cứu. Kết quả là hệ thống xử lý tốt BOD và dinh dưỡng (hiệu quả 90,7; 78,7 và 77,1% lần lượt đối với BOD, N và P). Q trình xử lý xuất hiện 2 giai đoạn: thích nghi và ổn định.
- Kết quả và thảo luận:
Hoạt động của uTF với các lượng giá thể khác nhau
Trong phần này, hiệu quả xử lý BOD, N và P của thiết bị uTF-ri (khi thiết bị uTF có lượng giá thể sinh học chiếm i% thể tích chống nước) lần lượt được đánh giá. Nhiệt độ dao động trong cả năm từ 24-35oC. (143/ [6]).
Hình 19. Hiệu quả xử lý BOD trong giai đoạn đầu BOD-in: Hàm lượng BOD trong nước thải đầu vào; BOD-ri: Hiệu quả xử lý BOD
với lượng GTSH chiếm i% thể tích thiết bị. (143/ [6]).
• Trong 20 ngày đầu, hiệu quả xử lý BOD (EBOD) của uTF-r75 tăng dần gần như tuyến tính lên đến 89,7%. Sau đó, EBOD ổn định và chỉ dao động trong khoảng hẹp 89,6-92,7%. Trường hợp uTF-r100, EBOD ổn định sau 30 ngày vận hành. Khi ổn định, EBOD = 84,2- 85,2%. Đối với thiết bị uTF-r50, EBOD tăng đến ngày 44. (143/ [6]).
Hình 20. Hiệu quả xử lý N trong giai đoạn đầu TN-in: Hàm lượng TN nước thải đầu vào; TN-ri: Hiệu quả xử lý N với lượng GTSH
chiếm i% thể tích thiết bị (144/ [6]).
Hinh 21. Hiệu quả xử lý P trong giai đoạn đầu TP-in: Hàm lượng TP nước thải đầu vào; TP-ri: Hiệu quả xử lý P với lượng GTSH chiếm i% thể tích thiết bị. (144/ [6]).
Hình 22. Nồng độ các ion amonium và nitrate trong nước đầu ra. (145/ [6]).
Hình 23. Hàm lượng DO trong các trường hợp GTSH chiếm 50, 75 và 100% thể tích chống nước của thiết bị ở các chiều sâu khác
nhau. (144/ [6]).
Hình 24. Nồng độ nitrate tại các vị trí trong bể phản ứng. (144/ [6]).
• Trong Hình 23, kết quả đo DO cho thấy càng sâu, hàm lượng DO càng giảm nhanh chóng. DO tại các độ sâu 50, 150 và 300 mm trong các trường hợp uTF-r50, -r75 và -r100 lần lượt như sau: [5,8; 3,9; 2,3 mg/L], [5,7; 3,1; 1,2 mg/L] và [4,1; 1,9; 0,4 mg/L]. Điều này được giải thích do nhiều nguyên nhân: càng sâu, áp suất riêng phần các chất khí càng lớn, các vi sinh vật sử dụng oxy cho các hoạt động trao đổi chất và oxy hóa các chất hữu cơ. Như vậy, theo chiều sâu, các mơi trường thiếu khí và thậm chí kỵ khí có thể xuất hiện. Từ đó, có thể xảy ra các phản ứng sinh học thiếu khí (khử N) và kỵ khí (sinh các khí H2S, mercaptan, NH3/NH4+ ). Mục tiêu chính của thiết bị này là xử lý chất hữu cơ và N, nên các điều kiện hiếu khí và thiếu khí cần được duy trì và tránh điều kiện kỵ khí. (144/ [6]).
• Hàm lượng NH4 + của nước đầu ra trong các trường hợp uTF-r50, -r75 và -r100 lần lượt là 3,3; 6,9; và 10,2 mg/L (Hình 22). Như vậy, lượng GTSH càng tăng thì lượng NH4+ đầu ra càng nhiều, nghĩa là vùng kỵ khí và phản ứng sinh học kỵ khí chiếm nhiều hơn các vùng và phản ứng sinh học khác. Ngoài ra, nồng độ ion NO3- của nước đầu ra trong các trường hợp uTF-r50, -r75 và -r100 lần lượt là 12,6, 3,9 và 5,3 mg/L (Hình 22). Như vậy, phản ứng sinh học hiếu khí (q trình nitrate hóa) xảy ra nhiều nhất trong trường hợp uTF-r50. Các trường hợp còn lại, do các phản ứng sinh học kỵ khí và thiếu khí (denitrate hóa) sản xuất ra nhiều NH4+ hơn hoặc NO3- bị khử thành N2 nên hàm lượng NO3- trong nước đầu ra giảm. Có thể thấy hàm lượng NO3-
trong nước đầu ra, trường hợp uTF-r75 thấp hơn trường hợp -r100. (144/ [6]).
• Trong Hình 20, hiệu quả xử lý N tăng dần đến 78,7% sau 20 ngày trong trường hợp uTF-r75. Hiệu quả xử lý N tăng dần đến 65,2% sau 30 ngày trong trường hợp uTF- r100. Hiệu quả xử lý N tăng dần đến 44,4% sau 46 ngày trong trường hợp uTF-r50. Sau các khoảng thời gian trên, hiệu quả xử lý N trong tất cả các trường hợp đều đạt
ổn định. Như vậy, trong trường hợp uTF-r75, việc xử lý N đạt trạng thái ổn định nhanh nhất và hiệu quả xử lý cao nhất (78,7%). (144/ [6]).
• Với lượng GTSH chiếm 75%, hàm lượng DO trong vùng từ giữa đến đáy bể phản ứng là 1,2-3,1 mg/L (Hình 23). Hàm lượng NO3 - tại giữa bể trong các trường hợp uTF-r50, -r75 và -r100, tương ứng là 62,1, 60,4 và 35,8 mg/L (Hình 24). Trong khi đó, hàm lượng NO3- của nước đầu ra trong các trường hợp trên, lần lượt là 12,6, 3,9 và 5,3 mg/L. Hiệu quả của q trình denitrate hóa, nếu tính từ giữa bể trong các trường hợp trên, lần lượt là 79,7, 93,5 và 85,2%. Có thể thấy rằng khi lượng GTSH chiếm 75% thể tích ngập nước sẽ cho điều kiện DO = 1,2-3,1 mg/L, đây là điều kiện thuận lợi nhất để hình thành các vùng thiếu khí bên trong lớp màng sinh học (biofilm). Trong nghiên cứu về thiết bị lọc sinh học nhỏ giọt với giá thể polyurethane foam xử lý nước thải sinh hoạt, kết quả cũng cho thấy rằng hiệu quả xử lý TN đạt cao hơn 70,6% khi DO cao hơn 1,0 mg/L. Ngồi ra, số lượng VSV thực hiện q trình denitrat hóa chiếm đa số trong cộng đồng so với các VSV khác cũng được xác định tại mơi trường có DO = 2,5 mg/L. (144/ [6]).
• Hiệu quả xử lý P cũng có xu hướng tương tự với trường hợp xử lý N. Trong Hình 21, hiệu quả xử lý P trong trường hợp uTF-r75 tăng dần đến 77,4% sau 20 ngày. Hiệu quả xử lý P trong trường hợp uTF-r100 tăng dần đến 65.8% sau 30 ngày. Hiệu quả xử lý P trong trường hợp uTF-r50 tăng dần đến 55,5% sau 46 ngày. Như vậy, q trình xử lý P cũng nhanh chóng ổn định và hiệu quả hơn trong trường hợp uTF-r75, so với các trường hợp khác. Kết quả này cao hơn so với với hiệu quả xử lý P trong nghiên cứu (56,66%). Tuy nhiên, hàm lượng TP của nước thải đầu vào trong nghiên cứu cao (30,74 mg/L). (145/ [6]).
• Tóm lại, hiệu quả xử lý BOD, TN và TP của uTF trong các trường hợp -r75, -r100 và -r50 đạt trạng thái ổn định, lần lượt sau 20, 30 và 46 ngày. Hiệu quả xử lý các hợp chất N và P cũng tỷ lệ với hiệu quả xử lý các hợp chất hữu cơ. (145/ [6]).
Hoạt động của uTF trong các điều kiện HRT khác nhau: (145/ [6])
Hình 25. Hiệu quả xử lý của hệ thống uTF tại các thời gian lưu nước khác nhau. (145/ [6]).
• Hiệu quả xử lý chất hữu cơ (BOD) đạt 92,7; 92,4; 90,7; 65,2; và 42,5% khi uTF hoạt động với các thời gian lưu lần lượt là 10, 8, 6, 4 và 2 tiếng. Hiệu quả xử lý N đạt 79,7; 79,5; 78,7; 61,3; và 39,8% tương ứng khi uTF làm việc với các thời gian lưu giảm dần từ 10 đến 2 tiếng. Hiệu quả xử lý P đạt 78,0; 77,6; 77,1; 55,3; và 37,6% tương ứng khi uTF làm việc với các thời gian lưu giảm dần (Hình 25). Với các thời gian lưu từ 6-10h, hiệu quả xử lý BOD, N và P tương đương nhau. Tuy nhiên, khi thời gian lưu thấp hơn (4 tiếng), hiệu quả xử lý giảm xuống đáng kể. Như vậy, với thời gian lưu ngắn hơn 6 tiếng, VSV chưa đủ thời gian phân hủy hết các hợp chất hữu cơ và dinh dưỡng.
Kết luận:
- Với nghiên cứu thiết bị lọc sinh học nhỏ giọt cải tiến so với thiết bị truyền thống, hiệu quả xử lý được cải thiện. Một vài chế độ vận hành được thử nghiệm đã làm sáng tỏ một số vấn đề như sau:
+ Khi giá thể sinh học chiếm 75% thể tích ngập nước, q trình denitrate hóa xảy ra nhiều nhất và hiệu quả xử lý tốt nhất. Hiệu quả xử lý BOD đạt 89,6-92,7%, xử lý TN đạt 78,8-82,5%, xử lý TP đạt 77,2-81,9% với thời gian lưu nước là 10h; (145/ [6]).
+ Mức độ DO trong pha nước ở 1,2-3,1 mg/L, tạo mơi trường thiếu khí trong lớp màng vi sinh bám trên GTSH; (146/ [6]).
+ Khi lượng GTSH chiếm 75% thì DO nằm trong khoảng 1,2-3,1 mg/L, tạo mơi trờng thiếu khí trong lớp màng vi sinh bám trên GTSH và thời gian thích nghi là ngắn nhất với 20 ngày; (146/ [6]).
+ Thời gian lưu nước 6 tiếng được xem là tối ưu nhất trong việc xử lý các hợp chất hữu cơ và dinh dưỡng. (146/ [6]).
6/ Đánh giá hiệu suất của bộ lọc dựa trên thủ thuật Hệ thống xử lý nước thải sử dụng bông Gậy làm phương tiện lọc: [7]
- Tóm tắt: Nhu cầu xử lý nước thải (WW) ngày càng tăng cùng với việc sản xuất (WW) và xử lý nó. Với kích thước nhỏ hơn, dễ vận hành và chi phí tương đối thấp hơn, bộ lọc nhỏ giọt (TF) hệ thống xử lý nước thải đã được coi là được áp dụng nhiều hơn cho (WW) sinh hoạt và công nghiệp điều trị ở các nước kém phát triển và / hoặc đang phát triển - đặc biệt đối với Châu Á và Châu Phi. Trong quá trình hoạt động của hệ thống TF, tốc độ dòng chảy thay đổi từ 1,7 đến 4,6 m3 / giờ Hiệu quả loại bỏ đạt được đối với BOD (nhu cầu oxy sinh học) là 69-78% và đối với oxy hóa học nhu cầu (COD) là 65-80%. Loại bỏ chất rắn trong hệ thống TF là 38-56% đối với tổng chất rắn lơ lửng (TSS) và 20-36% đối với tổng chất rắn hòa
tan (TDS). Các tổng hợp khác như độ đục và loại bỏ màu đã Lần lượt là 32-54% và 25-42%. Bốn đến năm tháng vận hành khơng có sự cố của hệ thống TF đã phát triển chỉ ra mức độ mạnh mẽ và độ tin cậy của hệ thống. Que bông dường như là một chất chống suy thoái phương tiện lọc thay thế cho hệ thống TF. Hơn nữa, nó rất hữu ích để giảm tác động tiềm tàng của việc tái sử dụng WW ở cấp trang trại. Nước thải đã qua xử lý qua hệ thống TF có thể được tái sử dụng như một chất bổ sung nước tưới ở các nước kém phát triển và / hoặc đang phát triển. [7].
- Kết quả và thảo luận:
Các mẫu nước thải (WW) thu thập được đã được phân tích cho các Các thông số xử lý WW để thiết lập dữ liệu cơ sở. Đặc tính của WW thơ được đưa ra trong Bảng 3.7. Giá trị trung bình đạt được bằng cách mơ tả của WW chỉ ra rằng đó là nước thải có cường độ trung bình. Điều cần thiết để xử lý WW sinh học là BOD5 / COD phải> 0,60. Tuy nhiên, nếu nó khác nhau từ 0,3 đến 0,6 thì cần gieo thêm hạt để xử lý sinh học thích hợp vì việc xử lý q trình sẽ chậm và vi khuẩn sẽ mất nhiều thời gian hơn đối với sự suy thối của chất gây ơ nhiễm. Đối với BOD5 /COD<0,30, sự suy thoái sinh học của các chất gây ô nhiễm WW sẽ khơng tiến hành do tính chất khúc xạ và độc tính của đã tạo WW. Hơn nữa, nó cấm hoạt động trao đổi chất và sự phát triển của vi sinh vật. Trong nghiên cứu này, tỷ lệ ảnh hưởng của BOD5 và COD là hơn 0,80, chỉ ra rằng WW không yêu cầu bất kỳ xử lý trước hoặc sinh khối thích nghi. [7]
Bảng 3.7. Đặc điểm của nước thải thô trước khi xử lý. (1958/ [7]).
BOD và COD: (1958/ [7]).
Hình 26. Hiệu quả loại bỏ BOD được quan sát ở hệ thống lọc sinh học nhỏ giọt. (1958/ [7]).
Hình 27. Hiệu quả loại bỏ COD được quan sát ở hệ thống lọc sinh học nhỏ giọt. (1958/ [7]).
• Nồng độ BOD đầu vào và đầu ra dao động từ 156-278 mg / l và 38- 80 mg / l, trong khi trong trường hợp COD thì dao động từ 139-342 mg / l và 36-118 mg / l, tương ứng. Điều quan trọng là phải đề cập đến chất lượng nước thải (WW) tiêu chuẩn tái sử dụng nông nghiệp là 80 mg / l đối với BOD và 150 mg / l đối với COD. Trong quá trình nghiên cứu, quan sát thấy rằng hiệu quả loại bỏ BOD và COD là khác nhau do đến sự dao động nhiệt độ khơng khí xung quanh trong q trình hoạt động ngày. Hệ thống lọc sinh học nhỏ giọt (TF) cho thấy điều trị tối đa hiệu suất 72-77% về mặt BOD và 73-79% về điều kiện COD ở tốc độ dòng chảy 1,7 m3 / giờ. Hiệu suất xử lý
BOD và Hiệu quả xử lý COD vẫn ở mức 62-70% khi tốc độ dòng chảy là 2,6 đến 3,8 m3 / giờ, như trong Hình 26 và 27. Hiệu suất hệ thống lọc đã được điều tra ở bốn tốc độ tải thủy lực khác nhau, cụ thể là 1,7, 2,6, 3,8 và 4,6 m3 / giờ, và sử dụng các tốc độ dòng chảy này, hệ thống hiệu suất nhận được 72-77%, 71-74%, 70-71% và 69- 71% đối với BOD, tương ứng như trong Hình 26. Tương tự, đối với COD, hiệu suất của hệ thống TF là 73-79%, 68-76%, 65- 74% và 66-72% đối với tốc độ dòng chảy 1,7, 2,6, 3,8 và 4,6 m3 / giờ, tương ứng, như được hiển thị trong Hình 27. Trong thời gian nghiên cứu, hiệu quả loại bỏ BOD và COD tổng thể dao động tương ứng từ 69 đến 77% và 65 đến 79%. Cao nhất giảm giá trị BOD và COD đã nhận được lên đến 77% và 79%, tương ứng. Mặt khác, BOD trung bình và hiệu quả loại bỏ COD được ghi nhận là 75, 73, 71, và 70%, và 76, 72, 70 và 68% ở tốc độ dòng chảy 1,7, 2,6, 3,8 và 4,6 m3 / giờ, tương ứng. Kết quả cho thấy khi tốc độ dịng chảy tăng lên, khơng đáng kể nhưng giảm một chút trong hiệu quả hệ thống TF đã được ghi lại. Một nghiên cứu là tiến hành trên bộ lọc nhỏ giọt sử dụng sỏi cuội làm bộ lọc phương tiện cho bốn tốc độ dòng chảy khác nhau là 500, 600, 700 và 800 L / ngày, và kết quả xác nhận rằng khơng có sự khác biệt về hiệu quả loại bỏ COD. (1958/ [7]).
TSS và TDS: (1959/ [7])
• Xác định dư lượng chất rắn là một công việc rất quan trọng tham số trong xử lý WW, cho biết vật lý trạng thái của các thành phần chính. Loại bỏ TSS và TDS hiệu suất của hệ thống TF bằng cách sử dụng que bông như môi trường hỗ trợ sinh học đã được nghiên cứu ở các dòng chảy khác nhau tỷ lệ 2,6, 3,8, 1,7 và 4,6 m3 / giờ Trong q trình nghiên cứu chúng tơi quan sát thấy rằng việc loại bỏ TSS trong WW có liên quan đến COD sự giảm bớt. Khi TSS giảm, nồng độ COD cũng giảm trong nước thải đầu ra. Trong WW chưa được xử lý (người có ảnh hưởng), giá trị của TSS dao động từ 69 đến 107 mg / l, và sau xử lý WW (nước thải) nồng độ dao động từ 39 đến 60 mg / l. Hiệu quả loại bỏ TSS trung bình đã đạt được 47, 46, 48 và 44% ở tốc độ dòng chảy là 2,6, 3,8, 1,7 và 4,6 m3 / giờ, tương ứng, như trong Hình 28. (1959/ [7]).
Hình 28. Hiệu quả loại bỏ COD được quan sát ở hệ thống lọc