Ảnh hưởng của pH
Trong xử lí kị khí pH của môi trường ảnh hưởng rất lớn đến hoạt đông, sinh sản và phát triển của sinh vật. đối với từng nhóm từng loài vsv có một khoảng pH tối ưu.
Trong xử lí kị khí mê tan thì có 2 nhóm thực hiện: nhóm vi sinh vật thực hiện quá trình acid hóa làm pH môi trường giảm đi, khi độ pH xuống thấp thì quá trình acid hóa chậm lại. Nhóm thứ 2 thực hiện quá trình metan hóa phát triển tốt ở giá trị PH gần trung tính
58
hoặc gần pH là một trong những yếu tố quan trọng quyết định đến hiệu xuất quá trình xử lí nước thải, với pH = 7 hiệu suất xử lí đạt giá trị cao nhất (88,3 %). Hiệu suất xử lí thấp nhất với pH = 6 (63,8 %). Ở pH kiềm tính vsv ít bị ảnh hưởng hơn so với pH acid. Ở pH acid vi sinh vật hoạt động kém hiệu quả hơn so với trong môi trường kiềm và ở giá trị kiềm nhẹ nhóm vi khuẩn sinh metan cũng ít bị ảnh hưởng.
Ảnh hưởng của nhiệt độ
Xử lí nước thải trong điều kiện kị khí do quần thể vi sinh vật hoạt động, mỗi chủng nhóm vi sinh vật sẽ sinh trưởng và phát triển tốt ở miền nhiệt độ thích hợp .Nhiệt độ tối ưu cho vi sinh vật metan là khoảng từ 35-55oC, dưới 10oC các chủng vi sinh vật này hoạt động rất kém.
Về mùa hè với nhiệt độ cao các vi sinh vật hoạt động mạnh hơn do đó quá trình xử lí cũng tốt hơn . Về mùa đông nhiệt độ giảm xuống thấp các vi sinh vật bị ức chế hoạt động do đó hiệu quả xử lí thấp (78,3%) hơn nhiều so với mùa hè (92,8 %).
Trong hệ thống xử lí nước thải công suât lớn có thể sử dụng khí CH4 để gia nhiệt dòng nước thải đầu vào làm tăng nhiệt độ môi trường vào mùa đông làm hiệu quả xử lí sẽ tốt hơn.
Trong khoảng nhiệt độ 40-55oC hiệu quả xử lí sẽ cao hơn rất nhiều so với ở nhiệt độ thường.
Ảnh hưởng của tải trọng chất hữu cơ của nước thải
Tải trọng chất hữu cơ trong nước thải có ý nghĩa rất quan trọng nhằm xác định được khả năng xử lí của hệ thống khi hàm lượng chất hữu cơ tăng cao thì hiệu xuất xử lí cũng tăng theo.
Đối với nước thải có độ ô nhiễm COD khoảng 7000-5000mg/l thì hiệu suất xử lí đạt gần 90% và hiệu suất xử lí giảm dần khi COD đầu vào giảm dần.
59
Thời gian lưu thủy lực là một trong những yếu tố quan trọng quyết định tới hiệu suất xử lí của hệ thống. Nếu thời gian lưu thủy lực ngắn thì hiệu suất xử lí sẻ thấp và ngược lại . Tuy nhiên nếu kéo dài thời gian xử lí thì chi phí đầu tư ban đầu của hoạt động sẽ lớn.
Thời gian xử lí càng lâu thì hiệu suất xử lí càng cao. Thời gian lưu thủy lực khoảng từ 4-12 giờ tùy thuộc vào mức độ ô nhiễm.
Ảnh hưởng của chất tẩy rửa
Trong ngành chế biến thực phẩm nói chung thường phải sử dụng một số chất sát trùng để vô trùng các dụng cụ nhằm bảo đảm vệ sinh an toàn thực phẩm . Thường dùng NAOH, cloraminB, javen để tẩy trùng . Đối với các hệ thống sử lí nước thải bằng phương pháp sinh học các chất sát trùng có ảnh hưởng không tốt đến hoạt động của vi sinh vật và do đó ảnh hưởng đến hiệu suất xử lí.
Nồng độ các chất tẩy rửa cao làm cho các vi sinh vật trong hệ thống xử lí nước thải bị ức chế hoàn toàn ,thối rữa tạo thành dạng keo trong nước làm cho COD và SS tăng lên.
Javen có tính sát trùng rất mạnh vì vậy để không ảnh hưởng đến hiệu suất xử lí nước thải cần phải loại bỏ javen ra khỏi hệ thống .Trong trường hợp không loại bỏ được hết thì nồng độ tối đa cho phép 0,001mg/l.
Hàm lượng cặn lơ lửng
Nếu nồng độ cặn lơ lửng trong nước thải đầu vào lớn hơn 3000 mg/l thì cặn này khó phân hủy sinh học, tích lũy dần trong bể, dây cản trở việc phân hủy các chất hữu cơ của nước thải.
Lượng bùn hoạt tính kỵ khí
Đây là yếu tố quyết định tới hiệu quả xử lý của bể UASB. Bùn nuôi cấy ban đầu trong bể phải có độ hoạt tính methane cao. Nên sử dụng bùn hoạt tính bán sẵn hoặc bùn từ bể kỵ khí đang hoạt động. Nồng độ bùn ban đầu tối thiểu là 10 kg VSS/10 m3. Lượng bùn kỵ khí cho vào mô hình khoảng 30 – 40% thể tích bể, không nên vượt quá 60% thể tích bể.
60
Ngoài ra nồng độ kim loại nặng cũng ảnh hưởng rất lớn đến hoạt động của vsv. Đây là một số yếu tố ảnh hưởng đến khả năng làm sạch nước thải bằng phương pháp yếm khí, đặc biệt có ứng dụng trong xử lí UASB.
Các hợp chất ức chế quá trình phân hủy kỵ khí
Bảng 4.1 Các chất gây ức chế quá trình kỵ khí Các chất gây ức chế Nồng độ gây ức chế vừa (mg/l) Nồng độ gây ức chế mạnh (mg/l) Ion : Na+ K+ Ca2+ Mg2+ NH4+ S2- Cu2+ Cr(VI) Cr(III) Ni2+ Zn2+ 3500 – 5500 2500 – 4500 2500 – 4500 1000 – 1500 1500 – 3000 200 - - - - - 8000 12000 8000 3000 3000 200 0,5 (tan) 50 – 70 (tổng) 3 (tan) 200 – 250 (tổng) 180 – 420 (tổng) 2 (tan) 30 (tổng) 1 (tan) Hydrocarbon chứa Clo:
Methychloride Trichloro – ethylene Tetrachloro – ethylene Chloroform - - - - 10 – 20 1 1 1 Hóa chất có hoạt tính cao:
61 Formaldehyde Glutaraldehyde Hỗn hợp formaldehyde/glutaraldehyder (50/50) Arylonitril - - - - 100 – 200 25 – 50 10 30 Dung môi: Butylacetate Acetonitril Toluene
Methyl – isobutyl ketone
- - - - 1000 1000 100 100 4.1.2.3 Các yếu tố cần kiểm soát trong vận hành bể UASB
* pH và độ kiềm
Nước thải đi vào bể UASB, tham gia quá trình phân hủy kỵ khí phải có độ pH dao động trong khoảng 6,6 – 7,6. Nếu nước thải có pH < 6,2 thì VSV chuyển hóa methane sẽ bị ức chế, không hoạt động được. Do đó cần phải cung cấp đủ độ kiềm (1000 – 5000 mg/l) để đảm bảo pH của nước luôn lớn hơn 6,2.
* Hàm lượng chất hữu cơ
Hàm lượng chất hữu cơ trong nước thải xác định theo COD. Không nên < 100 mg/l và > 5000 mg/l.
* Tải trọng
Mô hình UASB đạt hiệu quả ở tải trọng cao, cần duy trì đúng tải trọng để tránh hiện tượng sốc tải.
* Chất dinh dưỡng
Đảm bảo COD:N:P = 250 – 500:5:1 và chất dinh dưỡng vi lượng như sắt, nikel, cobalt 1 ml/l.
* Hàm lượng cặn lơ lửng
Nếu nồng độ cặn lơ lửng trong nước thải đầu vào lớn hơn 3000 mg/l thì cặn này khó phân hủy sinh học, tích lũy dần trong bể, dây cản trở việc phân hủy các chất hữu cơ của nước thải.
62
* Hàm lượng ammonia và sulfate
Hàm lượng ammonia < 2000 mg/l, hàm lượng sulfate < 500 mg/l (COD/SO42- > 5).
* Nồng độ muối
Kiểm soát nồng độ muối không được nằm trong khoảng 5000 – 15000 mg/l vì khoảng đó được xem là độc đối với vi khuẩn.
4.1.3. Các nghiên cứu và ứng dụng bể UASB trong xử lý nước thải và các kết quả đạt được đạt được
“Nghiên cứu xử lý nước thải thủy sản (surimi) bằng mô hình kỵ khí UASB khoa Môi trường, trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng (Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 7 Đại học Đà Nẵng năm 2010.”
a. Lập mô hình: Cấu tạo bể UASB - Chiều cao công tác h=700mm - Đường kính d =400mm - Thể tích bể V = 80 lít
b. Chuẩn bị nước thải và bùn kỵ khí
- Nước thải surimi đươc lấy tại hố ga thoát nước của công ty Danifood - Bùn kỵ khí được lấy tại hồ kỵ khí của bãi rác Khánh Sơn
c. Khởi động bể UASB
- Thời gian khởi động là 7 ngày.
- Thể tích bùn trong bể UASB là 20 lít chiếm 25.0%
d. Vận hành mô hình: từ ngày 13/04/2010 đến 16/05/2010. Trình tự vận hành và thu thập
số liệu như sau:
- Từ 7h00 đến 7h30 là chuẩn bị nước thải.
- Từ 7h30 đến 8h00 cấp nước vào bể UASB 20-25 lít, đồng thời tiến ghi lại các điều kiện môi trường và nhiệt độ trong bể.
- Từ 8h30 bắt đầu thu mẫu đầu vào, đầu ra để phục vụ cho việc phân tích. - Thời gian còn lại trong ngày dùng để phân tích mẫu và quan sát khí thoát ra.
63
- Trình tự trên được lặp đi lặp lại cho đến hết thời gian vận hành mô hình như đã nêu trên.
e. Kết quả
- Nước thải thủy sản có nồng độ SS, hữu cơ cao, chỉ số BOD5/COD = 0.77 – 0.88
- thích hợp để xử lý bằng phương pháp sinh học. Bùn kỵ khí chất lượng đảm bảo cho quá trình sinh hóa kỵ khí.
- Nồng độ COD đầu vào 1800 – 4000 mg/l, phụ thuộc vào thành phần nguyên liệu cá sản xuất surimi, Nồng độ COD đầu ra tương đối ổn định dao động 500 – 1000 mg/l .
- Hiệu suất xử lý đạt 55 – 86%, tải trọng xử lý 0.4 - 0.9 kg/m3.ngđ.
- Thành phần khí CH4: 58-69.4% O2: 0.3-1%CO2: 19.6-28% Khí khác: 2.9-18.3%.
“Nghiên cứu hoàn thiện công nghệ và thiết bị UASB xử lý nước thải sản xuất nhà máy mía đường” của Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường Trường Đại học Bách khoa Hà Nội: thí nghiệm xử lý nước thải có độ ô nhiễm cao, nước thải đầu vào có đặc trưng:
pH: 5.8 – 6.0
COD: 9723 – 14850
Lưu lượng dòng vào: 11, 16, và 23 lít/ngày. Thời gian lưu tương ứng: 7, 5 và 3,5 ngày.
Kết quả nghiên cứu cho thấy với vận tốc dòng vào là 11l/ngày, tương ứng với tải trọng COD trung bình ngày là 1.35g/l.ngày, COD dòng ra biến động trong khoảng từ 1048 – 1265 mg/l, hiệu suất xử lý trung bình đạt 89.9%, lượng khí thu được biến động từ 73-85 lít/ngày.
- Khi vận tốc dòng vào lên 16 lít/ngày, tương ứng với thời gian lưu thủy lực 5 ngày, tải trọng COD tăng lên 2.10 g/lít.ngày, trị số COD dòng ra biến động trong khoảng từ 1030 – 1225 mg/l, hiệu suất xử lý trung bình đạt 90.1%, pH dòng ra ổn định ở 7.2 – 7.5, lượng khí thu được cũng tăng lên trong khoảng từ 101 – 108 lít/ngày.
- Rút ngắn thời gian lưu xuống 3.5 ngày, tương ứng với lưu lượng nước thải 23lits/ngày. Không chỉ tải trọng COD tăng lên rõ rệt đến 2.99g/lít.ngày mà hiệu quả xử lý cũng đạt 92.2%. Lượng khí thu được cũng tăng lên trung bình 140 lít/ngày.
64
Kết quả cho thấy UASB là một dạng thiết bị xử lý hiệu quả nước thải của nhà máy sản xuất đường và cồn:
- Với thời gian lưu 3.5 ngày, hiệu quả khử COD trong nước thải sản xuất đường có độ ô nhiễm cao đạt 92.2%. Tải trọng COD đạt 2.99 g/lít.ngày.
- Dịch hèm thường có pH thấp. Khi pH được điều chỉnh lên 6.0 – 6.5 hiệu suất khử COD tăng lên rõ rệt (93.4% và 94.05%). ở thời gian lưu là 3.5 ngày, hiệu suất khử trung bình đạt 91.39%, tải trọng COD đạt 2.74g/l.ngày. Đáng chú ý là COD dòng ra ổn định ở 700 – 800 mg/l.
4.2. KẾT QUẢ
Vì sự cố hư bể nên chỉ xác định các chỉ tiêu đến 2h 4.2.1. pH
Bảng 4.2 Kết quả đo pH
Thời gian (h) Đầu vào 1 2 Mực nước van 1 (sau 2h)
Mực nước van 2 (sau 2h)
Giá trị pH 7,12 6,97 7,73 7,15 6,90
Nhận xét:
Từ kết quả đo được, có thể thấy pH giảm dần sau thời gian 1h. Lúc đầu khi pha nước thải chỉnh pH ở khoảng 6,8 – 7. Khi vào bể xử lý trải qua 4 giai đoạn, pH giảm chứng tỏ lúc này trong bể đang xảy ra giai đoạn acid hóa.
Sau 2h, pH tăng cao nhưng vẫn nằm trong khoảng thích hợp cho xử lý kỵ khí. Trong thời gian này, quá trình xử lý đã đến giai đoạn methane hóa và chiếm ưu thế nên pH tăng trở lại.
Theo độ cao thì pH lúc tăng, lúc giảm là do ở vị trí đó giai đọan nào trong quá trình xử lý đang chiếm ưu thế. Có thể sau 2h nước ở ống phía trên trong giai đoạn xử lý methane hóa còn nước ở ống dưới chỉ mới ở giai đoạn acid hóa.
65
Khi pH giảm thì lượng H+ nhiều, giai đọan acid hóa chiếm ưu thế. Khi pH tăng, giai đoạn methane chiếm ưu thế. Nhìn chung pH vẫn duy trì trong khoảng pH thích hợp để bể xử lý tốt. Ở các giá trị pH thấp hơn 6,3 hay cao hơn 7,8 thì tốc độ phân hủy của methane giảm xuống từ đó dẫn đến giảm hiệu quả xử lý của bể UASB.
4.2.2. Độ kiềm
Bảng. Kết quả độ kiềm
Thời gian (h) Đầu vào 1 2
Mực nước theo chiều cao van 1 (sau 2h)
Mực nước theo chiều cao van 2 (sau 2h) V 4 6 6,1 6 5,9 Hệ số pha loãng 1 1 1 1 1 mgCaCO3/L 2000 3000 3050 3000 2950 V: thể tích HCl 0,1N dùng để chuẩn độ lần 1(mL) V ẫ = 10 mL. NHCl = 0.1N
Độ kiềm được tính theo công thức: mgCaCO3/L = × × ×
ẫ
Nhận xét:
Theo chiều cao giảm từ trên xuống, độ kiềm giảm nhẹ. Do càng gần đáy thì lượng bùn họat tính càng nhiều nên quá trình xử lý diễn ra với mật độ cao, quá trình acid hóa đang chiếm ưu thế nên hàm lượng HCO32-, CO2 thấp.
Độ kiềm tăng dần lên đến sau 2h, độ kiềm tăng là do lúc này quá trình methane của quá trình xử lí đang chiếm ưu thế, lượng HCO32-, CO2 đuợc tạo ra và khiến độ kiềm tăng lên.
Nhìn chung độ kiềm trong bể UASB khá ổn định, không chênh lệch nhiều và nằm trong khoảng độ kiềm thích hợp (1000 – 5000 mg/l) để bể hoạt động tốt.
66 4.2.3. Amoni
Bảng. Kết quả phân tích amoni
Thời gian (h) Đầu vào 1 2 Mực nước theo độ
cao van 1 (sau 2h)
VHCl (mL) 5,9 3,7 3,7 3,75
Nồng độ N-NH4+ (mg/L) 62,75 38,10 38,10 38,66 Vmẫu = 25 mL.
NHCl = 0.02N
Thể tích HCl chuẩn mẫu trắng: V2 = 0.3 mL. Nồng độ Amoni tính theo công thức:
CN = × × 14.0067 × 1000
Trong đó:
V1: thể tích dung dịch HCl dùng để chuẩn mẫu, mL V2: thể tích dung dịch HCl dùng để chuẩn mẫu trắng, mL V0: thể tích mẫu.
14.0067: nguyên tử lượng của Nito. Nhận xét:
Bể UASB là bể xử lý sinh học kỵ khí nên gần như không có oxy để có thể xảy ra quá trình oxy hóa amoni hay quá trình nitrat hóa (NH4+ + 2O2 NO3- + 2H+ + H2O) nên nồng độ N-NH4+ trong bểthay đổi có thể do:
Trong khoảng 1 giờ đầu, nồng độ NH4+ giảm nhanh có thể trong bể đang diễn ra pha sinh trưởng của VSV, VSV sử dụng NH4+ để tổng hợp tế bào.
Sau 2h xử lý thì nồng độ NH4+ không có sự thay đổi.
Nồng độ NH4+ tại mực nước phía trên của ống cao hơn đầu ra nhưng không nhiều có thể lúc này trong bể xảy quá trình methane hóa tạo NH3.
67 4.2.4. Phostpho
Dãy chuẩn Phostpho :
Bảng. Dãy chuẩn Phospho
Nồng độ P (mg/L) 0.1 0.2 0.4 0.6 0.8 1 Abs 0,1346 0,2150 0,2871 0,3620 0,4359 0,5123 Phương trình hồi qui: y = 0,405x + 0,1176
Với y là Abs, x là nồng độ P Hệ số tương quan r = 0,995. .
Hình 2.1. Đồ thị biểu diến sự tương quan giữa nồng độ P và độ hấp thu A
Kết quả của mẫu đo:
y = 0.4005x + 0.1176 R² = 0.9901 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 Đ ộ h ấ p t h u q u a n g A Nồng độ P (mg/L)
68
Bảng. Kết quả phân tích Phospho
Thời gian (h) Đầu vào 1 2
Độ hấp thu (A) 0,262 0,241 0,245
Nồng độ P 0,356 0,305 0,315
Hệ số pha loãng (lần) 20 20 20
Nồng độ P mẫu (mg/L) 7,12 6,10 6,30
Nhận xét:
Trên lý thuyết thì bể UASB có khả năng xử lý Phospho nhưng từ kết quả thí nghiệm, có thể thấy rằng bể UASB chỉ xử lí phospho trong 1h đầu nhưng hiệu quả không cao, nồng