- Mỏy thổi khớ
- Ống đong cỏc loại - Mỏy lắc - Mỏy đo pH - Cõn phõn tớch 4 số - Bỡnh hỳt ẩm - Chộn sứ
- Đũa thuỷ tinh đầu bẹt, dài khoảng 5 cm - Tủ cấy vi sinh
- Ống nghiệm - Đĩa petri
2.3.3. Danh mục cỏc hoỏ chất dựng để tiến hành thực nghiệm
- Nƣớc cất, thạch aga
- Cao thịt, pepton, casein, dextrin, bột giấy (CMC), tinh bột - NaCl, K2HPO4, MgSO4.7H2O, KNO3, FeSO4, H2SO4, NaOH
2.3.4. Phương phỏp tiến hành thực nghiệm Bio-toilet theo mẻ
Thực nghiệm đƣợc tiến hành trờn hệ thớ nghiệm với thể tớch 50 lớt (xem hỡnh 2.2). Trộn chế phẩm vi sinh với một ớt nƣớc cho đủ độ ẩm khoảng 50 - 60%, sau đú trộn cựng với than cacbon hoỏ tre. Hỗn hợp đƣợc đƣa vào thựng chứa qua cửa tiếp liệu, ủ 3 ngày ở nhiệt độ 25 - 30oC để vi sinh phỏt triển và bỏm dớnh lờn giỏ thể. Sau đú mới thờm cỏc thành phần chất thải vào theo yờu cầu của quỏ trỡnh thực nghiệm. a. Xỏc định pH tối ƣu
Chỳng tụi sử dụng cụng thức phối trộn nhƣ sau: - Than cacbon hoỏ tre: 3,6kg
- Chế phẩm vi sinh: 180g (5% so với giỏ thể) - Phõn: 0,2kg
- Nƣớc tiểu: 0,3 lớt
Thực nghiệm đƣợc tiến hành bằng cỏch thay đổi dải pH từ 4,6,7,8,10 thể hiện ở bảng sau:
Bảng 2.2. Bảng cụng thức phối trộn xỏc định pH tối ưu
Than cacbon húa tre (kg) 3,6 3,6 3,6 3,6 3,6 Chế phẩm vi sinh (g) 180 180 180 180 180 Phõn (kg) 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 Nƣớc tiểu (lớt) 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 Độ pH 4 6 7 8 10
Thực nghiệm đƣợc tiến hành trong 3 tuần, một tuần lấy mẫu 1 lần để phõn tớch cỏc chỉ tiờu vi sinh, từ đú xỏc định đƣợc độ pH phự hợp của than cacbon hoỏ tre và chế phẩm vi sinh.
b. Xỏc định độ ẩm tối ƣu
Chỳng tụi cũng sử dụng cụng thức phối trộn nhƣ trờn, nhƣng thay đổi độ ẩm từ 30, 40, 50, 60, 70% thể hiện ở bảng sau:
Bảng 2.3. Bảng cụng thức phối trộn xỏc định độ ẩm tối ưu
Mụ hỡnh 1 Mụ hỡnh 2 Mụ hỡnh 3 Mụ hỡnh 4 Mụ hỡnh 5 Than cacbon hoỏ tre (kg) 3,6 3,6 3,6 3,6 3,6 Chế phẩm vi sinh (g) 180 180 180 180 180 Phõn (kg) 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 Nƣớc tiểu (lớt) 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 Độ ẩm (%) 30 40 50 60 70
Thực nghiệm đƣợc tiến hành trong 3 tuần, một tuần lấy mẫu 1 lần để phõn tớch cỏc chỉ tiờu vi sinh, từ đú xỏc định đƣợc độ ẩm phự hợp của than cacbon hoỏ tre và chế phẩm vi sinh.
Trong thực nghiệm này, chỳng tụi giữ nguyờn cỏc thụng số về than cacbon hoỏ tre là 3,6 kg; phõn là 0,2 kg; nƣớc tiểu là 0,3 lớt; chỉ thay đổi lƣợng chế phẩm vi sinh so với than cacbon hoỏ tre từ mụ hỡnh 1 đến mụ hỡnh 5 là 0; 1; 3; 5; 10%. Tỉ lệ phối trộn thể hiện ở bảng sau:
Bảng 2.4. Bảng cụng thức phối trộn xỏc định tỉ lệ phối trộn tối ưu
Mụ hỡnh 1 Mụ hỡnh 2 Mụ hỡnh 3 Mụ hỡnh 4 Mụ hỡnh 5 Than cacbon húa tre (kg) 3,6 3,6 3,6 3,6 3,6 Phõn (kg) 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 Nƣớc tiểu (lớt) 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 Chế phẩm vi sinh (g) 0 36 108 180 360
Thực nghiệm đƣợc tiến hành trong 3 tuần, 1 tuần lấy mẫu 1 lần để phõn tớch cỏc chỉ tiờu, đồng thời đo nhiệt độ của hỗn hợp tại thời điểm lấy mẫu.
Cỏc chỉ tiờu cần đo trong thực nghiệm Bio-toilet theo mẻ bao gồm: - Nhiệt độ
- Vi sinh vật hiếu khớ, kỵ khớ - Chỉ tiờu tổng Coliform - Chỉ tiờu Fecal Coliform - Chỉ tiờu Salmonella
2.3.5. Phương phỏp tiến hành thực nghiệm Bio-toilet liờn tục
Thực nghiệm đƣợc tiến hành trờn hệ thớ nghiệm với thể tớch 50 lớt (xem hỡnh 2.2). Tỷ lệ phối trộn của giỏ thể, chế phẩm vi sinh và lƣợng chất thải đƣợc xỏc định ở mục 2.3.4 nhƣ sau:
- Giỏ thể: 3,6 kg
- Phõn: 0,2 kg/lần - Nƣớc tiểu: 0,3lớt/lần - pH: 6 - 8
- Độ ẩm: 50 - 60%
Để xỏc định đƣợc cỏc thụng số cụng nghệ nhƣ thời gian phõn huỷ và tốc độ khuấy trộn, tiến hành xõy dựng mụ hỡnh thớ nghiệm với tỷ lệ phối trộn nhƣ trờn, nhƣng thay đổi tốc độ khuấy tại mỗi mụ hỡnh 10 phỳt/lần, 20 phỳt/lần, 30 phỳt/lần, 40 phỳt/lần, 60 phỳt/lần. Lƣợng chất thải đƣợc bổ sung liờn tục qua cửa tiếp liệu một ngày một lần. Sau đú tiến hành lấy mẫu một tuần một lần để phõn tớch cỏc chỉ tiờu vi sinh. Từ đú xỏc định đƣợc thời gian phõn huỷ và tốc độ khuấy trộn tối ƣu cho mụ hỡnh. Phƣơng phỏp tiến hành thể hiện rừ hơn tại bảng sau:
Bảng 2.5. Bảng cụng thức phối trộn trong mụ hỡnh Bio-toilet liờn tục
Mụ hỡnh 1 phỳt/lần Mụ hỡnh 2 phỳt/lần Mụ hỡnh 3 phỳt/lần Mụ hỡnh 4 phỳt/lần Mụ hỡnh 5 phỳt/lần Than cacbon húa tre (kg) 3,6 3,6 3,6 3,6 3,6 Chế phẩm vi sinh (g) 180 180 180 180 180 Phõn (kg)/ lần 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 Nƣớc tiểu (lớt)/ lần 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 Tốc độ khấy trộn (phỳt/lần) 10 20 30 40 60
Thực nghiệm cũng đƣợc tiến hành trong 3 tuần, 1 tuần lấy mẫu 1lần để phõn tớch cỏc chỉ tiờu, đồng thời đo nhiệt độ của hỗn hợp tại thời điểm lấy mẫu.
Cỏc chỉ tiờu cần đo trong thực nghiệm Bio-tolet liờn tục bao gồm: - Nhiệt độ
- Vi sinh vật phõn giải xenluloza - Chỉ tiờu tổng Coliform
- Chỉ tiờu Fecal Coliform - Chỉ tiờu Salmonella
2.3.6. Quy hoạch thực nghiệm
+ Cỏch lấy mẫu để phõn tớch cỏc chỉ tiờu về vi sinh: Lấy mẫu trong mỗi mụ hỡnh (hỡnh 3.1) ở cỏc điểm với khoảng cỏch tƣơng đối đều nhau, bờn trờn lấy 3 điểm, giữa lấy 3 điểm và bờn dƣới lấy 3 điểm. Trộn đều 9 điểm đó lấy với nhau, sau đú cắt làm 4 phần đều nhau, lấy 1 phần và lại tiếp tục trộn đều và chia đều thành 4 phần. Cứ tiếp tục lặp đi lặp lại nhƣ vậy cho đến khi đủ lƣợng mẫu cú thể phõn tớch đƣợc. + Cỏch điều chỉnh pH trong cỏc mụ hỡnh thớ nghiệm: Sử dụng húa chất NaOH và HCl (1%) để điều chỉnh cỏc khoảng pH từ 4 đến 10.
CHƢƠNG 3 - KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Kết quả về tớnh toỏn, thiết kế mụ hỡnh thớ nghiệm
Sau khi đó lựa chọn đƣợc vật liệu là giỏ thể sinh học, chế phẩm sinh học dựng để phõn huỷ chất thải sinh học trong mụ hỡnh Bio-toilet, cần thiết phải xỏc định cỏc thụng số vận hành tối ƣu mụ hỡnh Bio-toilet nhƣ độ ẩm, pH, tỷ lệ phối trộn giữa giỏ thể, chế phẩm và chất thải. Vỡ thế, đó tớnh toỏn, thiết kế mụ hỡnh nhƣ sau:
Hỡnh 3.1. Mụ hỡnh thực nghiệm Bio-toilet
Trong tớnh toỏn này, mụ hỡnh là thiết bị phõn huỷ sinh học chất thải cú cụng suất tƣơng đƣơng 01 lƣợt ngƣời/ngày.
Thiết bị bao gồm phần chứa hỗn hợp giỏ thể sinh học, chế phẩm và chất thải. Ngoài ra, thiết bị cần cú cơ cấu đảo trộn, đƣờng cấp khụng khớ vào và thoỏt khớ thải.
Tớnh toỏn lƣợng giỏ thể sinh học nhƣ sau:
+ Tải trọng chất hữu cơ BOD5 cần thiết phải đƣợc phõn huỷ trong mụ hỡnh thiết bị đƣợc xỏc định theo cụng thức sau: MH 1 MH 2 MH 3 MH 4 MH 5
MBOD=k.N.q.Chc.w (10) Trong đú: MBOD – tải trọng BOD5 kg/ngày
k – hệ số quy đổi, k=1,1-1,3 N – số lƣợt ngƣời/ngày,
q- lƣợng thải trung bỡnh của con ngƣời, kg/ngƣời/ngày; Chc – tỷ lệ thành phần hyratcacbon trong chất thải (khụ) w – độ ẩm của chất thải
MBOD=1,2 x 1 x 0,2 x 0,4 x 0,55=0,0528 kg/ngày
+ Tải trọng xử lý trờn 1 m2 bề mặt giỏ thể sinh học đƣợc tớnh theo cụng thức:
0 . . T P H k C Trong đú: 0
C - Tải trọng chất hữu cơ BOD5 cho phộp trờn 1m2 bề mặt giỏ thể sinh học, g/m3
.ngày
H - chiều cao lớp vật liệu lọc trong thiết bị, m P - độ rỗng của lớp vật liệu lọc
T
k -Hệ số nhiệt độ
Ta sử dụng than cacbon húa từ tre làm giỏ thể sinh học cú độ rỗng P= 90% và diện tớch bề mặt đơn vị Fa= 400 m2/m3
Với hiệu suất xử lý khoảng 90% thỡ ta cú thể chọn ŋ= 2,6 -
kT = 0,2 . 1,047T- 20, ở đõy T là nhiệt độ những ngày lạnh mựa đụng ở Hà Nội t=100C (lấy gần đỳng bằng nhiệt độ thỏng lạnh nhất về mựa đụng)
kt = 0,2. 1,04710-20 = 0,126 Thay số vào cụng thức trờn ta cú:
Co = P H k. . T
n = 90.1.0,166
2, 6 = 4,36 (g/m2ngày)
- Tải trọng xử lý BOD5 cho phộp trờn một đơn vị thể tớch là: q F m.
Trong đú: Fa: diện tớch bề mặt, m2/m3
Vậy:
qo=400.4,36= 1744 g/m3/ngày= 1,744 kg/m3/ngày
- Thể tớch khối giỏ thể sinh học đƣợc tớnh theo cụng thức sau:
Vsh=MBOD/q0=0,0528/1,744=0,030m3=30 lớt
Chọn mụ hỡnh cú thể tớch là 50 lớt vỡ cần cú khụng gian để lắp đặt cơ cấu khuấy trộn - Khối lƣợng than giỏ thể là:
Mthan =.Vsh=120.0,03=3,6 kg
Trong đú: - tỷ trọng của than giỏ thể sinh học, kg/m3
3.2. Kết quả thực nghiệm Bio-toilet theo mẻ
Thực nghiệm đƣợc tiến hành nhƣ mụ tả ở phần trờn. Kết quả của thực nghiệm Bio-toilet theo mẻ nhƣ sau:
3.2.1. Xỏc định pH tối ưu
Mỗi nhúm vi sinh vật sống trong mụi trƣờng pH nhất định, đa số thớch hợp pH trung tớnh. Tuy nhiờn một số nhúm vi sinh vật lại sống trong mụi trƣờng axit hoặc kiềm. Chớnh vỡ vậy, khi pH thay đổi thỡ sẽ ảnh hƣởng đến vi sinh vật bởi vỡ làm mất sự thăng bằng về trao đổi chất giữa mụi trƣờng và vi sinh vật dẫn đến vi sinh vật bị tiờu diệt.
Tiến hành thực nghiệm này để tỡm đƣợc pH tối ƣu cho sự phỏt triển của vi sinh vật trong cụng nghệ Bio-toilet khụ.
a. Vi sinh vật hiếu khớ tổng số
Ở mụ hỡnh 1 (pH = 4) và mụ hỡnh 5 (pH = 10), số lƣợng vi sinh vật tăng nhẹ trong hai tuần đầu làm thực nghiệm, nhƣng đến tuần thứ ba thỡ cú xu hƣớng giảm. Điều đú chứng tổ rằng độ pH 4 và 10 khụng thớch hợp cho sự phỏt triển của vi sinh vật cú trong chế phẩm BIOMIX 1.
Ở mụ hỡnh 3 (pH = 7), số lƣợng vi sinh vật tổng số tăng mạnh sau ba tuần tiến hành thực nghiệm. Mụ hỡnh 2 (pH = 6) và mụ hỡnh 4 (pH= 8), số lƣợng vi sinh vật cũng tăng dần sau ba tuần thực nghiệm, tuy nhiờn khụng tăng nhiều nhƣ mụ hỡnh 3 (pH = 7).
Bảng 3.1 - Vi sinh vật hiếu khớ tổng số của hỗn hợp tại cỏc thời điểm khỏc nhau
(tớnh theo CFU/g)
Thời điểm lấy mẫu
Lỳc 0 giờ Sau 6 ngày Sau 12 ngày Sau 18 ngày
Mụ hỡnh 1 2,7 x 108 3,1 x 108 3,7 x 108 2,1 x 108 Mụ hỡnh 2 2,5 x 108 4,2 x 108 1,1 x 109 4,3 x 109 Mụ hỡnh 3 2,8 x 108 7,2 x 108 5,0 x 109 4,4 x 1010 Mụ hỡnh 4 3,0 x 108 6,0 x 108 2,0 x 109 4,2 x 109 Mụ hỡnh 5 2,4 x 108 3,7 x 108 4,0x 108 3,2 x 108
Sự biến đổi về số lƣợng vi sinh vật đƣợc thể hiện ở đồ thị sau:
Hỡnh 3.2. Sự biến đổi số lượng vi sinh vật hiếu khớ tổng số
b. Vi sinh vật kỵ khớ tổng số (tớnh theo CFU/g)
Ở mụ hỡnh 2 ( pH - 6) và mụ hỡnh 3 (pH = 7), số lƣợng vi sinh vật kỵ khớ tăng nhiều hơn cỏc mụ hỡnh khỏc. Mở mụ hỡnh 5 (pH = 10), nhúm vi sinh vật kỵ khớ cú xu hƣớng giảm sau ba tuần thực nghiệm, vỡ pH này khụng thớch hợp cho sự phỏt triển của vi sinh vật kỵ khớ.
S ố lƣợ n g vi sin h vật
Bảng 3.2 - Vi sinh vật kỵ khớ tổng số của hỗn hợp tại cỏc thời điểm khỏc nhau
(tớnh theo CFU/g)
Thời điểm lấy mẫu
Lỳc 0 giờ Sau 6 ngày Sau 12 ngày Sau 18 ngày
Mụ hỡnh 1 1,7 x 106 2,0 x 106 2,5 x 106 3,0 x 106 Mụ hỡnh 2 2,0 x 106 4,2 x 106 1,0 x 107 3,1 x 107 Mụ hỡnh 3 2,4 x 106 1,8 x 107 4,3 x 107 5,9 x 107 Mụ hỡnh 4 2,5 x 106 3,5 x 106 8,3 x 106 1,9 x 107 Mụ hỡnh 5 1,8 x 106 2,0 x 106 1,6x 106 1,1 x 106
Sự biến đổi về số lƣợng vi sinh vật đƣợc thể hiện ở đồ thị sau:
Hỡnh 3.3. Sự biến đổi số lượng vi sinh vật kỵ khớ tổng số
c. Vi sinh vật phõn giải xenluloza
Cú rất nhiều loại vi sinh vật cú khả năng phõn giải xenluloza, bao gồm cỏc loại nấm. vi khuẩn và xạ khuẩn. Và mỗi một loại lại cú một pH tối ƣu cho sự phỏt triển của chỳng. S ố lƣợ n g vi sin h vật
Bảng 3.3 - Vi sinh vật phõn giải xenluloza của hỗn hợp tại cỏc thời điểm khỏc nhau
(tớnh theo CFU/g)
Thời điểm lấy mẫu
Lỳc 0 giờ Sau 6 ngày Sau 12 ngày Sau 18 ngày
Mụ hỡnh 1 1,9 x 105 2,1 x 105 3,2 x 105 2,1 x 105 Mụ hỡnh 2 3,3 x 105 1,2 x 106 3,3 x 106 5,4 x 106 Mụ hỡnh 3 3,6 x 105 3,0 x 106 5,2 x 106 2,3 x 107 Mụ hỡnh 4 2,8 x 105 2,2 x 106 3,2 x 106 3,7 x 106 Mụ hỡnh 5 2,3 x 105 2,5 x 105 3,0x 105 2,6 x 105
Sự biến đổi về số lƣợng vi sinh vật đƣợc thể hiện ở đồ thị sau:
Hỡnh 3.4. Sự biến đổi số lượng vi sinh vật phõn giải xenluloza
Qua đồ thị ta cú thể thấy ở mụ hỡnh 2 (pH= 6), mụ hỡnh 3 (pH = 7) và mụ hỡnh 4 (pH = 8) số lƣợng vi sinh vật phõn giải xenluloza tăng mạnh từ 105 CFU/g lờn 107 CFU/g, nhƣng mụ hỡnh 3 là tăng nhiều nhất.
Ở mụ hỡnh 1 (pH = 4) và mụ hỡnh 5 (pH = 10), sau ba tuần tiến hành thực nghiệm thỡ lƣợng vi sinh vật cú xu hƣớng giảm, chứng tỏ ở mụi trƣờng quỏ axit và
S ố lƣợ n g vi sin h vật
quỏ khiềm thỡ nhúm vi sinh vật phõn giải xenluloza phỏt triển kộm. Nhúm vi sinh vật này phỏt triển tốt nhất ở pH trung tớnh.
Kết luận:
Qua kết quả thực nghiệm về sự biến đổi số lƣợng của nhúm vi sinh vật hiếu khớ tổng sổ, vi sinh vật kỵ khớ, vi sinh vật phõn giải xenluloza, nhận thấy ở khoảng pH 6 đến 8 là phự hợp với sự phỏt triển của hệ vi sinh vật cú trong chế phẩm BIOMIX 1. Ở điều kiện pH này, hệ vi sinh vật trong chế phẩm tăng trƣởng một cỏch đỏng kể về số lƣợng, thuận lợi cho quỏ trỡnh phõn huỷ chất thải sinh học trong cụng nghệ Bio-toilet khụ.
3.2.2. Xỏc định độ ẩm tối ưu a. Vi sinh vật hiếu khớ tổng số a. Vi sinh vật hiếu khớ tổng số
Số lƣợng vi sinh vật hiếu khớ tổng số tại mụ hỡnh 1 (độ ẩm 30%), mụ hỡnh 2 (độ ẩm 40%) và mụ hỡnh 5 (độ ẩm 70%) giữ ở mức duy trỡ 108 CFU/g. Tại mụ hỡnh 3 (độ ẩm 50% và mụ hỡnh 4 (độ ẩm 60%), số lƣợng vi sinh vật hiếu khớ tăng, từ 108 CFU/g lờn 1010 CFU/g. Lƣợng vi sinh vật tăng sẽ giỳp cho quỏ trỡnh phõn huỷ chất thải hữu cơ diễn ra thuận lợi.
Bảng 3.4 - Vi sinh vật hiếu khớ tổng số của hỗn hợp tại cỏc thời điểm khỏc nhau
(tớnh theo CFU/g)
Thời điểm lấy mẫu
Lỳc 0 giờ Sau 6 ngày Sau 12 ngày Sau 18 ngày
Mụ hỡnh 1 3,2 x 108 3,8 x 108 4,0 x 108 5,3 x 108 Mụ hỡnh 2 2,9 x 108 3,0 x 108 3,5 x 108 4,3 x 108 Mụ hỡnh 3 3,1 x 108 5,2 x 108 2,0 x 109 6,4 x 109 Mụ hỡnh 4 2,8 x 108 3,7 x 108 4,2 x 109 5,1 x 1010 Mụ hỡnh 5 2,5 x 108 2,7 x 108 5,0x 108 1,2 x 109
Hỡnh 3.5. Sự biến đổi số lượng vi sinh vật hiếu khớ tổng số
b.Vi sinh vật kỵ khớ tổng số
Núi chung là tăng, nhƣng tăng nhẹ. Nhúm vi sinh vật kỵ khớ chủ yếu và vi