- Khảo sát, lấy mẫu nước thải chăn nuôi (Theo QCVN 4556 - 88).
+ Dùng chai nhựa lấy khoảng 250ml mẫu ở thùng chứa nước đầu vào và thùng chứa nước đầu ra của hệ thí nghiệm. Sau đó ký hiệu mẫu, ghi rõ tên mẫu, người lấy mẫu, ngày tháng lấy mẫu.
+ Lưu ý trước khi lấy mẫu phải gạt bỏ váng trên mặt, phải lấy mẫu nước trong trạng thái lắng. Mẫu sau khi lấy xong phải phân tích ngay, nếu không phân tích ngay phải cất vào tủ lạnh, không lưu mẫu quá lâu.
- Phân tích các thông số cơ bản của nước thải: COD, N - NH4+, N - NO3 - , N - NO2 - , T -N. 2.2.3. Phương pháp thực nghiệm
- Các điều kiện thưc nghiệm: nhiệt độ: để ở nhiệt độ phòng, pH từ 7 đến 8, DO từ 4 đến 6 mg/l (trong lúc sục khí, duy trì tỷ lệ CCOD/ CT-N lớn hơn hoặc bằng 3).
- Khảo sát ảnh hưởng của thời gian sục khí - ngừng sục khí đến hiệu quả xử lý COD, Nitơ của hệ thống.
2.2.4. Phương pháp phân tích
- Phân tích COD: Được xác định bằng phương pháp chuẩn độ đicromat kali theo TCVN 6491:1999, sử dụng thiết bị phản ứng Thermoreactor TR 320 (Merck, Đức).
- Phân tích Amoni: Xác định bằng phương pháp Phenat (standard Method 1995), so màu trên máy UV-2450 (Shimazu, Nhật Bản).
- Phân tích Nitrat: Được xác định bằng phương pháp trắc phổ dùng axitosunfosalixylic, theo TCVN 6180 : 1996, so màu trên máy UV - 2450 (Shimazu, Nhật Bản).
- Phân tích tổng N: Trên máy TOC - N, model TNM - 1 của hãng Shimadzu, Nhật Bản.
- Xác định thông số DO bằng các bộ đo có gắn các đầu điện cực của hãng Horiba.
2.2.5. Phương pháp tính toán
- Tính hiệu suất xử lý: COD, NH4+ , T-N H = (Cvào- Cra)*100/Cvào
- Tính thời gian lưu:
T = V / Qvào
- Tính tỷ lệ C/N = CCODvào/CT-Nvào Trong đó:
T: Thời gian lưu nước thải (ngày)
V: Thể tích nước trong bể phản ứng (L) H: Hiệu suất xử lý ( %)
Q: Lưu lượng (L/h) Cvào: Nồng độ COD, NH4
+
hoặc T - N đầu vào (mg/L) Cra: Nồng độ COD, NH4
+
CHƢƠNG 3
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Các chế độ thí nghiệm thay đổi chu kỳ sục khí - ngừng sục khí của hệ lọc sinh học ngập nước lọc sinh học ngập nước
- Chế độ 1: Chế độ sục khí liên tục, thời gian lưu 3 ngày, Q = 19.2 L/ngày.
- Chế độ 2: Chế độ sục khí - ngừng sục khí 120 phút/ 30 phút, thời gian lưu 3 ngày, Q = 19.2 L/ngày.
- Chế độ 3: Chế độ sục khí - ngừng sục khí 120 phút/ 45 phút, thời gian lưu 3 ngày, Q = 19.2 L/ngày.
(Trong đó: Q là lưu lượng đầu vào (lít/ngày))
3.2. Ảnh hưởng của thời gian sục khí - ngừng sục khí đến hiệu quả xử lý COD,Nitơ của hệ thống
3.2.1. Hiệu quả xử lý COD
Ảnh hưởng của thời gian sục khí - ngừng sục khí đến hiệu quả xử lý COD được thể hiện trên hình 3.1.
0.0 500.0 1000.0 1500.0 2000.0 2500.0 3000.0 0 10 20 30
Thời gian, ngày
C O D , m g /L 0.0 20.0 40.0 60.0 80.0 100.0 H iệ u su ất x ử lý C O D , %
COD vào COD ra Hiệu suất xử lý COD
CĐ1 CĐ2 CĐ3
Hình 3.1. Ảnh hưởng của thời gian sục khí - ngừng sục khí đến hiệu quả xử lý COD
Trong đó: CĐ1: Thời gian sục khí liên tục.
CĐ2: Thời gian sục khí/ ngừng sục khí là 120 phút/ 30 phút. CĐ3: Thời gian sục khí/ ngừng sục khí là 120 phút/ 45 phút.
Các kết quả thí nghiệm thu được ở hình 3.1 cho thấy:
- Tại chế độ thí nghiệm 1, thời gian sục khí liên tục, nồng độ COD đầu vào dao động trong khoảng 1200 - 1700 mg/L. Nồng độ đầu ra dao động trong khoảng 190 - 270 mg/L, hiệu suất xử lý COD đạt khoảng 82 - 84%, cao hơn CĐ2 và CĐ3.
- Tại chế độ thí nghiệm 2, chu kỳ sục khí - ngừng sục khí là 120 phút/ 30 phút, nồng độ COD đầu vào dao động trong khoảng 1200 - 2600 mg/L. Nồng độ COD đầu ra dao động khoảng 240 - 300 mg/L, hiệu suất xử lý đạt trên 80%.
- Tại chế độ thí nghiệm 3, chu kỳ sục khí - ngừng sục khí là 120 phút/ 45 phút, với nồng độ COD đầu vào khoảng 1400 - 2400 mg/L thì hiệu suất đạt khoảng 80 - 84%.
Như vậy, chế độ sục khí không ảnh hưởng nhiều đến hiệu suất xử lý COD. Ở cả 3 chế độ đều cho hiệu suất xử lý đạt trên 80%.
Kết quả này chỉ ra rằng, trong cả ba chế độ nghiên cứu, lượng oxy được cung cấp là đủ để oxy hóa phần lớn lượng COD có trong nước thải. Do đó, khi tăng tỉ lệ thời gian sục khí, hiệu suất xử lý COD tăng không đáng kể.
3.2.2. Hiệu quả xử lý Nitơ
3.2.2.1. Hiệu quả xử lý N-NH4 +
Ảnh hưởng của thời gian sục khí - ngừng sục khí đến hiệu quả xử lý NH4+ được thể hiện trên hình 3.2.
0.00 100.00 200.00 300.00 400.00 500.00 600.00 0 10 20 30
Thời gian, ngày
N -N H 4 + , m g /l 0.0 20.0 40.0 60.0 80.0 100.0 H iệ u s u ất x ử lý N H 4+ ,%
NH4+ vào NH4+ ra Hiệu suất xử lý NH4+
CĐ1 CĐ2 CĐ3
Hình 3.2. Ảnh hưởng của thời gian sục khí - ngừng sục khí đến hiệu quả xử lý NH4+
Trong đó: CĐ1: Thời gian sục khí liên tục
CĐ2: Thời gian sục khí/ ngừng sục khí là 120 phút/ 30 phút
Các kết quả thí nghiệm thu được ở hình 3.2 cho thấy:
- Chế độ thí nghiệm 1, hiệu suất xử lý amoni đạt khoảng 92 - 99 %, Hiệu suất đạt cao như trên nguyên nhân do sục khí liên tục thì hầu như amoni được nitrit/nitrat hóa hoàn toàn.
- Chế độ thí nghiệm 2, hiệu suất xử lý amoni đạt khoảng 86 - 92%. Hiệu suất giảm hơn so với chế độ 1 nhưng vẫn duy trì ở mức cao, Nồng độ NH4+ ra < 65 mg/L. Hiệu suất giảm hơn so với chế độ 1 nguyên nhân là giảm thời gian sục khí xuống.
- Chế độ thí nghiệm 3, hiệu suất không ổn định đạt khoảng 78 - 87%. Nồng độ NH4+ ra < 70 mg/L.
Kết quả nhận được cho thấy, tỉ lệ thời gian sục khí có ảnh hưởng lớn đến quá trình chuyển hóa amoni, nếu sục khí liên tục thì hầu như amoni được nitrit/nitrat hóa hoàn toàn. Điều này là hoàn toàn hợp lý, bởi vì khi sục khí ít thì quá trình nitrit/nitrat hóa sẽ xảy ra kém hiệu quả do không đủ oxy cũng như thời gian để thực hiện quá trình.
3.2.2.2. Sự chuyển hóa NO2 -
và NO3 -
Ảnh hưởng của chế độ sục khí - ngừng sục khí đến sự chuyển hóa NO2-
0.00 20.00 40.00 60.00 80.00 100.00 0 5 10 15 20 25 30
Thời gian, ngày
m
g
/L
NO2- ra NO3- ra
CĐ1 CĐ2 CĐ3
Hình 3.3. Ảnh hưởng của chế độ sục khí - ngừng sục khí đến sự chuyển hóa NO2- và NO3-
Trong đó: CĐ1: Thời gian sục khí liên tục
CĐ2: Thời gian sục khí/ ngừng sục khí là 120 phút/ 30 phút
CĐ3: Thời gian sục khí/ ngừng sục khí là 120 phút/ 45 phút
Nước thải đầu vào luôn có giá trị NO2-
và NO3- xấp xỉ bằng 0 Nhìn vào kết quả thu được ở hình 3.3 cho thấy:
Ở CĐ1 thời gian sục khí là dài nhất nhưng hiệu quả khử nitrit/nitrat lại không cao hơn CĐ2, CĐ3.
Có thể giải thích là do ở CĐ1, thời gian sục khí là liên tục nên quá trình khử nitrit/nitrat ở hai bể thiếu – hiếu khí chỉ xảy ra ở bên trong lớp vật liệu lọc, dẫn đến tổng nồng độ N - NO2
-
+ N - NO3 -
CĐ2, CĐ3. Ở CĐ3 hiệu suất khử nitrit/nitrat đạt ổn định và tương đối cao hơn so với CĐ1, CĐ2.
Từ những nhận xét trên có thể thấy chế độ sục khí - ngừng sục khí ảnh hưởng rõ rệt đến sự chuyển hóa nitrat và nitrit trong hệ.
3.2.2.3. Hiệu quả xử lý T - N
Ảnh hưởng của chế độ sục khí - ngừng sục khí đến hiệu quả xử lý tổng nitơ đươc thể hiện ở hình 3.4:
0.0 100.0 200.0 300.0 400.0 500.0 600.0 700.0 0 10 20 30
Thời gian, ngày
m g /L 0 20 40 60 80 100 H iệ u s u ất x ử lý T -N , %
T-N vào T-N ra Hiệu suất xử lý tổng T-N
CĐ1 CĐ2 CĐ3
Hình 3.4. Ảnh hưởng của chế độ sục khí - ngừng sục khí đến hiệu quả xử lý T - N
Trong đó: CĐ1: Thời gian sục khí liên tục
CĐ2: Thời gian sục khí/ ngừng sục khí là 120 phút/ 30 phút
Các kết quả thí nghiệm thu được ở hình 3.4 cho thấy:
Thay đổi chu kỳ sục khí - ngừng sục khí ảnh hưởng đáng kể đến hiệu quả xử lý T - N. Khi giảm tỷ lệ thời gian sục khí thì hiệu suất xử lý T - N giảm xuống. Ở CĐ1 tỷ lệ thời gian sục khí là 1 thì hiệu suất đạt 78 - 83%.Ở CĐ2 tỷ lệ sục khí là 0,8 thì hiệu suất đạt 73 - 81%. CĐ3 đạt 68 - 72%.
Các kết quả nhận được ở trên chứng tỏ rằng, hoàn toàn có thể thực hiện các quá trình nitrit/nitrat hóa và khử nitrit/nitrat đồng thời trong cùng một thiết bị lọc sinh học sục khí luân phiên, và chu trình sục khí - ngừng sục khí (tỉ lệ thời gian và khoảng thời gian của giai đoạn) đóng một vai trò quan trọng đối với hiệu quả xử lý nitơ của hệ thiết bị.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Kết luận:
Ảnh hưởng của chế độ sục khí tới hiệu quả xử lý COD, T - N
- Chế độ sục khí không ảnh hưởng nhiều đến hiệu quả xử lý COD. Hiệu quả xử lý COD ở cả 3 chế độ sục khí đạt trong khoảng 80% - 84%. Nồng độ đầu ra hầu hết trong khoảng 200 mg/L (đạt 10 - TCN 678 : 2006, loại B).
- Thời gian sục khí - ngừng sục khí ảnh hưởng lớn đến hiệu suất của quá trình nitrat hóa. Trong đó, thời gian sục khí liên tục cho hiệu quả xử lý amoni cao nhất.
- Hiệu suất loại bỏ Nitơ ở chế độ thí nghiệm 1 (sục khí liên tục) dao động trong khoảng 78 - 83%. Ở thí nghiệm 2 (sục khí - ngừng sục khí là 120 phút/30 phút) hiệu suất xử lý T - N đạt 73 - 81%. Ở CĐ3 (chu kỳ sục khí - ngừng sục khí 120 : 45 phút), hiệu suất xử lý T - N đạt trong khoảng 68 - 72%. Nhận thấy CĐ1 cho hiệu suất cao hơn cả.
Kiến nghị:
- Thực hiện tiếp các nghiên cứu để tìm ra chế độ thích hợp hơn cho hệ xử lý bằng phương pháp lọc sinh học ngập nước.
- Nghiên cứu thêm về khả năng xử lý SS, T - P của hệ lọc sinh học ngập nước đối với nước thải chăn nuôi lợn.
- Đưa ra công nghệ xử lý nước thải chăn nuôi thích hợp nhất và tiến hành áp dụng vào thực tế để góp phần xử lý chất thải chăn nuôi trong điều kiện của Việt Nam.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHẦN TIẾNG VIỆT
1. Bùi Xuân An, (2007), Nguy cơ tác động đến môi trường và hiện trạng quản lý chất thải trong chăn nuôi vùng Đông Nam Bộ, Đại học Nông Lâm TP. Hồ Chí Minh.
2. Cục Tài Nguyên - Bộ Tài Nguyên và Môi Trường (2005), Báo cáo tháng 12 3. Trần Thanh Hải (2009), Giải pháp công nghệ xử lý nước thải chăn nuôi
lợn bằng phương pháp sinh học phù hợp với điều kiện Việt Nam, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, Hà Nội.
4. Đỗ Văn Mạnh (2005), Nghiên cứu xử lý amoni trong nước cấp bằng phương pháp lọc sinh học ngập nước, Luận văn cao học, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội.
5. Phòng xử lý nước thải - Viện công nghệ môi trường - Viện hàn lâm khoa học và công nghệ Việt Nam (2012), “Thuyết minh”, Nghiên cứu ứng dụng thiết bị sinh học - màng (Membrane Bioreactor) trong xử lý nước thải sinh hoạt và công nghiệp giàu nitơ, Hà Nội.
6. Lương Đức Phẩm (2002), Giáo trình công nghệ xử lý nước thải bằng biện pháp sinh học, Nhà xuất bản giáo dục.
7. Antoine Pouilieute, Bùi Bá Bổng, Cao Đức Phát, Báo cáo “Chăn nuôi Việt Nam và triển vọng 2010”, ấn phẩm của tổ chức PRISE của Pháp. 8. Ngô Kế Sương, Nguyễn Hữu Phúc, Lê Công Nhất Phương, Võ Thị Kiều
Thanh (2000), Nghiên cứu ứng dụng Công nghệ sinh học kỵ khí và ao Thực vật thủy sinh để xử lý nước thải chăn nuôi heo, CT Công nghệ sinh học - Sở KHCN TPHCM.
9. Ngô Kế Sương, Lê Công Nhất Phương (2005), Nghiên cứu ứng dụng CNSH kỵ khí và ao TVTS xử lý nước thải chăn nuôi heo tại Xí nghiệp lợn
10. Nguyễn Hữu Trung (2010), Báo cáo đề tài cấp cơ sở chọn lọc Viện Công nghệ môi trường “Nghiên cứu xử lý đồng thời thành phần hữu cơ và dinh dưỡng trong nước thải chăn nuôi lợn bằng phương pháp SBR.
11. Viện Chăn nuôi (2006). Điều tra đánh giá hiện trạng MT trại chăn nuôi lợn.
PHẦN TIẾNG ANH
12. Andreottola G. et al.: On-line control of a SBR system for nitrogen removal from industrial wastewater. Wat. Sci. Tech. Vol. 43, No. 3, 2001. 13. Bernet D. at al.: Combined anaerobic-aerobic SBR for treatment of
piggery wastewater. Wat. Res. Vol. 34, No. 2, 2000.
14. Bortone et al.: Nitrification, denitrification and biological phosphprous removal in sequecing batch reactors. Wat. Sci. Tech. Vol. 26, No. 5-6, 1992.
15. Glen T. Daigger: Nutrient Removal Technologies/Alternativees for Small Communities. Advances in Water and Wastewater Treatment, American Society of Civil Engrineers, 2004.
CÁC WEBSIE 16. http://www.brewers.org.jp 17. http://www.epa.gov/owm/mtb/sbr_new.pdf 18. http://www.gso.gov.vn/default.aspxtabid=418&ItemID=10879 19. http://www.hort.purdue.edu/newcrop/morton/pineapple.html. 20. http://www.hvnclc.com.vn/webhvnclc/tintuc/news 21. http://www.longdinh.com/default.aspact=chitiet&ID=2726&catID2 22. http://www.news.gov.vn/Home/FAO-khuyen-cao-cac-nuoc-phat-trien- chan- nuoi/20102/27844.vgp 23. http://www.nea.gov.vn/tapchi/toanvan/04-2k6-14.htm. 24. http://www.mpi.gov.vn/ttkt-xh.aspxlang=4&mabai=13412
25. http://www.uasb.org/discover/agsb.htm 26. http://www.vnexpress.net.