a) Kỹ thuật bùn hoạt tính lơ lửng sử dụng hệ thống SBR
Mô hình đầy đủ của hệ thống SBR quy mô thí nghiệm được trình bày trên hình 2.1.
Theo sơ đồ hình 2.1 nước thải được chứa vào bồn có trang bị máy khấy để đồng nhất hoá. Từ đây nước thải được bơm định lượng tự động hẹn giờ vào bể phản ứng.
33
Hình 2.1 Sơ đồ hệ thống SBR phòng thí nghiệm
Tuy nhiên, do điều kiện phòng thí nghiệm chưa cho phép nên hệ thống được đơn giản hoá theo nguyên lý “gọn hơn nhưng đủ”. Bể phản ứng là hình hộp chữ nhật không có nắp, được làm bằng plexiglass trong suốt có kích thước 21 x 19 x 40 cm (tương ứng với thể tích phản ứng < 16 Lít). Trong thí nghiệm này, chúng tôi tiến hành với thể tích nước thải + bùn còn là 9,2 lít với thể tích nước thải bổ sung cho mỗi mẻ gần 5,2 lít. Trong bể có lắp sẵn các đầu phân tán khí nối với máy nén khí để cấp khí oxi cho quá trình hiếu khí. Bể được lắp máy khuấy cơ khí để khuấy đều hỗn hợp phản ứng trong giai đoạn nạp và phản ứng. Các máy khuấy, máy cấp khí đều được gắn với hệ tự động hoá theo nguyên lý hẹn giờ (tuỳ theo yêu cầu thí nghiệm). Đáy bể được bố trí van xả để xả bùn dư khi cần.
Vận hành hệ thống SBR
Nước thải đầu vào ( nước thải chăn nuôi lợn) được làm đầy vào bể phản ứng. Chu trình hoạt động được chọn cho bể SBR như sau:
Làm đầy: cho mẫu vào trực tiếp Khuấy thêm: 25% thời gian mỗi mẻ Sục khí : 50% thời gian mỗi mẻ
34 Lắng: 25% thời gian mỗi mẻ
Gạn nước ra khỏi hệ bằng tay.
Không kể thời gian chuẩn bị và phân tích mẫu xen kẽ. Thời gian còn lại trong ngày hệ sẽ được vận hành theo chế độ khấy, sau đó ngừng khuấy trong 1,0 giờ để tiến hành mẻ thí nghiệm mới.
- Lấy mẫu phân tích
Hệ thống SBR được chạy hàng ngày. Trong mỗi thời gian lưu tổng, mẫu được lấy ở cuối mỗi giai đoạn. Các mẫu cần lấy mỗi mẻ là: mẫu đầu vào, mẫu bùn lưu trong bể, mẫu sau giai đoạn nạp, sau giai đoạn khuấy, sau giai đoạn sục khí, sau giai đoạn lắng; mẫu được lấy vào cốc thuỷ tinh để lắng, lọc qua giấy lọc bằng máy và phân tích các chỉ tiêu COD, N-NH4
+
, N-NO2-, N-NO3-, tổng N, tổng P. Độ kiềm, pH, nhiệt độ. Chỉ tiêu TSS phân tích bằng cách hút mẫu trực tiếp trong cốc đựng (khuấy đều) sau đó cho qua máy lọc.
- Xử lý kết quả
Các số liệu phân tích được đưa vào bảng Excel và xử lý bằng Excel.
b) Kỹ thuật tầng vi sinh chuyển động sử dụng vật liệu mang Polyuretan
Cấu tạo hệ thống
* Thiết bị phản ứng vật liệu thủy tinh với thông tin như sau: - Thể tích tổng V = 0,432 m3; LxWxH = 1,2x0,3x1,2 m - Thể tích ngăn yếm khí V = 0,108 m3; LxWxH = 0,3x0,3x1,2 m - Thể tích ngăn thiếu khí V = 0,108 m3; LxWxH = 0,3x0,3x1,2 m - Thể tích ngăn hiếu khí V = 0,216 m3; LxWxH = 0,6x0,3x1,2 m * Thiết bị động lực gồm 01 máy bơm chìm (Q = 6 -10m3 /h; H = 6 mH2O; N = 0,25kw) đặt trong ngăn xử lý thiếu khí có chức năng bơm tuần hoàn hỗn hợp bùn nước từ ngăn thiếu khí sang ngăn hiếu khí. Trên đường bơm từ ngăn thiếu khí sang ngăn hiếu khí có đặt thiết bị hút khí dạng Injector và đồng hồ đo áp suất. Trên đường bơm từ ngăn thiếu khí về ngăn yếm khí đặt 01 van nhằm điều chỉnh lưu lượng tuần hoàn hỗn hợp bùn và nước cho cả 02 dòng trên.
35
Mô tả nguyên lý hoạt động của hệ thống
Hình 2.2 Sơ đồ cấu tạo của hệ thống thí nghiệm yếm khí-thiếu khí-hiếu khí theo mẻ.
* Ngăn yếm khí:
- Nhận nước thải thô; nhận bùn và nước tuần hoàn từ ngăn thiếu khí.
- Thực hiện các chức năng: phân hủy hữu cơ (BOD/COD); phân hủy bùn- giải phóng P-PO43- nuôi dưỡng vi khuẩn tạo biofilm có khả năng hấp thu P ở các ngăn sau; khử nitrat-nitrit ở dòng tuần hoàn.
- Lưu giữ/phân hủy/xả bùn dư, cho phép hoạt động tới 6 tháng/1 năm mới phải xả bùn dư; Cho phép giảm ít nhất 50% bùn thải (theo nghiên cứu của TS Lê Văn Chiều-Trung tâm Công nghệ Môi trường và Phát triển bền vững-Đại học Khoa học tự nhiên-Đại học Quốc gia Hà Nội).
* Ngăn thiếu khí:
- Nhận nước lắng từ ngăn kị khí; hỗn hợp phản ứng từ ngăn hiếu khí
- Các chức năng: là nơi vi khuẩn thực hiện các quá trình thiếu khí khử nitrit- nitrat; trung chuyển/ tuần hoàn hỗn hợp phản ứng một phần về ngăn kị khí, tuần hoàn phần lớn về ngăn hiếu khí.
- Là ngăn điều hòa lưu lượng giờ cao điểm . Đây là phần quan tâm của chuyên đề này.
36
* Ngăn hiếu khí:
- Nhận hỗn hợp phản ứng từ ngăn thiếu khí nhờ bơm kết hợp bổ sung cung cấp khí cho quá trình, giảm chi phí thiết bị/bảo trì hệ cấp-phân tán khí; cơ cấu cho phép giảm ~50% chi phí năng lượng.
- Có cơ cấu tuần hoàn hỗn hợp bùn nước, đồng thời chống váng
- Có cơ cấu lắng/xả linh hoạt, cho phép chạy theo bất kì chế độ nào (liên tục hay gián đoạn) tùy đặc trưng nước thải
- Các chức năng xử lí chính: khuấy trộn và thực hiện các quá trình nitrat/nitrit hóa (xử lí nitơ tổng số); nuôi dưỡng phát triển vi khuẩn PAO (xử lí photpho hòa tan); lắng bùn làm trong nước.
Cả ba ngăn trong hệ thống pilot đều có vật liệu mang polyuretan kích thước như nhau; các ngăn trong hệ thống pilot đều có các chủng vi khuẩn ngoài khả năng phân hủy N, P cao còn được tối ưu hóa các điều kiện tạo biofilm để nâng cao hiệu quả xử lý để thực hiện kĩ thuật tầng vi sinh (vật liệu mang chuyển động).
Quá trình khởi động và vận hành hệ thống Quá trình khởi động của hệ thống
Vi sinh được cấp từ nhà máy xử lý nước thải bia Hà Nội từ công đoạn xử lý yếm khí vào đều 03 ngăn pilot nghiên cứu với nồng độ duy trì ban đầu từ 3000 – 3500 mg/l. Nước thải chứa N,C cao là nước thải chăn nuôi lợn. Do nước thải chăn nuôi thực có hàm lượng các chất tương đối cao (COD ≈ 8000 mgO2/L, N-NH4
+
≈ 1200 mg N/L) nên phải tiến hành pha loãng nước thải chăn nuôi nhằm giúp vi sinh vật dễ dàng ổn định và thích nghi với nguồn nước thải mới. Ưu điểm của hệ thống là chuyển hoá N-NH4
+, vì vậy cần khống chế đầu vào dựa vào nồng độ N-NH4 +
. Mỗi chế độ vận hành được thực hiện đến khi hiệu suất chuyển hóa N-NH4+ ổn định và lặp lại 3 lần (thời gian khoảng 1 tuần/1 chế độ). Các số liệu nhận được là số liệu trung bình của các lần thí nghiệm.
37
Nước thải được bơm tuần hoàn theo chế độ chạy của bơm cấp nước thải đầu vào và phụ thuộc vào thời gian đặt lắng vi sinh trong ngăn thiếu khí. Trong quá trình khởi động các thông số nghiên cứu xử lý chính như chất hữu cơ (COD), N, P được lấy tại các điểm đầu vào và đầu ra sau công đoạn lắng trong ngăn hiếu khí với tần suất trung bình 1 lần/ ngày. Hàm lượng vi sinh phân tích trung bình trong 03 ngăn xác định với tần suất 1 lần/ 7 ngày (để kiểm tra mật độ vi sinh). Thời gian chạy khởi động dao động từ 10 – 30 ngày. Trong quá trình khởi động cần kiểm soát các thông số cơ học khác như lưu lượng tuần hoàn bùn – nước từ ngăn khử nitrat về ngăn hiếu khí và ngăn yếm khí. Kiểm soát và ghi chép đầy đủ thông tin giá trị áp suất đo được trên đồng hồ đặt trước thiết bị injector, đồng thời quan sát khả năng khuấy trộn trong ngăn hiếu khí và khả năng tuần hoàn từ ngăn hiếu khí về ngăn khử nitrat.
Quá trình vận hành hệ thống
Sau thời gian vận hành khởi động hệ thống nước thải sẽ được nâng cao nồng độ các chất ô nhiễm nhằm khảo sát đánh giá khả năng xử lý chất hữu cơ (COD), N, P của từng quá trình và của cả hệ thống. Các thông số nghiên cứu xử lý chính như chất hữu cơ (COD), N, P được lấy tại các điểm đầu vào và đầu ra sau công đoạn lắng trong ngăn hiếu khí với tần suất trung bình 1 lần/ ngày. Mật độ vi sinh phân tích trung bình trong 03 ngăn xác định với tần suất 1 lần/ 7 ngày.
Vật liệu được lựa chọn là vật liệu mang vi sinh phân tán dạng đệm mút kích thước LxWxH = 10x10x10mm, thể tích vật liệu chiếm 20% thể tích bể phản ứng (Theo kết quả nghiên cứu GS.TS Lê Văn Cát-Viện Khoa học Việt Nam).
38
Chƣơng 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN