Chương 2 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.3. Phương pha ́p thực nghiê ̣m
2.3.2. Nghiên cứu khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý COD và nitơ trong giai đoạn xử lý sinh học kết hợp màng vi lo ̣c polyme
2.3.2.1. Hệ thống xử lý sinh học kết hợp màng vi lọc polyme
Hệ xử lý nước thải chăn nuôi lợn bằng phương pháp sinh học kết hợp với màng vi lọc polyme được bố trí như trên Hình 2.1:
Hình 2.1. Mô hình bố trí các thiết bị trong hệ thống xử lý
1-Bể đầu vào (10L); 2-Cột yếm khí (8,5L); 3-Cột thiếu khí (8,5L); 4-Bể hiếu khí kết hợp lọc màng (13L); 5-Bể đầu ra (10L)
Thuyết minh mô hình xử lý
Hê ̣ thống các thiết bị xử lý gồm: bể đầu vào, bể yếm khí, bể thiếu khí, bể hiếu khí và bể chứa . Nước thải được lo ̣c sơ bô ̣ , loại bỏ những loại cặn lớn bằng rây lọc kích thước lỗ 0,5 × 0,5 mm, tiền xử lý bằng phương pháp keo tụ trước khi dẫn vào bể số 1. Nước thải được bơm từ bể đầu sang cột yếm khí (số 2), tiếp tu ̣c tự chảy qua cột thiếu khí (số 3), sau đó nước thải đươ ̣c đưa vào xử lý trong bể hiếu khí (số 4).
25
Màng lọc được đặt trong bể hiếu khí, nhờ bơm áp lực nước thải hút qua màng tách thành 2 dòng, 1 dòng chảy tuần hoàn về cột thiếu khí, dòng còn lại là nước đầu ra sau xử lý sinh học.
Bể đầu vào
Nước thải chăn nuôi thải ra từ các công đoạn rửa chuồng, theo đường mương dẫn chảy về khu xử lý và đi vào bể chứa củ a các hố chăn nuôi . Tại đây nước thải đươ ̣c tách các că ̣n thô, tiền xử lý bằng phương pháp keo tụ. Nước thải sau keo tụ dẫn vào bể yếm khí bằng bơm định lượng. Tại bể đầu vào được gắn 1 máy khuấy có tác dụng khuấy trộn đề u nước thải đầu vào , duy trì nước thải đầu vào ổn đi ̣nh , không bi ̣ lắng cu ̣c bô ̣.
Bể yếm khí
- Bể yếm khí đươ ̣c thiết kế như trên Hình 2.2abằng vâ ̣t liê ̣u PVC hình tru ̣ với thể tích là 8,5 lít.
a) Bể yếm khí b) Bể thiếu khí
Hình 2.2. Cấu tạo bể yếm khí, thiếu khí
- Bể yếm khí đươ ̣c thiế t kế cho dòng nước thải đi vào từ đáy cô ̣t và đi ra phía trên của cô ̣t . Tại đây nước thải sẽ được phân phối đều trên diện tích bể. Nhờ hỗn hợp bùn yếm khí trong bể mà các chất hữu cơ hoà tan trong nước được hấp thụ,
26
phân huỷ và chuyển hoá thành khí (khoảng 70- 80 % là CH4, 20-30% là CO2). Bọt khí sinh ra bám vào hạt bùn cặn nổi lên trên làm xáo trộn gây ra dòng tuần hoàn cục bộ trong lớp cặn lơ lửng.
Bể thiếu khí
- Bể t hiếu khí đươ ̣c thiết kế như trên Hình 2.2b bằng vâ ̣t liê ̣u PVC hình tru ̣ với thể tích là 8,5 lít. Bể thiếu khí số 3 được thiết kế cho nước thải đi từ đáy cô ̣t lên , bên trong chứa giá thể vi sinh . Giá thể vi sinh có tác dụng tă ng diê ̣n tích tiếp xúc giữa nước thải và vi sinh, phân phối đều dòng nước thải trong cô ̣t.
- Quá trình thiếu khí:
a) Giá thể vi sinh b) Bể thiếu khí Hình 2.3. Giá thể vi sinh trong bể thiếu khí
Bể hiếu khí
- Bể hiếu khí tổng thể tích nước hữu dụng 13L, làm bằng nhựa PVC , thiết kế
như trên Hình 2.4.
27
Hình 2.4. Sơ đồ bể hiếu khí
- Bể hiếu khí đươ ̣c lắp đă ̣t hê ̣ thống phân phối khí ta ̣i đáy bể , có tác dụng cung cấp oxi cho quá trình sinh ho ̣c hiếu khí , khuấy trộn phản ứng và quá trình sục khí cho màng lo ̣c ở thể động tránh hiện tượng tắc màng.
- Quá trình hiếu khí:
- Màng lọc vi l ọc vật liệu sử du ̣ng trong bể hiếu khi có diê ̣n tích b ề mặt 1 m2 loại sợi rỗng, vâ ̣t liê ̣u Polyvinylidene fluor ide. Màng được cố định trong hộp bảo vệ hình hộp và định vị cố định trên giá đỡ . Màng sử dụng loại bơm hút có thể điểu chỉnh lưu lượng.
28
Các thông số của màng sợi rỗng vật liệu PVDF như sau:
Vật liệu màng PVDF
Diện tích 0,065 m2
Năng suất thiết kế 10 – 60 l/m2.giờ Sợi đường kính trong/ ngoài 1,0/1,8 mm
Kích thước lỗ 0,1 m
Lọc mô hình Bên ngoài - trong
Tối đa áp lực hoạt động - 70 cm Hg
đề nghị áp lực <- 40 cm Hg
Nhiệt độ 5~45
Giá trị pH 1~12
Bầu chất kết dính nhựa epoxy
Hình 2.5. Cấu tạo sợi màng
- Tại bể hiếu khí diễn ra các phản ứng sinh hoá trong bể phản ứng, đây cũng là thời điểm xảy ra các quá trình phân hủy chất ô nhiễm chủ yếu. Trong bể hiếu khí đươ ̣c su ̣c khí bằng bong bóng bo ̣t nhỏ và liên tu ̣c trong suốt quá trình xử lý . Màng hoạt động nhờ vào áp lực hút do bơm tạo ra để đưa nước sạch ra ngoài, tại đây dòng ra đươ ̣c chia làm 2, mô ̣t phần ra bể chứa , phần còn la ̣i được bơm tuần hoàn bơm ngươ ̣c trở la ̣i bể thiếu khí số 3.
29 2.3.2.2. Tiến hành thí nghiệm
Thí nghiệm 3: Khảo sát hiệu quả xử lý COD và nitơ trong nước thải chăn nuôi bằng hệ sinh học kết hợp màng vi lọc polyme
- Nước thải đưa vào hệ lấy từ trang trại chăn nuôi lợn, được lọc sơ bộ, loại bỏ những că ̣n lớn bằng rây lọc kích thước lỗ 0,5 × 0,5 mm.
- Các thông số vận hành : Nồng độ bùn hoạt tính hiếu khí 9000 mg/L; Thời gian lưu thủy lực 4 ngày; Thời gian lưu bùn 30 – 60 ngày; Dòng tuần hoàn so với dòng ra là 3:1; Năng suất lọc của màng: 12 L/m2.h. Hệ chạy liên tục [9].
- Sau thời gian hệ hoạt động ổn định (30 ngày) bắt đầu lấy mẫu ở các bể (đầu vào, sau bể yếm khí , sau bể thiếu khí , sau bể hiếu khí) tương ứng với các vi ̣ trí lấy mẫu M1; M2; M3; M4 với mâ ̣t đô ̣ 1 lần/ngày.
- Mẫu được phân tích các chỉ tiêu: pH, COD, độ màu, SS, NH4+, NO3-, NO2-, PO43- để đánh giá hiệu quả xử lý.
Thí nghiệm 4: khảo sát hiệu quả xử lý COD và nitơ trong nước thải chăn nuôi bằng phương pháp hóa lý kết hợp hệ sinh học
- Nước thải đưa vào hệ lấy từ trang trại chăn nuôi lợn, được lọc sơ bộ, loại bỏ những că ̣n lớn bằng rây lọc kích thước lỗ 0,5 × 0,5 mm, bổ sung chất keo tụ là phèn sắt Fe2(SO4)3, nồng độ 600 mg/L, điều chỉnh pH khoảng 8, khuấy nhanh 300 vòng/phút trong 1 phút, khuấy chậm 30 vòng/phút trong 10 phút và để lắng trong khoảng 60 phút. Lấy phần nước trong dẫn vào hệ sinh học kết hợp màng vi lọc polyme.
- Các thông số vận hành : Nồng độ bùn hoạt tính hiếu khí 9000 mg/L; Thời gian lưu thủy lực 4 ngày; Thời gian lưu bùn 30 – 60 ngày; Dòng tuần hoàn so với dòng ra là 3:1; Năng suất lọc của màng: 12 L/m2.h. Hệ chạy liên tục [9].
- Sau thời gian hệ hoạt động ổn định (30 ngày) bắt đầu lấy mẫu ở các bể (đầu vào, sau bể yếm khí , sau bể thiếu khí , sau bể hiếu khí) tương ứng với cá c vi ̣ trí lấy mẫu M1; M2; M3; M4 với mâ ̣t đô ̣ 1 lần/ngày.
30
- Mẫu được phân tích các chỉ tiêu: pH, COD, độ màu, SS, NH4+, NO3-, NO2-, PO43- để đánh giá hiệu quả xử lý.
Thí nghiệm 5: khảo sát hiệu quả xử lý COD và nitơ trong nước thải chăn nuôi bằng phương pháp hóa lý kết hợp hệ sinh học
- Nước thải đưa vào hệ lấy từ trang trại chăn nuôi lợn, được lọc sơ bộ, loại bỏ những că ̣n lớn bằng rây lọc kích thước lỗ 0,5 × 0,5 mm, bổ sung chất keo tụ là phèn sắt Fe2(SO4)3, nồng độ 1000 mg/L, điều chỉnh pH khoảng 8, khuấy nhanh 300 vòng/phút trong 1 phút, khuấy chậm 30 vòng/phút trong 10 phút và để lắng trong khoảng 60 phút. Lấy phần nước trong dẫn vào hệ sinh học kết hợp màng vi lọc polyme.
- Các thông số vận hành : Nồng độ bùn hoạt tính hiếu khí 9000 mg/L; Thời gian lưu thủy lực 4 ngày; Thời gian lưu bùn 30 – 60 ngày; Dòng tuần hoàn so với dòng ra là 3:1; Năng suất lọc của màng: 12 L/m2.h. Hệ chạy liên tục [9].
- Sau thời gian hệ hoạt động ổn định (30 ngày) bắt đầu lấy mẫu ở các bể (đầu vào, sau bể yếm khí, sau bể thiếu khí , sau bể hiếu khí) tương ứng với các vi ̣ trí lấy mẫu M1; M2; M3; M4 với mâ ̣t đô ̣ 1 lần/ngày.
- Mẫu được phân tích các chỉ tiêu: pH, COD, độ màu, SS, NH4+, NO3-, NO2-, PO43- để đánh giá hiệu quả xử lý.