CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
3.2 Nghiên cứu xử lý nước rác bằng phương pháp sinh học (bước 2)
3.2.1 Nghiên cứu xử lý yếm khí nước rác
- Đối tượng nghiên cứu là nước rác tươi bãi chôn lấp Đá Mài Thành phố Thái Nguyên sau tách MAP. Nước có đặc trưng (Bảng 3.10) được đưa vào xử lý yếm khí
Bảng 3.10 Đặ ưng nước rác bãi chôn lấp Đ M h MAP
TT Tên chỉ
tiêu Đơn vị Trước tách MAP (*)
Sau tách MAP
Hiệu suất XL (%)
1 pH - 6,2 - 7,3 8,5 -
2 BOD5 mg/l 2.465÷5.090 1.796÷3.698 27,10÷28,75
3 COD mg/l 5.745÷9.758 4.268÷7.284 25,71÷26,21
4 Tổng N mg/l 353,0÷577,5 139,4-276,0 52,20 - 60,50 5 NH4
+ mg/l 214,4 - 402,1 103,3- 192,6 51,82 – 52,10
6 Tổng P mg/l 40,7-52,3 35,2÷ 47,3 9,56 - 13,51
7 PO4
3- mg/l 35,7-41,2 28,4-39,94 3,10 - 20,44
(*) Mẫu khảo sát từ tháng 9/2013 đến 1/2014
Sau tách MAP nước rác được đưa vào xử lý yếm khí bằng thiết bị UASB nhằm chuyển hóa COD thành biogas. Để xác định các điều kiện tối ưu cho quá trình xử lý yếm khí, đã tiến hành nghiên cứu một số yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất xử lý của quá trình như: ảnh hưởng của COD dòng vào; ảnh hưởng của thời gian lưu và tác dụng của việc bổ sung một số nguyên tố vi lượng.
. .1.1 Ảnh hư ng củ nồng ộ COD dòng vào
Nước rác có chứa nhiều thành phần ô nhiễm khác nhau. COD có giá trị cao nhất, bao gồm nhiều thành phần khác nhau, trong đó chủ yếu là hợp chất hữu cơ dễ chuyển hóa (BOD5) và các thành phần khác như: chất màu, chất hữu cơ phân tử lượng lớn chậm hoặc khó chuyển hóa (cellulose, pectin, lignin, axít fulvic, axít humic… Quá trình xử lý yếm khí nhằm chuyển COD thành khí metan. Nước rác tươi của bãi chôn lấp Đá Mài được khảo sát trong nghiên cứu này được lấy từ tháng 9 năm 2013 đến tháng 1 năm 2014 có COD biến động từ 5.745 - 9.758 mg/l. Sau tách MAP khoảng 25,71÷26,21%COD được loại bỏ. Nồng độ COD còn lại nằm trong khoảng 4.268 – 7.284mg/l (Bảng 3.10).
Nghiên cứu được tiến hành với COD dòng vào 7.200; 6.080; 5.135 và 4.268 mg/l, thời gian lưu 48 giờ. Các thí nghiệm được lặp lại và lấy giá trị trung bình. Kết quả thí nghiệm được thể hiện ở Bảng 3.11.
Bảng 3.11 Ản ư ng củ OD dòng ến hiệu qu xử lý
STT
CODvào
(mg/l) Thông số
4.268 5.135 6.080 7.200
1 CODra (mg/l) 715 826 898 1.050
2 pHra 7,76 7,74 7,8 7,78
3 Axit bay hơi
(VFA ra)(mg/l) 32,4 35,7 40,1 32,8
4 Y.COD (%) 83,25 83,91 85,25 85,58
5 Tải trọng COD
(g/l.d) 2,09 2,53 3,00 3,60
6 Hệ số tạo biogas
(lít/gCODCH) 0,302 0,308 0,312 0,324
0.302
0.308
0.312
0.324
82 83 84 85 86
4268 5135 6080 7200
COD dòng vào (mg/l)
Hiệu quả xử lý (%)
0.29 0.30 0.31 0.32 0.33
Hệ số tạo biogas (lít/gCOD)
Y.COD Y.biogas
Hình 3.13 Ản ư ng củ OD dòng ến hiệu qu xử lý
Kết quả nghiên cứu (Bảng 3.11) cho thấy: khi COD dòng vào tăng từ 4.268 lên 7.200mg/l hiệu suất xử lý tăng từ 83,25% lên 85,58%. Tải trọng COD tăng từ 2,09 lên 3,60 g/l.ngày. Hệ số tạo biogas tăng từ 0,302÷0,324 lít/gamCODCH.
Kết quả nghiên cứu xử lý yếm khí (UASB) nước rác bãi chôn lấp Gò Cát của Trung tâm Môi trường ECO [11] thời gian lưu 48 giờ hiệu quả xử lý đạt 50%. Nước trước khi vào UASB chưa được xử lý amoni. Điều này cho thấy quá trình tách NH4+ trong tạo MAP có ý nghĩa lớn để loại bỏ các yếu tố kìm hãm quá trình xử lý yếm khí.
Nghiên cứu xử lý nước rỉ rác từ bãi chôn lấp chất thải rắn sản xuất khoai tây của W. Parawira và cộng sự (2006) có thời gian lưu 2,8 ngày. Hiệu quả xử lý COD đạt 90% ; tải trọng COD đạt 4,7 g/l.ngày; hệ số sinh khí metal đạt 0,23lít CH4/gCODCH [71]. Tuy nhiên cần chú ý là nước rỉ của rác khoai tây có thành phần chủ yếu là các hydratcacbon (tinh bột phân tử lượng thấp, amylosa, oligosacarit…) là những: chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học, hàm lượng amoni (tác nhân gây kìm hãm sự phân hủy yếm khí) thấp, rất khác so với nước rỉ rác trong nghiên cứu này.
Nghiên cứu của Vũ Đức Thắng đối với nước thải sản xuất tinh bột từ sắn củ tươi [17] cho thấy hiệu quả xử lý sau 36 giờ đạt 92%, tải trọng COD đạt 4,5 g/l.ngày; hiệu quả khí hóa đạt 0,46 l/gCODCH. Như vậy có thể nói hiệu quả xử lý của nước rác trong nghiên cứu này đạt tương đối cao: gần bằng kết quả của W. Parawira [71]. So với kết quả nghiên cứu của Vũ Đức Thắng có sự chênh lệch, bởi nước thải sản suất tinh bột có hàm lượng BOD5 khá cao.
Như vậy, ở các nồng độ đã khảo sát được đều cho hiệu quả xử lý cao (Bảng 3.11 Hình 3.13).
. .1. Ảnh hư ng củ thời gi n ư
Thời gian lưu có ảnh hưởng đáng kể đến hiệu quả xử lý và chi phí đầu tư cho thiết bị. Trong thành phần hữu cơ của nước rác có một số chất hữu cơ khó hoặc chậm phân hủy như xellulose, lignin… các chất hữu cơ này cần thời gian đủ lớn để được chuyển hóa. Để xác định được thời gian lưu phù hợp cũng như tận thu hiệu quả biogas tạo thành , nghiên cứu được thực hiện với COD dòng vào cao nhất là 7.200mg/l. Thời gian được khảo sát ở 36, 42, 48 và 54 giờ. Kết quả nghiên cứu (Bảng 3.12) cho thấy:
Với thời gian lưu 36 và 42 giờ hiệu quả xử lý COD chỉ đạt là 69,79%-70,86%
COD dòng ra còn khá cao (CODra= 2.180 – 1.453 mg/l). Kết quả này cũng cho thấy sau 36, 42 giờ phần lớn các hợp chất hữu cơ dễ phân hủy được chuyển hóa. Tuy nhiên chất hữu cơ chậm hoặc khó phân hủy chỉ chuyển hóa được đến các sản phẩm trung gian (chủ yếu là các axit hữu cơ) dẫn đến pH giảm (pH=6,65 ở thời gian lưu 36 giờ, Bảng 3.12).
Nghiên cứu tiếp tục được thực hiện với thời gian lưu 48 giờ. Hiệu quả xử lý COD cao hơn rõ rệt đạt 85,84% ; COD dòng ra là 1.022mg/l, pH dòng ra 7,76; tải trọng COD đạt 3,10 g COD/lít.ngày, hiệu quả tạo biogas đạt 0,32 lít/g CODCH.
Khi thời gian lưu lên đến 54 giờ (tăng thêm 6 giờ) hiệu quả xử lý COD tăng không đáng kể (1,04%). Vậy thời gian lưu ở 48 giờ là tối ưu cho quá trình xử lý yếm khí (Bảng 3.12).
Bảng 3.12 Ản ư ng của thờ g n ư ới hiệu qu xử lý
Thông số Dòng
vào
T = 36 (giờ) T = 42 (giờ) T = 48 (giờ) T = 54 (giờ) Dòng ra
(mg/l) Y(%) Dòng ra
(mg/l) Y(%) Dòng ra
(mg/l) Y(%) Dòng ra
(mg/l) Y(%)
pH 8,5 6,65 - 7,15 - 7,76 - 7,82 -
BOD5 (mg/l) 3.820 1.044 72,67 666 82,56 461 87,93 402 89,48
COD (mg/l) 7.216 2180 69,79 1.453 79,86 1.022 85,84 947 86,88
TN (mg/l) 239,7 167,3 30,20 147 38,67 147,4 38,51 148,7 37,96
TP (mg/l) 45,2 35,7 21,02 35,4 21,68 31,79 29,67 32,4 28,32
TKCOD (g/l/d) - 3,36 3.29 3,10 2,79
Y biogas
(l/gCODCH) - 0,204 0,252 0,320 0,326
. .1. Ảnh hư ng củ các ng ên t i ượng
Các nguyên tố vi lượng đóng vai trò hết sức quan trọng đối với sự sống của vi sinh vật, chúng là thành phần trong tâm hoạt động của các enzim, nhân tố quyết định hiệu quả của các quá trình trao đổi chất và hỗ trợ các phản ứng hóa sinh học trong tế bào VSV. Trong nước rác có sự hiện diện của một vài nguyên tố vi lượng nhưng nồng độ chưa đủ để cung cấp cho VSV. Trong xử lý yếm khí thu biogas, các nguyên tố vi lượng có tác dụng làm tăng hoạt lực của các vi khuẩn metan hóa, vì vậy nghiên cứu này được tiến hành nhằm đánh giá vai trò của chúng. Một số nguyên tố vi lượng đã được bổ sung vào nước rác trong nghiên cứu dưới dạng muối sunphát hoặc clorua.
Lượng vi lượng cần thiết cho vi khuẩn metan hoá ở các nồng độ sau [13]:
[Co2+] = 0,63 (àg/gCOD) [Ni2+] = 0,65 (àg/gCOD) [Mo2+] = 0,63 (àg/gCOD) [Cu2+] = 0,0038 (mg/gCOD)
[Se2+] = 0,04 (mg/gCOD) [Fe2+] = 0,02 (mg/gCOD) [Mn2+] = 0,05 (mg/gCOD)
Để khẳng định vai trò của các nguyên tố vi lượng đến hiệu quả quá trình xử lý yếm khí thu biogas, thí nghiệm được tiến hành với mẫu có bổ sung nguyên tố vi lượng và mẫu đối chứng (không bổ sung nguyên tố vi lượng). Cả hai loại mẫu đều có COD dòng vào 7.184 mg/l, pH = 8,5, thời gian lưu 48 giờ. Kết quả nghiên cứu được thể hiện trong Bảng 3.13.
Bảng 3.13 Ản ư ng của các nguyên tố ượng ến hiệu qu xử lý
Thông số dòng
vào
Không bổ sung vi lượng Có bổ sung vi lượng Dòng ra Hiệu quả
xử lý (%) Dòng ra Hiệu quả xử lý (%)
pH 8,5 7,52 - 7,76 -
BOD5 (mg/l) 3.465 420 87,88 235 93,22
COD(mg/l) 7.184 1.037 85,57 807 88,77
TN (mg/l) 236,3 148,3 37,24 128,4 45,66
TP (mg/l) 46,2 32,6 29,44 29,1 37,01
Ybiogas
(l/gCODCH) - 0,304 0,345
Ở thí nghiệm không bổ sung nguyên tố vi lượng, hiệu quả xử lý COD đạt 85,57%, hệ số tạo biogas đạt 0,304 lít/gCODCH.
Khi bổ sung vi lượng, hiệu quả xử lý COD tăng lên rõ rệt đạt 88,77%; BOD5 đạt 93,22% (Bảng 3.13). Hiệu quả tạo biogas cũng tăng lên từ 0,304 lên 0,345 lít/gCODCH. Kết quả cho thấy khi bổ sung vi lượng, hoạt lực của các vi khuẩn metan hóa tăng lên rõ rệt, pH dòng ra tăng từ 7,52 lên 7,96. Có hiện tượng này là do tác dụng hoạt hóa của các nguyên tố vi lượng, quá trình decacboxyl hóa các axit hữu cơ xảy ra mạnh dẫn đến pH tăng, đồng thời hệ số tạo biogas cũng tăng (Ybiogas= 0,345 lít/gCODCH).
Các nguyên tố vi lượng với nồng độ thích hợp giúp tăng đáng kể hoạt lực khí hóa của vi khuẩn metan, ổn định giá trị pH dòng ra, nâng cao hiệu quả xử lý COD và BOD5.