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 độ phospho có xu hướng tăng lên lại theo thời gian. Thời gian lưu càng lâu thì lượng nước thải được bơm vào liên tục làm tăng nồng độ phospho và cũng có thể là do nước thải còn trong các quá trình thí nghiệm trước, qua quá trình xáo trộn nước thải vào, hàm lượng phospho dưới đáy chuyển lên trên làm khi lấy mẫu nước thải ra có hàm lượng phospho tăng lên trong nước thải đầu ra. Hiệu quả xử lý thấp và có thể là không xử lý được là do đây chỉ là mô hình mô phỏng trong phòng thí nghiệm nên vẫn chưa hoàn toàn đáp ứng đầy đủ các điều kiện xử lý cần thiết.
4.2.5. COD
Chuẩn lại Fe:
V = 10 mL. N = 0,1 N. VFe(II): 9,9 mL. NFe(II) = ( × ) ( ) = . × , = 0.1( ) Đo mẫu:
69
Bảng 4.7 Kết quả đo COD
Đầu vào Mẫu Thời gian bắt đầu nung Thời gian
kết thúc Vban đầu Vsau
Giờ (h) Trắng 9h04 11h04 0.0 3.9 0 M1 9h04 11h04 0.0 2.9 M2 9h04 11h04 2.9 6.2 Đầu ra M1 9h40 11h40 0 2.5 1 M2 9h40 11h40 0 2.1 M1 10h34 12h34 2.0 3.5 2 M2 10h34 12h34 3.5 5.1
Đầu ra theo chiều cao van 1
M1 10h51 12h51 0.1 1.8
M2 10h51 12h51 0.0 2.1
Đâu ra theo chiều cao van 2
M1 10h44 12h44 0 1.3
M2 10h44 12h44 0 1.3
Vmẫu: 2 mL.
Thể tích Fe(II) chuẩn mẫu trắng: Vo = 3,9 mL. COD được tính theo công thức:
COD = ( )× × ẫ
Trong đó:
* N: nồng độ đương lượng của muối Fe (II) pha loãng 4 lần là 0,025N * V: thể tích dung dịch Fe(II) dùng chuẩn độ mẫu (mL).
* : thể tích dung dịch Fe(II) dùng để chuẩn độ mẫu trắng (mL). * Vmẫu: thể tích mẫu đem đi chuẩn độ.
70
Bảng 4.8 Kết quả phân tích COD
Thời gian (h) Đầu vào 1 2
Mực nước theo độ cao van 1 (sau 2h) Mực nước theo độ cao van 2 (sau 2h) VFe(II) (mL) 3,1 2,3 3,1 1,9 1,3 Hệ số pha loãng 50 10 10 10 10 COD (mg/L) 4000 1600 800 2000 2600 Nhận xét:
Hiệu quả loại bỏ COD của bể theo thời gian:
Sau 1h và 2h, nồng độ COD giảm dần so với đầu vào và giảm rất lớn.
Khả năng xử lý chất hữu cơ khá cao, hiệu quả xử lý sau 1h là 60% và sau 2h tăng cao đến 80%
Sau 1h đầu hiệu suất xử lý COD đã đạt 60% sau đó hàm lượng COD lại giảm mạnh, xử lý được tới 80% COD. Có thể do pH và độ kiềm trong bể khá ổn định và nằm trong khoảng thích hợp cho bể hoạt động hiệu quả nên hiệu suất xử lý COD là rất cao..
Hiệu quả loại bỏ COD của bể theo chiều cao:
Lượng COD sau 1h tại các van 1 và van 2 đều giảm gần một nửa so với đầu vào.
Hiệu quả loại bỏ sau 1h ở van 1 là 50%, van 2 là 35% giảm theo độ cao từ van 1 tới van 2.
Kết quả đo được trên là do nước thải vào từ đáy bể và có thể lưu lượng bơm vào bể thấp nên có khả năng lượng mẫu thu được ở van 1 là lượng nước đã tồn tại sẵn trong bể. Và có thể do lượng nước ở các vi trí cao đã đuợc trải qua sự xử lý của các VSV trong bùn họat tính ở đáy bể và giữa bể đã xử lý. Còn nước ở đáy bể chỉ mới được VSV đáy bể xử lý nên hiệu suất không cao bằng ở van 1.
71
Theo như kết quả thu được, pH, độ kiềm ổn định và nằm trong khoảng thích hợp để bể hoạt động tốt đã dẫn đến hiệu quả loại bỏ COD trong nước thải rất cao có thể lên đến 80% và thấp nhất khoảng 30% nhưng chỉ là đang xử lý trong bể và chưa phải là kết quả đầu ra. Điều này đã chứng minh pH, độ kiềm là những yếu tố gây ảnh hưởng rất lớn đến khả năng xử lý COD của bể UASB, chính nhờ pH và độ kiềm hợp lý nên khả năng xử lý COD tăng cao.
4.3. KẾT LUẬN
UASB là công nghệ kỵ khí sử dụng phổ biến nhất trên thế giới, được ứng dụng để xử lý thành công nhiều loại nước thải khác nhau. Sự khác biệt của quá trình xử lý kỵ khí so với hiếu khí là:
Thuận lợi:
- Chi phí đầu tư, vận hành thấp. - Nhu cầu năng lượng thấp. - Bùn sinh ra ít.
- Nhu cầu chất dinh dưỡng thấp.
- Sinh khí metan, tận dụng nguồn năng lượng thể tích bể phản ứng nhỏ. - Bùn hoạt tính không cần đảm bảo khuấy trộn đều như hiếu khí.
- Xử lý được nước thải có hàm lượng chất hữu cơ cao
Khó khăn:
- Quá trình khởi động lâu.
- Dễ bị sốc tải và khó phục hồi sau thời gian ngưng hoạt động. - Yêu cầu thêm độ kiềm.
- Không thực hiện khử N và P. - Nhạy cảm với chất độc. - Có mùi và khí gây ăn mòn. - Xử lý chất hữu cơ không triệt để.
72
BÀI 5: XỬ LÝ NƯỚC THẢI PHẨM MÀU BẰNG QUÁ TRÌNH OXY HÓA NÂNG CAO FENTON