Các chất keo dính trong khối nhày của bùn hoạt tính hấp phụ các chất lơ
lửng, vi khuẩn, chất màu, mùi... trong nước thải. Do vậy hạt bùn sẽ lớn dần và tổng lượng bùn cũng tăng dần lên, rồi từ từ lắng xuống đáy. Kết quả là nước trở
nên trong, giảm lượng ơ nhiễm, các chất huyền phù lắng xuống cùng với bùn và nước được làm sạch. Tùy thuộc mơi trường nước thải mà các nhĩm vi sinh vật tồn tại trong bùn sẽ khác nhau. Vi sinh vật cĩ khả năng thích ứng với điều kiện sống mới.
Tính chất quan trọng của bùn là khả năng tạo bơng. Sự tạo bơng xảy ra ở
giai đoạn trao đổi chất cĩ tỷ lệ chất dinh dưỡng với sinh khối ( hệ số F/M ) trở
lên thấp dần.
Nhiều hợp chất hĩa học cĩ tác dụng gây độc đối với hệ sinh vật của bùn hoạt tính ảnh hưởng đến hoạt động sống của chúng, thậm chí làm chúng chết. Với nộng độ cao các chất phenolphomaldehyt và các chất sát khuẩn cũng như các chất bảo vệ thực vật sẽ làm biến tính protein của tế bào chất hoặc tác dụng xấu lên thành tế bào. Các kim loại cĩ ảnh hưởng đến sự sống của vi khuẩn theo thứ tự
như sau: Sb, Ag, Cu, Hg, Co, Ni, Pb, Cr, Cd, Zn, Fe. Nĩi chung các ion kim loại thường ở nồng độ vi lượng ( vài phần triệu ppm đến vài phần nghìn ) thì cĩ tác dụng dương tính đến sinh trưởng vi sinh vật và các động thực vật. Nếu cao hơn nữa sẽ xuất hiện tác dụng âm tính. Riêng Ag ở nồng độ vi lượng đã cĩ tác dụng sát khuẩn.
2..7.2. Các dạng và cấu trúc của các loại vi sinh vật tham gia xử lý nước thải.
Tập hợp các loại vi sinh vật khác nhau dùng để xử lý nước thải tồn tại trong bùn hoạt tính và màng lọc sinh học. Bùn hoạt tính cĩ dạng bơng màu vàng nâu, dễ lắng, cĩ kích thứơc từ 3-150 µm. Những bơng này gồm các vi sinh vật sống và chất rắn (40%). Những sinh vật sống là những vi sinh vật ( vi khuẩn ),
động vật bậc thấp, dịi, giun, nấm men, nấm mốc, xạ khuẩn.
Màng vi sinh vật phát triển ở bề mặt các hạt vật liệu lọc cĩ dạng nhày dày 1-3mm và hơn nữa. Màng của nĩ thay đổi theo thành phần nước thải, từ vàng xám đến màu nâu tối. Màng sinh học cũng gồm vi khuẩn nấm mốc và các vi sinh vật khác. Trong quá trình xử lí, nước thải sau khi qua bể lọc sinh học cĩ mang theo các hạt của màng sinh học hình dạng khác nhau, kích thước từ 5-30µm với màu vàng sáng và nâu.
Những lồi vi khuẩn tham gia vào quá trình xử lý thường là các loại trực khuẩn khơng tạo nha bào, gram (-). Sự cĩ mặt của các loại vi khuẩn dị dưỡng với nhiều kiểu trao đổi chất sẽ làm cho bùn hoạt tính nhanh chĩng thích nghi với nhiều loại nước thải khác nhau. Ngồi ra, chúng cịn cĩ khả năng sử dụng nitơ
CHƯƠNG 3 THỰC NGHIỆM CHẾ TẠO MƠ HÌNH UASB VÀ VẬN HÀNH THỬ NGHIỆM 3.1. Cơ sở thiết kế mơ hình. 3.1.1. Mục đích.
- Làm quen với việc nghiên cứu thực nghiệm trong phịng thí nghiệm về
vấn đề xử lý các loại nước thải trên UASB. Từ đĩ làm cơ sở để triển khai các thực nghiệm ở quy mơ Pilot ( ở các lưu lượng lơn như: 5, 10, 20…m3/ngày).
- Từ các nghiên cứu tìm ra các thơng số tối ưu để áp dụng trong tính tốn hệ thống xử lý thực tế.
3.1.2. Bài tốn thiết kế mơ hình.
Thơng thường, các cơ sở chế biến thuỷ sản loại nhỏ cĩ lưu lượng nước thải từ 50- 100m3/ ngàyđêm, loại trung bình từ 100- 200m3/ngàyđêm và loại lớn vượt quá 200m3/ngàyđêm.
Do điều kiện làm thực nghiệm trong ngày/mẫu, tơi thấy rằng: lưu lượng đi qua mơ hình UASB trong ngày khoảng 100- 150 l/ngày là thích hợp. Vì vậy, mơ hình được thiết kếđể xử lý nước thải chế biến thuỷ sản, với lưu lượng xử lý 120 (l/ngày). Sau đo, tiến hành các thực nghiệm xử lý về tốc độ, hiệu xuất phân huỷ
COD nước thải chế biến thuỷ sản nhằm kiểm tra hoạt động của mơ hình đã chế
tạo.
Tính tốn kích thước mơ hình chế tạo. Các tính tốn được áp dụng theo tài liệu [2].
Bài tốn.
Thiết kế bể UASB để xử lý nước thải với lưu lượng xử lý trung bình 120 (l/ngày đêm). COD đầu vào: 500mg/l.
Yêu cầu COD sau khi xử lý ≤ 75 (mg/l) đểđạt loại B hoặc đưa sang xử lý bằng phương pháp hiếu khí đểđạt loại C. Giải. - Hiệu quả làm sạch. E = 500 125 500− = 75%.
- Lượng COD cần khử 1 ngày.
G = 120 x 10-3 ( 500 – 125 )x 10-3 = 0,045(kg/ngày). Tải trọng khử COD của bể: chọn a = 6 (kgCOD/m3ngày đêm). Dung tích xử lý yếm khí cần thiết.
V = a G = 6 045 , 0 = 0,0075(m3) - Tốc độ nước đi lên trong bể v = 0,8 (m/h). - Diện tích bể cần thiết. F = v Q = 8 , 0 24 12 , 0 x = 0,00625(m2). - Chiều cao phần xử lý yếm khí. H1 = F V = 00625 , 0 0075 , 0 = 1,2 (m). - Tổng chiều cao bể. H = H1 + H2 + H3 Chọn H2: chiều cao vùng lắng là 0,17 (m). Chọn H3: chiều cao vùng lắng trong là 0,15 (m). Vậy H = 1,2 + 0,17 + 0,15 = 1,52(m). - Thể tích của bể là:
V = H x F = 1,52 x 0,00625 = 9,5 (l). UASB- bể xử lý sinh học kỵ khí dịng chảy ngược qua lớp bùn ( Upflow Anaerobic Sludge Blanket ) phát triển mạnh ở Hà Lan. Mơ hình bể
3.2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của bể UASB.
3.2.1. Cấu tạo.
1- Bể UASB. 2- Bơm nước thải.
3- Thùng đựng nước thải chưa xử lý. 4- Thùng đựng nước thải sau khi xử lý. 5- Van điều chỉnh lưu lượng nước vào. 6- Van xả bùn.
7- Phễu inox tách rắn, lỏng khí. 8- Cốc đựng dung dịch NaOH 25%.
Bể UASB được chế tạo từ vật liệu kính tấm, gồm các kính tấm ghép lại với nhau thành hình trụ đứng cĩ đáy là hình chĩp cụt, chiều cao là 170 mm, đáy lớn cĩ kích thước là 90mm x 90mm, đáy nhỏ cĩ kích thước là 40mm x 40mm . Đỉnh của thiết bị cĩ gắn một phễu hình nĩn bằng inox nhằm ngăn cản bùn thốt ra ngồi và để thu khí sinh học sinh ra. Thiết bị là một hình trụ vuơng cĩ dung tích
8,6l với kích thước của thiết bị là DxRxC = 90mm x 90mm x 1370mm, giữa các tấm kính được ghép bằng keo dán kính Silycol.
- Phần hình chĩp được ghép bằng 4 tấm kính hình tam giác cĩ đường sinh là 170mm.
- Phần đáy cĩ 2 van.
+Van điều chỉnh lưu lượng nước thải vào. + Van xả bùn.
- Máy bơm nước thải dùng để bơm nước thải từ thùng chứa nước thải chưa xử lý vào bể UASB. Lượng nước bơm vào được điều chỉnh bằng van
điều chỉnh lưu lượng nước.
- Mơ hình được chia làm 2 phần: 1: phần phân huỷ. 2: phần lắng.
Nước thải phân phối vào từđáy bể và đi ngược lên qua lớp bùn sinh học cĩ mật độ vi sinh vật cao.
Khí sinh ra trong quá trình phân huỷ kỵ khí được thu vào phễu tách khí lắp đặt phía trên. Để thu khí tập trung vào phễu khơng vào ngăn lắng, cần thiết cĩ các gờ hay cịn gọi là tấm hướng dịng.
3.2.2. Nguyên lý hoạt động.
Nước thải sau khi được điều chỉnh pH sẽ được bơm vào hệ thống theo chiều từ dưới lên với vận tốc từ 0,6 ÷ 0,9 (m/h) (chọn 0,8 m/h) đảm bảo phân phối đều trên diện tích đáy bể. Hỗn hợp bùn yếm khí trong bể sẽ hấp thụ chất hữu cơ hồ tan trong nước thải, phân huỷ và chuyển hố chúng thành khí ( khoảng 70 ÷ 80% là khí metan, 20%÷ 30% là khí cacbonic ). Bọt khí sinh ra bám vào hạt bùn, cặn nổi lên làm xáo trộn và gây ra dịng tuần hồn cục bộ trong lớp cặn lơ
lửng, khi hạt cặn nổi lên trên va phải các gờ thì hạt cặn bị vỡ, khí thốt lên trên đi qua phễu thu khí sinh học và được hấp thụ trong dung dịch NaOH 25% khi đĩ cặn rơi xuống dưới. Hỗn hợp bùn nước đã tách hết khí được đẩy qua các khe nhỏ
( giữa thành thiết bị với phễu ) vào phần lắng. Bùn sẽ dần dần lắng xuống cịn nước trong dâng lên trên đi theo đường ống dẫn ra ngồi.
- Bùn kỵ khí cĩ tính lắng tốt.
- Cĩ bộ phận tách khí, rắn nhằm tránh rửa trơi bùn khỏi bể. Phần lắng phía trên cĩ thời gian lưu nước đủ lớn, phân phối và thu nước hợp lý sẽ hạn chế
dịng chảy rối. Khi đĩ hạt bùn đã tách khí đến vùng lắng cĩ thể lắng xuống và trở
lại ngăn phân huỷ.
- Hệ thống phân phối đầu vào đảm bảo tạo tiếp xúc tốt giữa nước thải vào và lớp bùn sinh học. Mặt khác, khí biogas sinh ra sẽ tăng cường sự xáo trộn giữa nước thải và bùn. Vì vậy, khơng cần thiết bị khuấy cơ khí.
3.2.3. Khởi động mơ hình UASB. 3.2.3.1. Bùn nuơi cấy ban đầu .
Bùn nuơi cấy ban đầu phải cĩ độ hoạt tính metan. Độ hoạt tính metan càng cao thì thời gian vận hành ban đầu đạt đến tải trọng thiết kế càng ngắn. Nếu sử
dụng bùn hạt hoặc bùn lấy từ một bể xử lý kỵ khí là tốt nhất. Ngồi ra, cĩ thể sử
dụng bùn chứa nhiều chất hữu cơ như bùn từ bể tự hoại, phân gia súc hoặc phân chuồng.
Bùn ở cống rãnh cũng cĩ thểđược sử dụng nhưng bùn này thường chứa nhiều cát, chiếm thể tích hữu ích của bể và rất khĩ tách ra khổi bể.
Bảng: Các loại bùn nuơi cấy ban đầu cho bể xử lý kỵ khí. Loại bùn. Hoạt tính methane kgCH4- COD/kg VSS Hàm lượng kgVSS/m3 Bùn hạt. Bùn từ các bể xử lý kỵ khí khác. Bùn cống rãnh. Phân chuồng. Bùn bể tự hoại. Phân bị tươi. Phân gia súc khác. 0,08 ÷ 1,50 0,40 ÷ 1,20 0,02 ÷ 0,10 0,02 ÷ 0,08 0,01 ÷ 0,02 0,001 ÷ 0,006 0,001 ÷ 0,004 15 ÷ 35 10 ÷ 25 8 ÷ 10 20 ÷ 80 15 ÷ 50 30 ÷ 100 30 ÷ 100
Nồng độ bùn nuơi cấy ban đầu cho bể UASB tối thiểu là 10 kgMLSS/m3. lượng bùn cho vào bể khơng nên nhiều hơn 60% thể tích bể.
Khi khơng cĩ bùn nuơi cấy tốt, ở giai đoạn khởi động phải hết sức cẩn thận, đặc biệt lưu ý đến vận tốc nước đi lên. Nếu vận tốc quá lớn, bùn trong bể sẽ
bị cuốn trơi ra ngồi. Bể phải khởi động ở tải trọng thấp hoặc nồng độ COD thấp. Khi bể hoạt động cần theo dõi lượng khí sinh học sinh ra, hiệu quả xử lý hoặc chất lượng nước đầu ra. Chỉ tăng tải trọng khi mọi thứ hoạt động tốt và khơng cĩ trở ngại nào.
Khi cĩ loại bùn nuơi cấy tốt như bùn hạt hay bùn từ các bể xử lỵ kỵ khí khác cĩ độ hoạt tính methane cao, bể UASB cĩ thể bắt đầu vận hành ở tải trọng khoảng 3 kgCOD/m3ngày và thời gian lưu nước khoảng 24h.
Giai đoạn khởi động rất quan trọng. Ở giai đoạn này cần phải tạo điều kiện cho vi khuẩn methane. Vì vậy, giai đoạn khởi động thường mất rất nhiều thời gian.
3.2.3.2. Nước thải.
Trước khi vận hành bể UASB cần phải xem xét thành phần tính chất nước thải cần xử lý cụ thể như hàm lượng chất hữu cơ, khả năng phân huỷ sinh học của nước thải, tính đệm, hàm lượng chất dinh dưỡng, hàm lượng cặn lơ lửng, các hợp chất độc, nhiệt độ nước thải…
Nồng độ chất hữu cơ trong nước thải cĩ thể xác định theo COD. Khi COD nhỏ hơn 100 (mg/l), xử lý nước thải bằng bể UASB khơng thích hợp. Khi COD lớn hơn 50000 (mg/l), cần pha lỗng nước thải hoặc tuần hồn nước thải đầu ra.
3.2.3.4. Nước thải chứa các chất nguy hại.
Biết được các hợp chất nguy hại gây độc hoặc các hợp chất cĩ thể
chuyển hố thành hợp chất nguy hại trong nước thải là rất quan trọng. Các chất gây ức chế trong quá trình phân huỷ kỵ khí nước thải thường là amoniac, sulphate hoặc các chất diệt khuẩn ngăn cản quá trình sinh trưởng của vi khuẩn.
UASB khơng thích hợp với nước thải cĩ hàm lượg amoniac 2000 (mg/l) hoặc nước thải cĩ hàm lượng sulphate vượt quá 500 (mg/l). Bản thân sulphate khơng gây độc nhưng do vi khuẩn khử sulphate dễ dàng chuyển hố SO4
2-
thành H2S. Khi hàm lượng SO42- khơng quá cao sẽ khơng ảnh hưởng đến quá trình phân huỷ kỵ khí.
Khi nồng độ muối cao cũng ảnh hưởng xấu đến vi khuẩn methane. Thường khơng nên để nồng độ muối lớn hơn 15000 (mg/l). Khi nồng độ muối trong khoảng 5000- 15000 (mg.l) thì cĩ thể xem là độc tốđối với vi khuẩn. Điều này phụ thuộc vào từng loại muối. Ơ những nồng độ muối thấp hơn vi khuẩn cĩ thể thích nghi từ từ. Tuy nhiên, ở giai đoạn chưa thích nghi, nồng độ muối cĩ thể
làm trì hỗn sự phát triển của vi khuẩn.
3.3. Nghiên cứu thực nghiệm trên mơ hình UASB đã chế tạo. 3.3.1. Phương pháp nghiên cứu. 3.3.1. Phương pháp nghiên cứu.
3.3.1.1. Mẫu và phương pháp lấy mẫu.
1. Địa điểm và thời gian lấy mẫu.
Nước thải được lấy ở cơng ty chế biến thuỷ sản xuất khẩu F17 trong bể
chưa xử lý. Thời gian lấy mẫu thường vào 7h sáng. Nước thải được đem về
phịng thí nghiệm để chạy mơ hình UASB. 2. Phương pháp lấy mẫu.
a) Thiết bị lấy và đựng mẫu.
Dùng can nhựa làm bằng polyetylen để lấy và đựng mẫu vì vật liệu này rất bền, khơng bị vỡ. Các can đựng cần phải cĩ nút đậy chặt, kín đồng thời phải
lại 2 đến 3 lần bằng nước cất để khơ ráo, khi lấy mẫu nước thải cần tráng lại vài lần bằng chính nước được lấy làm mẫu.
Chọn can chứa mẫu với dung tích 20lít. Mỗi ngày lấy từ 120 ÷ 160 lít nước thải.
b) Chọn chỗ lấy mẫu.
Chỗ lấy mẫu cần được chọn lựa phù hợp với mục đích của việc phân tích nước và phải dựa trên sự nghiên cứu khảo sát kỹ lưỡng địa hình vùng lấy mẫu, phải chú ý đến tất cả các yếu tố gây ảnh hưởng đến thành phần của mẫu.
c) Chọn địa điểm lấy mẫu.
Nước thải trước khi xử lý: lấy tại hố gas chung của hệ thống xử lý. d) Loại mẫu
+ Lấy mẫu 1 lần chỉ được xử dụng trong trường hợp khi kết quả 1 lần phân tích đủđể kết luận về chất lượng nước để nghiên cứu. Loại mẫu này cĩ độ
chính xác thấp.
+ Loại mẫu tổ hợp theo thời gian là lấy mẫu mà trong đĩ mẫu nước của 1
đối tượng được lấy nhiều lần trong thời gian khác nhau. Loại mẫu này cĩ độ
chính xác cao.
Chúng tơi lấy mẫu theo loại mẫu tổ hợp.
+ Lượng mẫu được lấy phụ thuộc vào số chỉ tiêu cần xác định và độ nhảy của phương pháp cần xác định. Đối với nước thải để xác định các chỉ tiêu thì chọn loại mẫu một lít đối với 1 mẫu. Chúng tơi lấy mẫu đầu vào và ra sau khi xử
lý để phân tích chỉ tiêu 1 lít.
+ Thao tác lấy mẫu: Mẫu lấy tại hố ga chung: tráng can nhựa đựng mẫu bằng nước thải trong hố gas.
Khuấy trộn nước trong hố gas chậm đều vài vịng, dùng ca nhựa múc nước ngay giữa hố gas ởđộ sâu chừng 25 đến 30 cm cách mặt nước, dùng ca nhựa lấy nước đổ vào can đựng mẫu nắp chặt can đựng mẫu. Lấy lần lượt từng cơ sở cần phân tích.
3. Phương pháp phân tích chỉ tiêu COD.
- Ý nghĩa mơi trường: chỉ số này đựơc dùng để đặc trưng cho hàm lượng chất hữu cơ của nước thải và sự ơ nhiễm cuả nguồn nước tự nhiên, đặc biệt
là các cơng trình xử lý nước thải. COD là lượng oxy cần thiết cho quá trình oxy