a. Giai đoạn sinh học. [5,9,11]
Quy trỡnh hoạt động cú thể là liờn tục 1 bể hoặc cú thể gần tương tự như bể SBR và giỏn đoạn do đú số bể 2 tuỳ thuộc vào lưu lượng nước thải cần xử lý và cấu hỡnh bể lựa chọn. Ở giai đoạn này chủ yếu tạo phản ứng sinh hoỏ trong bể phản ứng, đõy cũng là thời điểm xảy ra cỏc quỏ trỡnh phõn huỹ chất ụ nhiễm trong hệ phản ứng được sục khí bằng bong búng bọt nhỏ mịn, DO trong bể hiếu khí duy trỡ tốt nhất từ 2 - 4 mg/L.
Oxy hoỏ cỏc chất hữu cơ:
CxHyOzN + ( x+ 4 y + ) 4 3 3 z O2 VSV xCO2 + 2 3 y H2O + NH3 + ∆H Tổng hợp sinh khối: CxHyOzN + NH3 + O2 VSV C5H7NO2 + CO2 + H2O + ∆H Với : CxHyOzN là cụng thức tổng quỏt của chất hữu cơ
C5H7NO2 là thành phần hoỏ học của vi sinh vật (VSV), biểu thị thành phần tế bào VSV ở thời điểm hụ hấp nội bào.
Khi làm thoỏng cỏc tế bào VSV tiếp xỳc với nước thải cú chất hữu cơ sẽ diễn ra quỏ trỡnh tiếp xỳc và hụ hấp hoạt tính, lỳc đú thành phần hoỏ học của tế bào là CxHyOzN- C5H7NO2. Nếu tiếp tục làm thoỏng, thành phần chất hữu cơ sẽ bị oxy hoỏ, VSV trong bựn hoạt tính sẽ sử dụng cỏc chất đó hấp thụ được để thực hiện quỏ trỡnh trao đổi chất, sinh trưởng và phỏt triển.
Hụ hấp nội bào:
Nếu quỏ trỡnh oxy hoỏ diễn ra đủ dài thỡ sau khi sử dụng cỏc chất hữu cơ cú sẵn thỡ mới bắt đầu quỏ trỡnh chuyển hoỏ cỏc chất của tế bào.
Khúa 19-CHMT 27 Trường Đại học Khoa học Tự nhiờn
Chất hữu cơ ---> lờn men
yếm khí
CH4 + CO2 + H2 + NH3 + H2S
C5H7NO2 NH3 + 5CO2 + 2H2O + ∆H
Hay: C5H7NO2 + 5O2 NH3 + 5CO2 + 2H2O + ∆H
Quỏ trỡnh nitrat hoỏ:
NH3 (NH4+) + O2 NO2 + O2 NO3
Quỏ trỡnh khử Nitrat: nitrate được chuyển thành khớ Nitơ trong điều kiện thiếu khớ và kỵ khớ: 2NO3- + 2(H2) 2NO2- +2H+ +2H2O 2NO2- + 3(H2) N2 + 2OH- +2H2O Chuyển húa S,P: S 4 4 , V V , hcS PSO PO
Những yếu tố ảnh hƣởng đến hiệu suất xử lý sinh học
Nhiệt độ:Nhiệt độ ảnh hưởng tới độ hoà tan oxy trong nước thải; ảnh hưởng tới sự thoỏt khí trong hệ thống xử lý; tới sự sống và khả năng trao đổi chất của VSV.
Sự phụ thuộc vào nhiệt độ tới quỏ trỡnh xử lý sinh học được biểu thị dưới dạng biểu thức: kT = k20.θT-20 max T = 20max.e k.(T-20) Trong đú: k20 : hệ số tốc độ phõn huỷ ở 200C KT : hệ số tốc độ phõn huỷ ở T0C T : Nhiệt độ (0C)
pH: pH ảnh hưởng tới độ hoạt hoỏ enzym của VSV
Động lực của pH được mụ tả : pHmax= pHo p tmax.
pH pH k I k
Khúa 19-CHMT 28 Trường Đại học Khoa học Tự nhiờn
KpH là hằng số I = 10pHoptpH 1 Thường thỡ trong hệ thống nước thải : kpH = 150 – 250
pH (hiếu khí) = 5-9 pHopt = 6,5 – 8,5
Nồng độ cơ chất và oxy hũa tan: Ảnh hưởng của oxy và nồng độ cơ chất được biểu thị qua tốc độ tăng trưởng:
μ = μmax . ` . DO s DO k DO k s s
μmax : tốc độ phỏt triển lớn nhất (l/ngày) s = BOD5
ks, kDO : hằng số bỏn bóo hòa đối với cơ chất và oxy hòa tan Cỏc chất kỡm hóm
Ảnh hưởng của cỏc chất kỡm hóm được biểu thị qua: Chất kỡm hóm cạnh tranh: μ = μmax. ) 1 ( I s k I k s s (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Khi cú chất kỡm hóm cạnh tranh thỡ ks tăng do chất kỡm hóm cạnh tranh với cơ chất làm giảm ỏi lực ks’ = ks (1 + I k I ) Trong đú : I : nồng độ chất ức chế (mg/l)
ks : hằng số bỏn bóo hòa đối với chất ức chế I ks’ : hằng số bỏn bóo hòa đối với cạnh tranh
Chất kỡm hóm khụng cạnh tranh
Khúa 19-CHMT 29 Trường Đại học Khoa học Tự nhiờn μ’max = μmax . I k I k và μ = μmax . ) 1 ).( ( I s k I k s s
Kỡm hóm do dư thừa cơ chất: μ = μmax .
s k k I s I 1 1
Ngoài ra hiệu quả quỏ trỡnh xử lý còn chịu ảnh hưởng của cỏc chất độc như: kim loại nặng (Hg, As, Cd, Cu, Pb, Ni, Cr...), cỏc chất oxy húa mạnh (KMnO4, H2O2...), cỏc chất axit và kiềm.
b. Giai đoạn lọc màng
Sau khi qua giai đoạn xử lý sinh học, tiếp đến là giai đoạn lọc qua màng. Màng hoạt động nhờ vào ỏp lực hỳt do bơm tạo ra để đưa nước sạch ra ngoài bể và dẫn đi sử dụng cho cỏc mục đích khỏc nhau hoặc thải ra nguồn tiếp nhận. ở giai đoạn này cần cú thiết bị đo ỏp lực qua màng dựa vào lượng nước sạch lấy ra. Đồng thời kiểm soỏt vận hành của màng đảm bảo sao cho trỏnh bị hụt hay vỡ 1 nơi nào đú.
Cỏc yếu tố ảnh hƣởng đến hiệu quả tỏch loại của quỏ trỡnh lọc màng
Kớch thước mao quản: xột đến yếu tố tắc nghẽn màng liờn quan đến đặc điểm chất tan và thành phần hạt trong dung dịch. Để cú được độ thấm thích hợp và hiệu quả xử lý, cũng như làm giảm hay tăng trở lực cho màng khi nước thấm qua liờn quan đến năng lượng hoạt động. Vỡ vậy trong hệ MBR thường dựng màng UF hoặc MF dành cho xử lý nước thải trong MBR sau đú nếu xử lý tiếp theo mới dựng màng RO.
Bản chất và nồng độ của chất ụ nhiễm: màng lọc nước phụ thuộc trực tiếp vào chất lượng nước liờn quan đến quỏ trỡnh tiền xử lý và để vận hành màng ở điều kiện phự hợp.
Nồng độ sinh khối: nồng độ MLSS liờn quan trực tiếp đến sự ụ nhiễm màng. Nếu MLSS tăng cao thỡ làm giảm tính thấm cho màng. Trong màng nồng độ MLSS cú thể lờn tới mức cảnh bỏo giới hạn là 30 g/L, thường nồng độ này tối ưu ở 8 - 12
Khúa 19-CHMT 30 Trường Đại học Khoa học Tự nhiờn
g/L dễ dàng kiểm soỏt cỏc điều kiện thuỷ động lực. ở nồng độ 15 - 18g/L đó cú dấu hiệu giảm tính thấm rừ rệt.
Độ nhớt: độ nhớt làm cho tính thấm tăng hay giảm và liờn quan đến màng hoạt động ở 1 nồng độ MLSS nhất định, theo kết quả thử nghiệm Itonaga et al 2004 thỡ giỏ trị MLSS từ 10 – 17 g/l độ nhớt chưa cú dấu hiệu ảnh hưởng rừ đến tính thấm.
Nhiệt độ: ảnh hưởng đến màng lọc thụng qua độ nhớt và đến tính thấm. Nhiệt độ tăng độ nhớt giảm, và nhiệt độ ảnh hưởng đến dòng thấm qua màng:
20
20 1, 025T
J J
J – dòng thấm qua ở nhiệt độ nước thải T. J20 – dòng thấm qua ở nhiệt độ 20 độ C. DO: trong màng DO cấp cho VSV hoạt động và phục hồi tính thấm cho màng. Trong hệ MBR thường trong bể phản ứng sục khí bằng bong búng mịn làm tăng hiệu quả hoà tan Oxi, còn trong màng thường thụng khí bằng bọt thụ để làm thụng màng do đú mà DO thấp làm giảm khả năng hấp thụ của VSV trong màng.
Ƣu điểm và hiệu quả xử lý của cụng nghệ lọc màng
Một MBR cổ điển bao gồm một ASP đi đụi với phõn tỏch sinh khối bằng quỏ trỡnh màng sử dụng phổ biến là màng vi lọc và siờu lọc, hiệu quả nhất ở kích thước mao quản < 0,1àm, hiệu quả làm sạch và khử trựng chất thải, bờn cạnh đú cú thể giảm kích thước bể và tăng hiệu quả của quỏ trỡnh xử lý sinh học. Chất lượng nước cú độ tinh khiết cao đối với cỏc thành phần hữu cơ hòa tan và amoni, khắc phục được những yếu điểm trong quy trỡnh ASP. Với những ưu điểm sau như sau:
MBR đó được chứng minh với một hiệu quả khỏ cao trong việc loại bỏ cỏc chất ụ nhiểm hữu cơ và vụ cơ, kể cả cỏc VSV trong nước thải.
Quỏ trỡnh kiểm soỏt tốt cỏc điều kiện thủy lực HRT và SRT tối ưu. Đối với quỏ trỡnh bựn hoạt tính truyền thống HRT từ 8 – 28h, còn trong MBR thường từ 6- 10h -> do đú giảm được kích thước bể.
Khúa 19-CHMT 31 Trường Đại học Khoa học Tự nhiờn
Tỷ số F/M thấp hiệu quả sử dụng Oxi nhỏ từ đú hệ VSV nhanh chúng chuyển sang giai đoạn hụ hấp nội bào, tức là VSV bị đúi do đú làm tăng khả năng phõn hủy cơ chất và SRT kộo dài -> giảm được chi phí xử lý bựn.
Nồng độ MLSS trong ASP từ 1,5 – 3 g/l ít khi lờn tới 4 g/l, trong khi đú MLSS trong một MBR từ 8 – 18 g/l -> do đú cú thể đạt được sự phõn hũy BOD nhanh và dể dàng hơn quỏ trỡnh ASP.
Thường sử dụng khi yờu cầu chất lượng nước đầu ra cao hay tỏi sử dụng lại nước. Và thường nước thải đầu vào cú BOD thấp mà khú xử lý bằng cỏc quỏ trỡnh sinh học truyền thống.
Do trỏnh được quỏ trỡnh lắng: nờn duy trỡ được cỏc VSV, cỏc loài phỏt triển chậm (vi khuẩn Nitrat và cỏc vi khuẩn cú khả năng phõn hũy cỏc hợp chất hữu cơ phức tạp) tồn tại trong hệ thống, do đú cải thiện được quỏ trỡnh nitrat húa và phõn hũy cỏc polyphosphat do bựn được giữ lại lõu và loại bỏ photphat qua cơ chế tăng cường sinh học do cỏc VSV tích lũy photphat cú kích thước thường > 0,5 àm được loại bỏ qua màng và tiếp tục được loại bỏ trong quỏ trỡnh xử lý bựn. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Khả năng loại bỏ Virut, vi khuẩn: Cỏc quỏ trỡnh thụng thường khỏc hầu hết nước thải sau xử lý cần được khử trựng bằng húa chất clo, hay cú thể dựng tia cực tím... trong đú sự lựa chọn cụng nghệ MBR bỏ qua được khõu khử trựng này nhờ vào tính năng hoạt động của màng và tựy theo mục đích sử dụng lại nước hay thải bỏ mà cú giải phỏp thích hợp. Người ta nhận thấy rằng hiệu quả loại bỏ vi khuẩn tăng cao khi ngõm modul màng trong bể phản ứng trong một vài tuần, đối với màng UF loại bỏ viruse gần như hoàn toàn, còn ở điều kiện nhất định thỡ màng MF giảm được đỏng kể và cú thể loại bỏ bổ sung. Đối với màng RO hầu như loại bỏ hoàn toàn Viruse mà khụng cần 1 xử lý bổ sung nào. Một nghiờn cứu cho thấy việc loại bỏ viruse, vi khuẩn do hỡnh thành lớp màng sinh học trờn bề mặt màng. Điều này dẫn đến 2 cơ chế:
Vật lý: Do lớp màng sinh học và nồng độ MLSS cao trờn bề mặt màng làm cho kích thước lỗ mao quản giảm.
Húa học: Do virus bị hấp phụ trờn lớp màng sinh học và do cỏc thành phần sinh học khỏc ăn thịt thể thực khuẩn và do vậy cú đủ thời gian để loại bỏ
Khúa 19-CHMT 32 Trường Đại học Khoa học Tự nhiờn
viruse trong một MBR.
Hệ thống này cú thể hoạt động ở tải trọng cao trong cỏc bể phản ứng, và cú sự biến động lớn về chất dinh dưỡng do khả năng đồng húa sinh học phong phỳ và duy trỡ được sự phõn hũy sinh khối. Cỏc hợp chất hữu cơ phức tạp khụng được xử lý sẽ được giữ lại màng cho ra dưới dạng bựn. Màng khụng chỉ giữ lại vi khuẩn mà còn cú cả cỏc enzym dạng hòa tan được tổng hợp bởi VSV -> tạo mụi trường phản ứng sinh học thuận lợi hơn. Bờn cạnh đú MBR còn tạo điệu kiện thuận lợi nhất cho nước thải khi qua hàng rào cuối cựng là màng RO.
Quỏ trỡnh kiểm soỏt cụng nghệ dể dàng hơn và hoàn toàn tự động húa.
Tuy nhiờn nhu cầu năng lượng cho hệ thống là vấn đề cần được quan tõm: năng lượng tiờu hao sục khí cho bể phản ứng và cho màng. Năng lượng tiờu hao cho bơm hỳt ỏp lực. Bờn cạnh đú là bảo dưỡng màng bằng húa chất và thay thế màng gúp phần vào chi phí của cụng nghệ.
Khúa 19-CHMT 33 Trường Đại học Khoa học Tự nhiờn
CHƢƠNG 2 –
ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIấN CỨU
2.1. Đụ́i tƣợng nghiờn cứu
Nước thải chăn nuụi lợn đươ ̣c lṍy ta ̣i hụ ̣ chăn nuụi lợn qui mụ 50 – 70 con, đi ̣a chỉ xúm Mỳi – xó Bích Hòa– huyờ ̣n Thanh Oai – Hà Nội.
Hờ ̣ xử lý sinh ho ̣c sử du ̣ng m àng lọc polyme vi lọc sợi rụ̃ng (polyvinylidene difluoride).
2.2. Phƣơng phá p nghiờn cƣ́u
2.2.1. Phƣơng phá p thu thọ̃p sụ́ liờ ̣u
Thu thập, kế thừa, hệ thống húa tài liệu, cỏc tài liệu, số liệu, nguồn thụng tin được thu thập, tổng hợp từ nhiều nguồn liờn quan khỏc nhau, cỏc sỏch, cỏc bài bỏo trong cỏc tạp chí, luận văn, khúa luận… từ thư viện và cỏc nguồn tài liệu từ internet.
2.2.2. Phƣơng phá p phõn tích đánh giá
Dụng cụ, thiết bị và húa chất
Dụng cụ
- Pipet loại: 1, 5, 10, 25 (ml) và micropipet loại : 1 và 5 (ml);
- Cốc thủy tinh cú dung tích : 50, 100, 250, 1000 (ml);
- Bỡnh định mức cú dung tích: 25, 50, 100, 250, 500, 1000 (ml);
- Phểu thủy tinh;
- Can nhựa loại 3l, 5l;
- Giấy lọc thủy tinh, găng tay. Thiết bị
- Mỏy khuấy từ MSH 20 D/MS - MP4, WISE STIR MSH 20D090915026;
- Cõn điện tử HR200 D001 Company,Limited;
- Mỏy hỳt chõn khụng 20633938 - NERBERGER - FRANCE;
- Tủ nung WISETHER DAV - KOREA; (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Khúa 19-CHMT 34 Trường Đại học Khoa học Tự nhiờn
- Mỏy đo UV THERMO ELECTRON COVPORATION – HEZIOS – SINGAPORE;
- Mỏy đo điện cực THERMO SCIENTIFIC - SINGAPORE;
- Mỏy đo điện cực Amụni THERMO SCIENTIFIC;
- Bơm nhu động PERISTALTIC PUMP – KOREA;
- Mỏy khuấy cơ HS -30D – DAIHAN SCIENTIFIC;
- Mỏy li tõm ROTOFIX 32 A D78532 – GERMANY;
- Bếp ổn nhiệt WASTER BATH – KOREA;
- Tủ lạnh SANAKY – JAPAN;
- Một số thiết bị khỏc. Húa chất
- Phõn tích NO3-: H2SO4 đặc , HClđặc , NaCl , KNO3, axít sunfanilic ;
- Phõn tích NO2-: EDTA, NaC2H3O3.H2O, NaNO2, HCl đặc, -naphthylamin, axit sulfanilic;
- Phõn tích cỏc thụng số khỏc: NH4Cl, KH2PO4, (NH4)6Mo7O24.4H2O,..; - Cỏc húa chất pha nước thải nhõn tạo.
Phƣơng phỏp phõn tớch
Phương phỏp tiến hành thí nghiệm để khảo sỏt cỏc yếu tố liờn quan đến nội dung nghiờn cứu.
Nhúm 1: Phõn tớch cỏc thụng số NO3-, NO2-, PO43-, bằng phương phỏp trắc quang trờn mỏy đo UV THERMO ELECTRON COVPORATION.
TCVN 6620 : 2000. Nhúm 2: Phõn tớch pH, NH4- TCVN 6620 : 2000. Nhúm : Phương phỏp phõn tớch hàm lượng MLSS, VSS TCVN 5992:1995 (ISO 5667-2). Nhúm 4: Phương phỏp phõn tớch nồng độ Coliform TCVN 6187 – 1996 (ISO 9308 – 1990).
Khúa 19-CHMT 35 Trường Đại học Khoa học Tự nhiờn
Nhúm 5: Phương pháp phõn tích đo đụ̣ đục
Xỏc định độ đục bằng phương phỏp đo quang. Nhúm 6: Phõn tớch COD.
Xỏc định COD bằng phương phỏp chuẩn độ. TCVN 6195 : 1999 (ISO 9298 – 1989).
2.3. Phƣơng phá p thƣ̣c nghiờ ̣m
2.3.1. Nghiờn cƣ́ u xõy dƣ̣ng, chờ́ tạo hờ ̣ xƣ̉ lý sinh học kờ́t hợp lọc màng vi lọc
a. Mụ tả hệ thống và cỏc giai đoạn xử lý
Hệ thống xử lý nước thải chăn nuụi lợn được thiết kế vận hành theo mụ hỡnh được thể hiện trờn Hỡnh 8.
Hỡnh 8. Sơ đụ̀ khụ́i hờ ̣ xƣ̉ lý
Khúa 19-CHMT 36 Trường Đại học Khoa học Tự nhiờn
Hỡnh 9. Sơ đụ̀ cṍu tạo hờ ̣ thụ́ng xƣ̉ lý
(adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});