CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.4. Thí nghiệm chạy mô hình phản ứng tầng sôi FBR
Mô hình gồm hai phần: vùng phản ứng và vùng lắng kích thước được biểu thị ở Bảng 2.4. Mô hình có ba đầu vào bao gồm một đường hóa chất, một đường nước vào và một đường nước tuần hoàn, 2 đầu ra gồm có đầu nước tuần hoàn và đầu ra của nước thải. Các đường ống có kích thước 12mm. Mô hình hoạt động bao gồm 2 bơm nhu động dùng cho đầu mẫu vào và dòng tuần hoàn, 1 bơm định lượng là bơm hóa chất bổ sung Mg2+. Ở đáy mô hình, bổ sung các hạt thủy tinh (đường kính 0,8mm) với chiều cao 5cm, để phân phối tải trọng, hỗ trợ môi trường hóa lỏng và ngăn ngừa tắc nghẽn và hình thành bong bóng.
Hình 2.4. Kích thước mô hình Fluidized Bed Reactor (FBR)
39
Bảng 2.4. Thông số mô hình Fluidized Bed Reactor (FBR)
STT Thông số Giá trị Đơn vị
1 Vùng phản ứng D= 40
H= 800 mm
2 Vùng lắng D=80
H=200 mm
3 Chiều cao lớp bi (∅= 8mm) H= 50 mm
4 Tổng chiều cao H= 1000 mm
5 Đường kính ống nước vào D= 12 mm
6 Đường kính ống nước ra D=12 mm
7 Đường kính ống tuần hoàn D= 12 mm
8 Đường kính ống hóa chất D=12 mm
2.4.2. Các bước vận hành mô hình
Mô hình ban đầu được vận hành với nước máy để điều chỉnh lưu lượng các máy bơm cho phù hợp với thí nghiệm. Sau khi bơm và lưu lượng kế được điều chỉnh, tiến hành chạy mô hình với mẫu nước tiểu. Vận tốc dòng lên phụ thuộc vào dòng đầu vào (Qv) và dòng tuần hoàn (Qr) được kiểm soát bằng lưu lượng kế, có thể điều chỉnh bằng van khóa. Mô hình ban đầu được chạy ở vận tốc dòng đầu vào đến khi cột vân hành ổn định, không còn xuất hiện bọt khí. Tốc độ dòng chảy được nâng lên bởi dòng tuần hoàn (đạt các tốc độ cần khảo sát). Lúc này hóa chất được châm vào, lượng hóa chất được tính toán để châm đủ thể tích mẫu ban đầu. Mô hình được vận hành liên tục với sự thay đổi về vận tốc dòng lên, kích thước hạt mầm khác nhau,….
để tìm ra các điều kiện vận hành tối ưu cho việc thu hồi struvite. Giá trị pH được điểu chỉnh bằng cách châm trực tiếp NaOH và H2SO4 vào thùng mẫu.
40
Hình 2.5. Quy trình vận hành mô hình Fluidized Bed Reactor (FBR)
41
2.4.3. Khảo sát vận tốc dòng lên cho mô hình FBR
Sự thay đổi vận tốc làm ảnh hưởng đến tỷ lệ kích thước hạt tạo thành nên cần xác định vận tốc dòng lên tối ưu cho quá trình tạo hạt để quá trình thu hồi hạt diễn ra thuận tiện, hiệu quả trong xử lý nitơ và photpho. Mô hình vận hành 12h/ngày với các dòng lên khác nhau bằng cách thay đổi dòng tuần hoàn, vận hành liên tục 24 giờ để thu được thành phẩm.
Bảng 2.5. Thông số vận hành mô hình cho thí nghiệm khảo sát vận tốc dòng lên
Lưu lượng vào Qv
(L/phút)
Lưu lượng tuần hoàn Qr
(L/phút)
Lưu lượng tổng Qt = Qv + Qr
(L/phút)
Vận tốc (m/phút)
Lưu lượng hóa chất
(L/h)
0,1 0,4 0,5 0,40 1
0,1 0,6 0,7 0,56 1
0,1 0,8 0,9 0,72 1
* Trình tự thí nghiệm Bước 1:
Chuẩn bị mẫu đủ với lưu lượng vào chạy trong 12h (72L). Xác định nồng độ photpho đầu vào của nước tiểu, từ đó xác định được lượng hóa chất thêm vào với tỷ lệ Mg/P tối ưu xác định trong phản ứng mẻ theo công thức
CN×V = CN×V (Vhóa chất = 12L)
Lấy mẫu trữ để xác định photpho, nitơ, kali, pH đầu vào của mẫu.
Bước 2:
Tiến hành bơm mẫu vào mô hình và chỉnh vận tốc dòng tuần hoàn (Qr) để đạt được vận tốc đi lên phù hợp. Sau khi mô hình ổn dịnh, tiến hành bơm hóa chất, và bấm thời gian. Lấy mẫu tuần suất 1h/lần, đo chỉ tiêu photpho, nitơ, pH của mẫu để tính toán hiệu suất xử lý.
42 Bước 3:
Sau 12h, lấy mẫu trữ để xác định photpho, nitơ, kali, pH đầu ra của mẫu
* Lấy mẫu:
- Mẫu nước tiểu: Được lấy ở van đầu ra của mô hình, lọc qua giấy lọc và đo các chỉ tiêu nitơ, photpho.
- Mẫu rắn: Sấy 50oC đến khi khô hoàn toàn. Lượng chất rắn thu được sấy trong tủ sấy chân không trong 24h và cân để xác định khối lượng. Mẫu được rây các kích thước khác nhau để xác định phân bố kích thước hạt.
- pH được kiểm soát bằng dung dịch H2SO4 hoặc NaOH, châm vào thùng chứa mẫu.
2.4.4. Khảo sát ảnh hưởng kích thước hạt mầm đối với sự tạo hạt struvite
Việc tạo mầm trong mô hình phản ứng tầng sôi mất khá nhiều thời gian, các hạt mầm với vận tốc dòng cao sẽ đi ra ngoài, gây thất thoát hóa chất và sản phẩm vào thời gian đầu khởi động của mô hình. Chính vì vậy, việc bổ sung mầm giúp phản ứng tốt hơn, đồng thời giúp quá trình tạo hạt diễn ra thuận lợi, hiệu quả. Tuy nhiên, kích thước hạt không phù hợp có thể gây va chạm và vỡ các hạt mới tạo thành, vì vậy cần khảo sát kích thước hạt phù hợp để làm mầm cho quá trình phản ứng tầng sôi.
Bảng 2.6. Thông số vận hành thí nghiệm thay đổi kích thước hạt mầm
Nguồn Magie Lượng hạt mầm Kích thước hạt mầm
gam àm
MgCl2
5 150-300
5 300-500
Nước ót
5 150-300
5 300-500
43
Các thông số nitơ, photpho đầu vào và đầu ra được xác định để đánh giá hiệu quả chạy mô hình khi so sánh với mô hình không bổ sung hạt mầm. Sau khi dừng mô hình, chất rắn được thu lại, sấy và rây theo kích thước, từ đó xác định tỷ lệ phần trăm kích thước chất rắn tạo thành.
2.4.5. Vận hành mô hình liên tục
Khảo sát mô hình FBR liên tục trong 7 ngày (12h/ngày) với hai nguồn magie khác nhau là MgCl2 và nước ót
+ Tỷ lệ mol Mg/P là 1/1
+ Giá trị pH giao động trong khoảng 9 – 9,15 + Lưu lượng Qt = 0,6 l/min
Mẫu được lấy và xác định nồng độ nitơ và photpho đầu vào và đầu ra theo từng ngày. Ngoài ra nhóm còn tiến hành kiểm tra giá trị pH đầu ra vào cuối ngày.
Sản phẩm tạo thành được thu lại và sấy sau đó rây để xác định phân bố kích thước hạt.