Để xử lý nước thải bể aerotank hoạt động theo mẻ (SBR) được thực hiện theo 5 giai đoạn kế tiếp nhau.
Sơđồ làm việc của bể aerotank hoạt động theo mẻ xemhình 2.7.
Hình 2.7: Sơđồ làm việc của bể aerotank hoạt động theo mẻ (Nguồn: Trịnh Xuân Lai, 2000)
GVHD: Th.s Trần Thị Hồng Ngọc 11 SVTH: Trần Thị Vàng – DMT072067
Khóa luận tốt nghiệp DH8MT
GVHD: Th.s Trần Thị Hồng Ngọc 12 SVTH: Trần Thị Vàng – DMT072067
Giai đoạn 1: Làm đầy: Nước thải đã qua song chắn rác và bể lắng, tách dầu mỡ, tự chảy hoặc bơm vào bể đến mức định trước bằng rơle phao. Rơle phao phát tính hiệu để tựđộng đóng van hoặc bơm cấp nước vào.
Giai đoạn 2: Sục khí: Hỗn hợp nước thải và bùn được sục khí với thời gian thổi khí đúng thời gian yêu cầu để tiến hành quá trình nitrat hóa và phân hủy chất hữu cơ. Trong giai đoạn này cần tiến hành thí nghiệm để kiểm soát các thông sốđầu vào như: BOD, COD, N, P, cường độ sục khí, nhiệt độ, pH…
để có thể tạo bông bùn hoạt tính hiệu quả cho quá trình lắng sau này.
Giai đoạn 3: Lắng: Các thiết bị sục khí ngừng hoạt động, quá trình lắng diễn ra trong môi trường tĩnh hoàn toàn. Hiệu quả thủy lực của bể đạt 100%. Thời gian lắng trong nước và cô đặc bùn thường kết thúc sớm hơn 2 giờ.
Giai đoạn 4: Tháo nước ra: Tháo nước đã được lắng trong ở phần trên của bể ra nguồn tiếp nhận. Ở các nhà máy công suất nhỏ, có thể dùng ống khoan lỗ, đặc dọc 2 thành bểđể lấy nước ra sao cho cặn không bị kéo ra ngoài.
Đồng thời trong quá trình này bùn lắng cũng được tháo ra.
Giai đoạn 5: Chờ nạp mẻ mới: Thời gian chờ phụ thuộc vào thời gian vận hành 4 quy trình trên và vào số lượng bể, thứ tự nạp nước nguồn vào bể
do người thiết kế quyết định. Ở những nhà máy có dòng chảy đều có thể bố trí lịch hoạt động để rút thời gian xuống gần bằng 0.
Khi thiết kế bể aerotank hoạt động theo mẻ SBR, không cần xây dựng bểđiều hòa lưu lượng và chất lượng, không cần xây dựng bể lắng đợt 1 và bể
lắng đợt 2. Nước thải chỉ cần qua song chắn rác, bể lắng cát và tách dầu mỡ
nếu cần, rồi nạp thẳng vào bể. Số lượng bể, thời gian nạp vào từng bể phụ
thuộc vào công suất và sự dao động theo giờ của lưu lượng nước thải do người thiết kế tính toán để quyết định. BOD5 của nước thải sau xử lý thường thấp hơn 20 mg/l, hàm lượng cặn lơ lửng từ 3 đến 25 mg/l và N-NH3 khoảng từ 0,3 đến 12 mg/l (Trần Đức Hạ, 2006 và Trịnh Xuân Lai, 2000). Ưu điểm của bể: + Cấu tạo đơn giản; + Hiệu quả xử lý cao; + Ít tốn diện tích do không có bể lắng đợt 2 và quá trình tuần hoàn bùn;
Khóa luận tốt nghiệp DH8MT
GVHD: Th.s Trần Thị Hồng Ngọc 13 SVTH: Trần Thị Vàng – DMT072067 + Khử được các chất dinh dưỡng N, P, dễ vận hành. Sự dao
động lưu lượng nước thải ít ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý.
Nhược điểm chính của bể: Là công suất xử lý nước thải nhỏ.
Bảng 2.3: Các chỉ tiêu thiết kế hệ aerotank hoạt động theo mẻ (SBR)
Chỉ tiêu thiết kế Giá trị
Tổng thể tích 0,2 - 2 lần lưu lượng trung bình 1 ngày
Số bể ≥ 2
Chiều sâu công tác 3 - 6 m
Tỷ lệ lượng chất bẩn
hữu cơ/lưu lượng bùn 0,04 - 0,2 kg BOD/kg bùn.ngày
Thời gian 1 chu kỳ 4 - 12 giờ
Đặc điểm cấp khí Cấp khí cho bước làm đầy và khuấy trộn bùn với nước thải
Lượng oxy
Cung cấp đủ cho quá trình oxy hóa chất hữu cơ và quá trình nitrat hóa nhưđối với các aerotank truyền thống
Khóa luận tốt nghiệp DH8MT
GVHD: Th.s Trần Thị Hồng Ngọc 14 SVTH: Trần Thị Vàng – DMT072067
Chương 3
NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
3.1. Đối tượng nghiên cứu
- Nước thải thủy sản của công ty Cổ phần Việt An
- Bể aerotank hoạt động theo mẻ (SBR – sequencing batch reactor).
3.2. Thời gian nghiên cứu
Thời gian nghiên cứu từ 07/12/2010 đến 20/04/2011
Bảng 3.1: Thời gian nghiên cứu
STT Thời gian Nội dung thực hiện Kết quảđạt được
1 5 tuần (07/12/10 - 15/01/11) Lược khảo các tài liệu có liên quan và viết đề cương Nắm được phương pháp thực hiện đề tài 2 4 tuần (16/01/11 – 14/02/11)
Thiết kế và xây dựng mô
hình bể Tạo được mô hình 3 6 tuần (15/02/11 – 30/04/11) Chạy mô hình và ghi nhận kết quả qua các lần phân tích Các số liệu 4 3 tuần (31/04/11 – 20/04/11) Xử lý số liệu, viết báo cáo
Bài báo cáo hoàn chỉnh
3.3. Mục tiêu nghiên cứu
Xây dựng mô hình bể aerotank hoạt động theo mẻ (SBR) để xác định hiệu suất xử lý các thông số SS, COD, BOD5, N-NH4+, PO43- theo thời gian sục khí là 2h, 4h, 6h, 8h, 10h, 12h với nồng độ bùn 30%, 40%.
3.4. Nội dung nghiên cứu
Khóa luận tốt nghiệp DH8MT
GVHD: Th.s Trần Thị Hồng Ngọc 15 SVTH: Trần Thị Vàng – DMT072067
- Xác định thành phần và tính chất nước thải trước khi xử lý qua thông số
nhiệt độ, pH, SS, COD, BOD5, N-NH4+, PO43-;
- Phân tích bùn hoạt tính để xác định khả năng lắng của bùn; - Chuẩn bị vật liệu, xây dựng mô hình;
- Vận hành mô hình;
- Xác định thành phần và tính chất nước thải sau xử lý qua thông số SS, COD, BOD5, N-NH4+, PO43-;
- Đánh giá hiệu quả xử lý SS, COD, BOD5, N-NH4+, PO43- theo thời gian xử lý 2h, 4h, 6h, 8h, 10h, 12h ứng với nồng độ bùn 30%, 40%.
3.5. Phương tiện và vật liệu nghiên cứu - Hóa chất phân tích mẫu: - Hóa chất phân tích mẫu:
• pH: Giấy chỉ thị pH
• SS: Giấy lọc
• BOD5: KH2PO4, K2HPO4, Na2HPO4, NH4Cl, MgSO4.7H2O, CaCl2.2H2O, FeCl3.6H2O, MnSO4, KI, NaN3, Na2S2O3.5H2O, Na2CO3, hồ tinh bột, H2SO4.
• COD: K2CrO7, H2SO4, HgSO4, AgSO4, Fe(NH4)2(SO4)2.6H2O, phenalthroline monohydrate, FeSO4.7H2O.
• N-NH4+: Phenol, methnol, NaClO, Na2[Fe(CN)5NO].2H2O, NaOH, C6H5O7Na3.2H2O, Na3PO4.12H2O, NH4Cl.
• PO4 3-: K(SbO)C4H4O6.1/2H2O, (NH4)6Mo7O24.4H2O, KH2PO4, H2SO4, ascorbic acid, tartaric acid.
- Thiết bị phân tích mẫu: Cân phân tích, tủ sấy, tủ ủ, tủ trữ mẫu, bếp
đun, máy ly tâm, máy đo quang UV – VIS, bộ lọc chân không, bình hút ẩm, nhiệt kế thủy ngân.
- Dụng cụ phân tích mẫu: Pipet, buret, erlen, beaker, giá ống nghiệm, bát sứ, ống COD, bình định mức, ống đong, muỗng múc hóa chất, chai DO.
- Vật liệu làm mô hình: Keo, mica, thùng nhựa, ống nhựa, đá bọt, van.
3.6. Phương pháp nghiên cứu 3.6.1. Phương pháp thu mẫu 3.6.1. Phương pháp thu mẫu
Khóa luận tốt nghiệp DH8MT
GVHD: Th.s Trần Thị Hồng Ngọc 16 SVTH: Trần Thị Vàng – DMT072067
a) Vị trí lấy mẫu
- Nước thải thủy sản đầu vào mô hình: Thu tại ống xả nước thải từ bể
tuyển nổi sang bể aerotank của hệ thống XLNT thủy sản Công ty Cổ phần Việt An.
- Bùn hoạt tính: Thu tại ống xả bùn hoàn lưu từ bể lắng cuối về bể
aerotank của hệ thống XLNT thủy sản Công ty Cổ phần Việt An.
- Nước đầu ra của mô hình: Thu phần nước trong sau khi lắng trong ống
đong 30 phút.
Hình sau đây thể hiện vị trí lấy nước thải và bùn hoạt tính trong hệ thống XLNT Công ty Cổ phần Việt An.
b) Cách bảo quản mẫu
Cách bảo quản mẫu nước theo chỉ tiêu phân tích được trình bài theo bảng sau
đây: Bể lắng Bể khử trùng Bể chứa bùn Nước sau xử lý Hố gom Bể tuyển nổi Bể aerotank Bểđiều hòa Nước thải Nước thải Bùn hoàn lưu Hình 3.1: Hệ thống XLNT của Công ty Cổ phần Việt An
Khóa luận tốt nghiệp DH8MT
GVHD: Th.s Trần Thị Hồng Ngọc 17 SVTH: Trần Thị Vàng – DMT072067
Bảng 3.2: Phương thức bảo quản mẫu và thời gian tồn trữ
STT Chỉ tiêu Phương thức bảo quản Thời gian tồn trữ tối đa
1 Nhiệt độ Phân tích ngay sau khi lấy mẫu
2 pH Phân tích ngay sau khi lấy mẫu
3 COD 4oC 6 giờ 4 BOD5 4oC 6 giờ 5 N-NH4+ 4oC, H2SO4, pH < 2 7 ngày 6 PO43- 4oC 48 giờ 3.6.2. Xây dựng mô hình a) Thiết kế mô hình
Trong nghiên cứu này, tôi thiết kế mô hình theo Trịnh Xuân Lai (2000):
Bảng 3.3: Một số công thức tính toán mô hình
STT Thông số Công thức Ghi chú
Q: Lượng nước cần xử lý 1 Thể tích bể V =0,6Q 0,6: Thể tích nước xử lý bằng 60% dung tích bể A: Chiều dài bể B: Chiều rộng bể 2 Kích thước bể A x B x H H: Chiều cao bể
Khóa luận tốt nghiệp DH8MT
GVHD: Th.s Trần Thị Hồng Ngọc 18 SVTH: Trần Thị Vàng – DMT072067
b) Chuẩn bị vật liệu xây dựng mô hình
Bảng 3.4: Vật liệu làm mô hình
STT Tên thiết bị Vật liệu Ghi chú
1 Bể chứa nước thải vào Thùng nhựa 20 lít
2 Bể SBR Mica 1 bể 30 lít
3 Bể chứa nước thải ra Thùng nhựa 20 lít
4 Bể lắng Thủy tinh 2 ống đong, 1000ml
5 Thiết bị phân phối khí Đá bọt Đường kính khí vào Ø3mm,
bọt khí 0,1 – 1mm, 1 bể 2 đá 6 Van xả bùn, nước Nhựa 7 Ống dẫn nước, khí Ống nhựa 8 Máy bơm khí Tổng hợp Lưu lượng khí 0,038m3/phút c)Mô hình thí nghiệm Hình 3.2: Mô hình bể SBR dự kiến xây dựng Đá bọt thổi khí Máy bơm khí Nước sau xử lý SBR 1 SBR 2 Nước thải Van xả nước Van xả bùn
Khóa luận tốt nghiệp DH8MT GVHD: Th.s Trần Thị Hồng Ngọc 19 SVTH: Trần Thị Vàng – DMT072067 * Vận hành mô hình - Cấp bùn hoạt tính cho 2 bể SBR với nồng độ bùn 30% ở thí nghiệm 1 và 40% ở thí nghiệm 2.
- Cho 30 lít nước thải từ bể chứa nước thải lần lượt chảy vào 2 bể SBR. - Sục khí 12h để xáo trộn bùn và khí, trong thời gian sục khí tiến hành
theo dõi DO, nồng độ oxy hòa tan duy trì 4 – 6 mg/l.
- Định kì 2h lấy mẫu trong mỗi bể SBR để lắng 30 phút trong ống đong 1000ml.
- Lấy nước đầu ra để phân tích các chỉ tiêu SS, BOD5, COD, N-NH4+, PO43-
Dựa vào nồng độ đầu vào và đầu ra của các thông số, xác định được hiệu suất xử lý SS, BOD5, COD, N-NH4+, PO43- theo thời gian sục khí 2h, 4h, 6h, 8h, 10h, 12h qua 2 thí nghiệm.
3.6.3. Cách tiến hành thí nghiệm
1) Phân tích nước thải đầu vào và bùn hoạt tính
2) Khảo sát hiệu suất xử lý SS, BOD5, COD, N-NH4+, PO43- theo thời gian sục khí 2h, 4h, 6h, 8h, 10h, 12h
* Thí nghiệm 1(TN1): Nồng độ bùn 30%
Bước 1: Chuẩn bị 30 lít nước thải thủy sản; Bước 2: Chuẩn bị bùn hoạt tính;
Bùn lấy từ công ty đem về sục khí khoảng 3h đểổn định bùn
Bước 3: Lần lượt cấp bùn hoạt tính vào bể 1 4,5 lít và bể 2 4,5 lít, nồng
độ bùn trong bể là 3000mg/l;
Bước 4: Bậc máy thổi khí;
Bước 5: Lần lượt cấp nước thải vào bể 1, bể 2 mỗi bể 15 lít, lưu lượng là 0,75lít/phút;
Bước 6: Định kỳ cách 2h lấy nước thải trong 2 bể ra để lắng 30 phút trong 2 ống đong;
Bước 7: Lấy phần nước trong phân tích các chỉ tiêu SS, BOD5, COD, N- NH4+, PO43-;
Khóa luận tốt nghiệp DH8MT
GVHD: Th.s Trần Thị Hồng Ngọc 20 SVTH: Trần Thị Vàng – DMT072067
Bước 8: Sau 12h, tắt máy thổi khí, rửa mô hình.
* Thí nghiệm 2 (TN2): Nồng độ bùn 40%
Bước 1: Chuẩn bị 30 lít nước thải thủy sản;
Bước 2: Lần lượt cấp bùn hoạt tính vào bể 1 6 lít và bể 2 6 lít, nồng độ
bùn trong bể là 4000mg/l ;
Bước 3: Bậc máy thổi khí;
Bước 4: Lần lượt cấp nước thải vào bể 1, bể 2 mỗi bể 15 lít, lưu lượng là 0,75lít/phút;
Bước 5: Định kỳ cách 2h lấy nước thải trong 2 bể ra để lắng 30 phút trong 2 ống đong;
Bước 6: Lấy phần nước trong phân tích các chỉ tiêu SS, BOD5, COD, N - NH4+, PO43-;
Bước 7: Sau 12h xử lý, ngưng chạy mô hình;
Bước 8: Rửa mô hình.
3.6.4. Phương pháp phân tích
Bảng 3.5: Các thông số và phương pháp phân tích
STT Thông số Đơn vị Phương pháp phân tích
1 Nhiệt độ oC Nhiệt kế
2 pH Xác định bằng giấy chỉ thị pH
3 SS mg/l Phương pháp trọng lượng (lọc qua giấy
lọc sợi thủy tinh, Ø = 47mm)
4 COD mg/l Phương pháp bicromat
5 BOD5 mg/l Phương pháp winkler
6 N - NH4+ mg/l Phương pháp Indophenol blue
Khóa luận tốt nghiệp DH8MT
GVHD: Th.s Trần Thị Hồng Ngọc 21 SVTH: Trần Thị Vàng – DMT072067
3.6.5. Phương pháp xử lý số liệu
Sử dụng phần mềm ứng dụng Microsoft Excel để xử lý số liệu đã phân tích.
Khóa luận tốt nghiệp DH8MT
GVHD: Th.s Trần Thị Hồng Ngọc 22 SVTH: Trần Thị Vàng – DMT072067
Chương 4
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
4.1. Kết quả thiết kế và xây dựng mô hình 4.1.1. Kết quả thiết kế 4.1.1. Kết quả thiết kế Bảng 4.1: Kết quả tính toán bể SBR STT Thông số Kết quả Đơn vị 1 Thể tích 1 bể V = 0,025m3 m3 2 Chiều dài bể A = 0,4m m 3 Chiều rộng bể B = 0,3m m 4 Chiều cao bể H = 0,25m m 4.1.2. Kết quả xây dựng Hình 4.1:Mô hình bể SBR
Khóa luận tốt nghiệp DH8MT
GVHD: Th.s Trần Thị Hồng Ngọc 23 SVTH: Trần Thị Vàng – DMT072067
4.2. Kết quả quá trình thí nghiệm
4.2.1. Kết quả phân tích nước thải đầu vào và bùn hoạt tính a) Nước thải đầu vào a) Nước thải đầu vào
Nước thải được phân tích qua 3 đợt. Kết quả phân tích như sau:
Bảng 4.2: Thành phần và tính chất nước thải đầu vào Giá trị đầu vào STT Thông số Đợt 1 Đợt 2 Đợt 3 Đơn vị 1 Nhiệt độ 25 25 26 oC 2 pH 7 7 7 3 SS 250 225 166,76 mg/l 4 COD 1025 1208 986 mg/l 5 BOD5 786 820 592,6 mg/l 6 N - NH4+ 16,24 16,74 16,75 mg/l 7 PO43- 6,55 6,68 6,63 mg/l
Qua 3 đợt phân tích mẫu nước thải đầu vào cho thấy:
- Giá trị đầu vào của SS, COD, BOD5 cao. Hàm lượng SS khoảng 166,76 - 250 mg/l, nồng độ COD khoảng 986 - 1208 mg/l và nồng độ BOD5
khoảng 592,6 - 820 mg/l. Ngoài ra, nước thải còn có màu xám đen và mùi hôi thối rất khó chịu.
- Tỷ lệ BOD5/COD = 0,6 - 0,77, giá trị pH = 7 thích hợp để xử lý bằng phương pháp sinh học.
- Số liệu giữa 3 đợt phân tích không đồng nhất, có sự sai khác tương
đối lớn cụ thể như hàm lượng COD phân tích đợt 2 lớn hơn đợt 3 đến 222 mg/l, hàm lượng BOD5 phân tích đợt 2 lớn hơn đợt 3 tới 227,4 mg/l, các chỉ
tiêu còn lại có sự chênh lệch không đáng kể. Qua đó, chứng tỏ hàm lượng các chất ô nhiễm trong nước thải phụ thuộc vào thành phần nguyên liệu cá sản
Khóa luận tốt nghiệp DH8MT
GVHD: Th.s Trần Thị Hồng Ngọc 24 SVTH: Trần Thị Vàng – DMT072067 xuất. Vì vậy, để có độ chính xác cao việc phân tích mẫu nước thải đầu vào trong mỗi đợt trước khi đưa nước thải vào chạy mô hình là rất cần thiết.
b) Bùn hoạt tính
Bùn hoạt tính lấy từ Công ty Cổ phần Việt An đem về xác định chỉ số
bùn đểđánh giá khả năng lắng của bùn. Kết quả như sau:
Chỉ số bùn: SVI = = 64,69 ml/g
Từ kết quả phân tích chỉ số bùn, chứng tỏ bùn hoạt tính lắng tốt (theo Trịnh Xuân Lai (2000), xử lý nước thải bằng bùn hoạt tính SVI thường dao
động 50 - 150 ml/g). Vì vậy, bùn lấy tại Công ty Cổ phần Việt An có thể dùng