Luận văn Nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi bằng phương pháp sinh học kết hợp lọc màng

MỤC LỤC.1

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT .4

DANH MỤC CÁC BẢNG .6

DANH MỤC CÁC HÌNH .7

MỞ ĐẦU .9

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU.14

1.1. Tình hình phát triển chăn nuôi tại Việt Nam.14

1.2. Khối lƯợng và đặc tính nƯớc thải chăn nuôi.15

1.3. Ảnh hƯởng của chất thải chăn nuôi đến môi trƯờng .19

1.4. Các nghiên cứu xử lý nƯớc thải chăn nuôi trên thế giới và ở Việt Nam .19

1.4.1. Các nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi trên thế giới .19

1.4.2. Các nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi ở Việt Nam .32

1.5. Công nghệ sinh học kết hợp với lọc màng.36

1.5.1. Các giai đoạn xử lý.36

1.5.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng lọc của màng lọc.41

1.5.3. Hiện tượng tắc nghẽn màng lọc và giải pháp làm sạch màng lọc .45

1.6. Hiện trạng ứng dụng công nghệ MBR ở Việt Nam .48

CHƯƠNG 2. ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .52

2.1. Đối tƯợng nghiên cứu.52

2.1.1. Nước thải chăn nuôi lợn .52

2.1.2. Môđun màng lọc.52

2.1.3. Nguồn vi sinh vật sử dụng trong nghiên cứu.53

2.2. Phạm vi, quy mô nghiên cứu.53

2.3. PhƯơng pháp nghiên cứu.53

2.3.1. Phương pháp luận nghiên cứu.53

2.3.2. Phương pháp điều tra và thu thập tài liệu.53

2.3.3. Phương pháp lấy mẫu, bảo quản và phân tích mẫu.54

2.3.4. Xác định thành phần, đặc tính nước thải chăn nuôi lợn.56

pdf167 trang | Chia sẻ: anan10 | Ngày: 02/11/2020 | Lượt xem: 31 | Lượt tải: 0download
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Luận văn Nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi bằng phương pháp sinh học kết hợp lọc màng, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
vẫn đáp ứng được yêu cầu COD/NH4 + -N > 5. Nối tiếp giai đoạn xử lý yếm khí là giai đoạn xử lý thiếu khí (do nếu sắp xếp tiếp theo là giai đoạn hiếu khí thì sẽ làm cạn kiệt nguồn cung cấp hữu cơ COD, không đáp ứng COD/NH4 + -N > 5 để khử nitrat hoàn toàn, khi đó phải bổ sung thêm nguồn hữu cơ bên ngoài vào). Mục đích của giai đoạn xử lý thiếu khí là thực hiện quá trình khử nitrat. Nước thải sau xử lý yếm khí, N tồn tại chủ yếu dưới dạng NH4 + -N, còn NO3 - -N hầu như không có. NO3 - -N chỉ được hình thành trong quá trình nitrat hóa do NH4 + -N chuyển hóa sang. Trong điều kiện thí nghiệm theo kiểu mẻ, tiến hành quá trình hiếu khí trước để tạo NO3 - -N làm đầu vào cho quá trình thiếu khí (tiết kiệm chi phí hóa chất pha đầu vào nhân tạo). (+) Giai đoạn xử lý hiếu khí Thí nghiệm 8: Khảo sát ảnh hưởng của thời gian lưu nước trong bể hiếu khí đến hiệu quả xử lý COD, NH4 + - N Thí nghiệm được thực hiện trong bể sục khí hình hộp chữ nhật, dung tích 15 lít, thời gian lưu được khảo sát từ: 8, 16, 24 đến 48 giờ; nồng độ BHT 9000 mg/L; duy trì DO trong khoảng 3 – 6 mg/L. Trong thí nghiệm này, nước thải đầu ra của bể yếm khí được sử dụng làm đầu vào của bể hiếu khí. Trong bể hiếu khí xảy ra quá trình nitrat hóa, amoni chuyển sang nitrat. Sau các khoảng thời gian khảo sát, các mẫu nước thải trước và sau khi xử lý được lấy và phân tích các chỉ tiêu: pH, COD, NH4 + -N, NO3 - - N. Từ các kết quả thu được sẽ lựa chọn thời gian lưu phù hợp sao cho đáp ứng yêu cầu ôxy hóa amoni được hoàn toàn. (+) Giai đoạn xử lý thiếu khí 68 Mục đích của giai đoạn thiếu khí là để khử lượng nitrat hình thành từ giai đoạn hiếu khí. Do đó, trong thí nghiệm theo mẻ này, lấy nguồn nước thải đầu ra bể hiếu khí làm đầu vào cho bể thiếu khí. Do lượng COD đã bị ôxy hóa gần như hoàn toàn trong quá trình hiếu khí nên phải bổ sung COD bằng cách cho thêm đường vào để tạo COD. Sử dụng đường gluco C6H12O6 để tạo COD sao cho gần bằng giá trị COD đầu ra của bể yếm khí (do trong bố trí các giai đoạn xử lý thì giai đoạn thiếu khí nằm giữa giai đoạn yếm khí và hiếu khí). Thí nghiệm 9: Khảo sát ảnh hưởng của thời gian lưu nước trong bể thiếu khí đến hiệu quả xử lý nitrat Thí nghiệm được thực hiện trong bể thiếu khí hình trụ có dung tích 8 lít, thời gian lưu nước trong bể từ: 12, 16, 20 đến 24 giờ; nồng độ BHT 6000 mg/L; DO từ 0,3 – 0,6 mg/L. Sau các khoảng thời gian trên, các mẫu nước trước và sau khi xử lý được lấy và phân tích các chỉ tiêu: pH, COD, NO3 - - N. Lựa chọn thời gian lưu phù hợp sao cho đáp ứng yêu cầu giá trị nitrat sau xử lý ≤ 30 mg/L (đáp ứng tiêu chuẩn xả thải loại B theo QCVN 01-79:2011/BNNPTNT). Do nước thải chăn nuôi chứa hàm lượng chất hữu cơ và chất dinh dưỡng (N, P) cao hơn rất nhiều so với nước thải sinh hoạt, nên lựa chọn nồng độ BHT trong các bể ở mức cao hơn so với các bể BHT thông thường XLNT sinh hoạt, để tăng hiệu quả xử lý, đồng thời rút ngắn thời gian xử lý của hệ thống. Các mẫu được lọc trước khi phân tích nhằm loại bỏ ảnh hưởng của cặn bùn. Các mẫu được phân tích lặp lại 3 lần và lấy giá trị trung bình để làm đầu vào cho các giai đoạn tiếp theo. 2.3.8.2. Xây dựng mô hình hệ thống xử lý sinh học kết hợp lọc màng quy mô phòng thí nghiệm Sau khi đã lựa chọn được thời gian lưu trong các giai đoạn xử lý yếm khí, thiếu khí và hiếu khí phù hợp, có thể tính thể tích các bể xử lý theo công thức 2.1. V (L) = Q (L/ngày) x t (ngày), (2.1) trong đó: Q – lưu lượng nước thải vào bể (L/ngày); 69 t – thời gian lưu nước trong bể (ngày). Mô hình cấu tạo và vận hành hệ thống xử lý nước thải chăn nuôi lợn trong nghiên cứu này được thể hiện trên Hình 2.10. Hình 2.10. Sơ đồ cấu tạo hệ thống xử lý 1-Bề đầu vào 2-Bể yếm khí 3-Bể thiếu khí 4-Bể hiếu khí 5-Bể chứa nước thải qua xử lý Mô tả cấu tạo các bể trong hệ thống + Bể đầu vào: Bể đầu vào được làm bằng nhựa PVC, dung tích 100 lít (đảm bảo đủ lượng nước cung cấp cho hệ xử lý liên tục trong 24 giờ). Bể được gắn 1 máy khuấy có tác dụng khuấy trộn đều nước thải đầu vào, duy trì nước thải đầu vào ổn định, không bị lắng cục bộ. + Bể yếm khi: Bể yếm khí UASB hình trụ được làm bằng vật liệu PVC. Dòng nước thải đi vào từ đáy cột, đi qua lớp bùn yếm khí và đi ra phía trên cột. Nhờ hỗn hợp bùn yếm khí trong bể mà các chất hữu cơ hoà tan trong nước được hấp thụ, phân huỷ và chuyển hoá thành khí sinh học. Bọt khí sinh ra bám vào hạt bùn cặn nổi lên trên làm xáo trộn gây ra dòng tuần hoàn cục bộ trong lớp cặn lơ lửng. Phía trên 70 cột được thiết kế đầu tách 3 pha có chức năng tuần hoàn bùn ngược trở lại khi bùn nổi lên. Bể yếm khí có thiết kế bơm tuần hoàn nước, có chức năng khuấy trộn dòng đều bùn và nước thải làm tăng hiệu suất quá trình xử lý. +Bể thiếu khí: Bể thiếu khí hình trụ được làm bằng vật liệu nhựa PVC. Bể thiếu khí cũng được thiết kế cho nước thải đi từ đáy cột lên, bên trong chứa giá thể vi sinh dạng lưới. Giá thể vi sinh được làm từ các sợi cước, thiết kế như trên Hình 2.11, có tác dụng cho VSV bám dính để hạn chế hiện tượng rửa trôi sang bể hiếu khí, đồng thời tăng sinh khối, tăng hiệu quả xử lý. a) b) c) Hình 2.11. Sơ đồ cấu tạo bể thiếu khí và hình ảnh giá thể sử dụng trong bể a – Cấu tạo bể thiếu khí; b,c – Các giá thể vi sinh + Bể hiếu khí tích hợp môđun màng lọc: Bể hiếu khí hình hộp chữ nhật được làm bằng nhựa PVC. Bể được lắp đặt hệ thống phân phối khí tại đáy bể. Màng lọc được cố định trong hộp bảo vệ hình hộp và định vị cố định trên giá đỡ. Màng lọc hoạt động nhờ sử dụng một bơm hút có thể điều chỉnh lưu 71 lượng và được kiểm soát thông qua đồng hồ đo áp suất qua màng. Tại đây nước thải được hút qua màng.  Quy trình vận hành mô hình hệ thống xử lý sinh học kết hợp với lọc màng Nước thải trước khi đưa vào bể đầu vào được lọc sơ bộ bằng rây lọc có kích thước lỗ 0,1 mm. Nước thải từ bể đầu vào được bơm sang bể yếm khí. Sau thời gian lưu nhất định, nước từ bể yếm khí tiếp tục tự chảy tràn qua bể thiếu khí và từ bể thiếu khí tiếp tục chảy tràn sang bể hiếu khí. Nước sau khi qua màng lọc được tuần hoàn về bể thiếu khí để khử nitrat. 2.3.9. Khảo sát các điều kiện vận hành mô hình hệ thống xử lý sinh học kết hợp lọc màng quy mô phòng thí nghiệm xử lý nước thải chăn nuôi Hệ sinh học cần có thời gian thích nghi với môi trường làm việc. Do vậy, quá trình nghiên cứu thường được chia làm 2 giai đoạn: giai đoạn khởi động và giai đoạn xử lý ổn định. Tuy nhiên, trong nghiên cứu này, giai đoạn khởi động được rút ngắn lại, vì BHT được sử dụng trong hệ thống xử lý đã được nuôi cấy và làm giàu từ trước với nguồn nước thải chăn nuôi lợn. Hiệu quả hoạt động của quá trình được đánh giá thông qua các thông số như COD, NH4 + , NO3 - , NO2 - , TP. Để đảm bảo cho vi sinh hoạt động tốt các thông số như pH, DO, nhiệt độ được điều chỉnh phù hợp. Khả năng lọc của màng lọc được đánh giá thông qua độ đục, COD, NH4 + , TP, và tổng coliform trong mẫu nước đầu ra. Thời gian lấy mẫu khi hệ đã hoạt động ổn định với mật độ 1 lần/ngày. Khi theo dõi quá trình sinh học diễn ra trong các bể, các mẫu được lọc trước khi phân tích nhằm loại bỏ ảnh hưởng của cặn bùn. Thí nghiệm 10: Khảo sát ảnh hưởng của lưu lượng đầu vào đến hiệu quả xử lý COD và NH4 + -N Thí nghiệm được thực hiện ở điều kiện: Nồng độ BHT trong các bể xử lý lần lượt là: bể yếm khí: 12000 mg/L, bể thiếu khí: 6000 mg/L, và bể hiếu khí: lựa chọn từ thí nghiệm 5. Cường độ sục khí thô lựa chọn ở thí nghiệm 4; cường độ sục khí mịn 0,0075 - 0,015 L/cm2/phút; DO trong bể hiếu khí được duy trì trong khoảng từ 3 – 6 mg O2/L; Năng suất lọc của màng được chọn là 12 L/m 2 .h, phù 72 hợp với điều kiện vận hành của hệ xử lý, hoạt động theo chế độ cứ hút 10 phút, nghỉ 2 phút; Tỷ lệ dòng tuần hoàn nước 200%. Lưu lượng đầu vào được thay đổi theo các giá trị được khảo sát từ: 30; 45 và 60 L/ngày. Sau các khoảng thời gian lưu nước đối với từng giá trị lưu lượng được khảo sát, mẫu được lấy và phân tích các chỉ tiêu COD và NH4 + -N, để đánh giá hiệu quả xử lý chất ô nhiễm. Trên cơ sở đó lựa chọn được lưu lượng và thời gian thích hợp, áp dụng cho các nghiên cứu tiếp theo. Thí nghiệm 11: Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ dòng tuần hoàn nước từ sau bể hiếu khí về bể thiếu khí đến khả năng xử lý nitrat Tỷ lệ dòng tuần hoàn nước từ sau bể hiếu khí về thiếu khí được khảo sát: 200; 300 và 400 %. Thí nghiệm được bố trí như thí nghiệm 10 với lưu lượng dòng vào đã lựa chọn được từ thí nghiệm 10. Mục đích của thí nghiệm nhằm lựa chọn tỷ lệ dòng tuần hoàn nhỏ nhất có giá trị NH4 + - N, NO3 - -N trong nước thải sau xử lý đáp ứng tiêu chuẩn xả thải để tiết kiệm chi phí đầu tư bơm và năng lượng tiêu tốn. Lấy mẫu sau các khoảng thời gian lưu nước, lọc và phân tích các chỉ tiêu về N gồm NH4 + - N, NO3 - -N để đánh giá hiệu quả xử lý và lựa chọn tỷ lệ dòng tuần hoàn phù hợp. 2.3.10. Đánh giá khả năng xử lý nước thải chăn nuôi lợn của mô hình hệ thống khi vận hành với các điều kiện đã lựa chọn Mục đích của thí nghiệm nhằm đánh giá khả năng xử lý của mô hình hệ thống theo một số các điều kiện vận hành đã được lựa chọn, khi thay đổi các thông số ô nhiễm của nước thải đầu vào. Điều kiện tiến hành thí nghiệm tương tự như mô tả ở thí nghiệm 11, với tỷ lệ dòng tuần hoàn nước được lựa chọn từ thí nghiệm 11. Ngoài việc đánh giá các chỉ tiêu ô nhiễm hóa lý như pH, COD, NH4 + - N, NO3 - - N, NO2 - - N, TN, TP, thí nghiệm này còn đánh giá thêm chất lượng nước 73 đầu ra với 2 chỉ tiêu độ đục và vi khuẩn coliform với các mẫu được phân tích lặp lại 3 lần. 2.3.11. Tính toán sản lượng bùn dư trong hệ thống lọc màng Sản lượng bùn dư sinh ra trong quá trình xử lý yếm khí và thiếu khí rất ít so với quá trình hiếu khí. Khi nồng độ BHT trong bể tăng cao sẽ làm tăng độ nhớt của BHT, làm giảm khả năng chuyển khối của ôxy trong bể MBR, đồng thời làm giảm năng suất lọc. Do đó, trong nghiên cứu này tiến hành tính toán sản lượng bùn dư cần thải bỏ trong bể hiếu khí tích hợp màng lọc (bể MBR) để đảm bảo mật độ sinh khối trong bể được duy trì ổn định. 2.3.12. Nghiên cứu điều kiện làm sạch màng lọc Thí nghiệm 12: Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ hóa chất và thời gian ngâm màng lọc đến hiệu quả làm sạch màng Vận hành mô hình hệ thống với các điều kiện tối ưu đã lựa chọn từ các thí nghiệm trên, đồng thời theo dõi quá trình hoạt động của môđun màng lọc. Sau một thời gian hoạt động, áp suất qua màng tăng cao đến giới hạn cảnh báo, khi này màng được lấy ra khỏi bể phản ứng và loại bỏ cặn bám trên bề mặt màng lọc bằng phương pháp vật lý. Đối với hệ MBR – Aeroten truyền thống, hoá chất làm sạch màng thường dùng là NaOCl (Judd, 2006). Khảo sát nồng độ của NaOCl tăng dần từ 500, 1000, 2000 lên 3000 mg/L và thời gian ngâm màng từ 1 giờ lên đến 2 giờ. Mục đích lựa chọn được nồng độ NaOCl và thời gian ngâm màng lọc sao cho sau khoảng thời gian ngắn nhất màng lọc có thể đạt được áp suất qua màng như ban đầu. Điều này giúp tiết kiệm chi phí hóa chất cũng như rút ngắn được thời gian chờ làm sạch màng để hệ thống trở lại hoạt động bình thường. Sau khi đã rửa bằng hoá chất, màng được rửa lại bằng nước sạch để trung hòa và sử dụng lại. 2.3.13. Phương pháp thống kê và xử lý số liệu Số liệu được thu thập và tiến hành xử lý thống kê số liệu phân tích. 74 Lặp lại phép phân tích nhiều lần ta nhận được các giá trị khác nhau. Giá trị trung bình của chúng: Ā = (A1 + A2 + ... + An) / n (2.2) sẽ là giá trị gần đúng nhất với giá trị thực của A. Sai số tuyệt đối của mỗi lần đo: ∆A1 = │Ā - A1│; ∆A2 = │Ā - A2│;... (2.3) Sai số tuyệt đối trung bình của n lần đo được tính theo công thức: ∆Ā = ( ∆A1 + ∆A2 + ... + ∆An ) / n (2.4) Giá trị ∆Ā được gọi là sai số ngẫu nhiên. Trong trường hợp không cho phép thực hiện phép đo nhiều lần (n < 5), thì không tính sai số ngẫu nhiên bằng cách lấy trung bình theo công thức (2.4), mà chọn giá trị cực đại ∆Amax, trong số các giá trị sai số tuyệt đối thu được từ (2.3). Kết quả đo đại lượng A không cho dưới dạng một con số, mà cho dưới dạng một khoảng giá trị trong đó chắc chắn có chứa giá trị thực của đại lượng A: (Ā - ∆A ) < A < (Ā + ∆A ) hay là A = Ā ± ∆A (2.5) 75 Chƣơng 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 3.1. Đặc tính nƣớc thải chăn nuôi lợn khu vực nghiên cứu Kết quả phân tích một số các thông số chất lượng nước thải chăn nuôi lợn được sử dụng làm nguồn nước thải đầu vào cho các thí nghiệm trong nghiên cứu này được đưa ra trong Bảng 3.1. Bảng 3.1. Đặc điểm nƣớc thải chăn nuôi lợn sử dụng trong nghiên cứu Thông số Đơn vị Giá trị QCVN 01-79:2011/ BNNPTNT QCVN 62-MT:2016/ BTNMT (cột B) (cột A) (cột B) pH – 6,3 – 8,1 5,5 – 9,0 6,0 – 9,0 5,5 – 9,0 SS mg/L 2000 – 3500 100 50 150 COD mgO2/L 2900 – 8300 100 100 300 BOD5 mgO2/L 1950 – 5800 50 40 100 NH4 + -N mg/L 150 – 650 10 - - NO3 - -N mg/L 0 - - - NO2 - -N mg/L 0 - - - TN mg/L 168 - 726 30 50 150 TP mg/L 40 – 140 6 - - Coliform MPN/ 100 mL 8,5x10 5 - 2,2x10 6 5000 3000 5000 Từ các kết quả số liệu trong Bảng 3.1 thấy rằng, các chỉ tiêu chất lượng nước thải chăn nuôi lợn biến động rất lớn. Giá trị COD, NH4 + và TP dao động tương ứng: 2900 – 8300 mgO2/L, 150 – 650 và 40 – 140 mg/L. Điều này là do nước thải được lấy các đợt khác nhau, không chỉ phụ thuộc vào tuổi gia súc, nguồn thức ăn, phương pháp vệ sinh mà còn cả thời tiết và chất lượng nước vệ sinh chuồng trại. So với cột B của Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia về nước thải chăn nuôi gia súc (QCVN 01-79:2011/BNNPTNT) nước thải chăn nuôi lợn khu vực nghiên 76 cứu ô nhiễm rất cao. Cụ thể, COD cao gấp 29 - 83 lần, NH4 + -N cao gấp 15 - 65 lần, TP cao gấp 4 - 12 lần, SS cao gấp 20 - 35 lần và coliform cao gấp 160 - 440 lần. So với cột B của Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia về nước thải chăn nuôi (QCVN 62-MT:2016/BTNMT) thì nước thải chăn nuôi lợn khu vực nghiên cứu có COD cao gấp 9,6 – 27,6 lần, TN cao gấp 1,1 – 4,8 lần, SS cao gấp 13,3 – 23,3 lần và coliform cao gấp 160 - 440 lần. Mặc dù vậy, nước thải chăn nuôi lợn có đặc điểm hàm lượng chất hữu cơ, chất dinh dưỡng N và P cao, là môi trường tốt để phát triển VSV. Tỷ số BOD5 / COD = 0,67 – 0,7, phù hợp với xử lý sinh học. Ngoài ra, nước thải còn có đặc điểm tỷ số COD/NH4 + -N = 15 – 20 (> 5) và COD/TP = 75 – 85 (> 45). Với tỷ số COD/NH4 + -N và COD/TP cao như thế này, hệ thống xử lý sinh học có khả năng xử lý triệt để nitrat và P (Lê Văn Cát, 2007; Đỗ Khắc Uẩn và Nguyễn Hoàng Nam, 2014). 3.2. Sự thích nghi và đặc tính bùn hoạt tính Trong hệ thống XLNT có quá trình xử lý sinh học, BHT có vai trò quan trọng, quyết định 80% hiệu quả XLNT. Khi nồng độ và hoạt tính của bùn trong hệ thống cao sẽ làm hiệu quả xử lý chất ô nhiễm của hệ thống tăng cao và rút ngắn thời gian xử lý. Kết quả nghiên cứu thu được về sự thay đổi hàm lượng sinh khối theo thời gian được thể hiện trên Hình 3.1. Quan sát đồ thị kết quả nghiên cứu thể hiện trên Hình 3.1 thấy rằng, sau khoảng thời gian 18 ngày, VSV đã thích nghi với môi trường nước thải chăn nuôi và tăng trưởng nhanh, lượng sinh khối tăng từ 1200 lên khoảng 6500 mg/L. Ở giai đoạn đầu khi vận hành (6 ngày đầu), do lượng VSV trong bùn đang trong giai đoạn thích nghi với môi trường mới nên bùn phát triển chậm, cụ thể nồng độ BHT tăng từ 1200 đến khoảng 2800 mg/L. VSV khi cho vào môi trường mới cần có một thời gian để thích nghi. Sau giai đoạn làm quen với cơ chất, VSV mới bắt 77 đầu tăng trưởng. Đến giai đoạn sinh trưởng của VSV kèm theo môi trường nước thải chăn nuôi lợn giàu cơ chất cũng như chất dinh dưỡng nên BHT phát triển tốt, MLSS tăng nhanh từ 2800 lên khoảng 6500 mg/L. Quan sát thấy BHT chuyển từ màu nâu đen sang màu nâu vàng. Hình 3.1. Sự thay đổi MLSS và SVI theo thời gian Khả năng lắng của bùn (khả năng tách giữa pha rắn - lỏng trong bể phản ứng) thể hiện qua chỉ số SVI. BHT có chỉ số SVI càng nhỏ lắng càng nhanh và càng đặc. Quan sát đường biểu diễn chỉ số SVI trên Hình 3.1 nhận thấy, lượng bùn lắng giảm đi rõ rệt theo thời gian. Chỉ số SVI của BHT trong bể dao động từ 72 - 108 mL/g (từ ngày 14 đến ngày 32), trong khi đối với hệ thống BHT thông thường, SVI thường nằm trong khoảng 80 - 150 mL/g (Trần Văn Nhân và Ngô Thị Nga, 2002). Điều này chứng tỏ BHT trong bể có sự thích nghi và tăng trưởng tốt với nước thải chăn nuôi. Như vậy có thể thấy trong cả quá trình, khả năng lắng của bùn gần như rất tốt. Tuy nhiên, có những thời điểm bùn lắng không tốt, SVI dao động từ 102 – 108 mL/g từ ngày 22 đến ngày 26. Nguyên nhân có thể do thời gian sục khí kéo dài, lưu lượng khí cấp vào lớn, bông bùn vỡ và mịn hơn dẫn đến bùn khó lắng. Ở giai đoạn sau đó, sau khi điều chỉnh hệ cấp khí, bùn phát triển tốt trở lại, MLSS tăng đến khoảng 7000 mg/L, SVI dao động từ khoảng 76 - 86 mL/g. Khi bùn đặc, MLSS khoảng 7000 mg/L, tiến hành tách lượng bùn 78 ra nhiều bể và tiếp tục tăng lượng sinh khối lên 9000 - 12000 mg/L để đủ lượng BHT vận hành hệ thống. Để đánh giá mật độ sinh khối trong BHT xét thêm tỉ số MLVSS/MLSS. Kết quả nghiên cứu thể hiện trên Hình 3.2. Hình 3.2. Sự thay đổi của MLSS và tỉ số MLVSS/MLSS theo thời gian Từ các số liệu kết quả đồ thị thể hiện trên Hình 3.2 thấy rằng, tỉ số MLVSS/MLSS khá ổn định, dao động từ 0,75 - 0,88. Đối với quá trình BHT thông thường, tỉ số này thường là khoảng 0,8. Tỉ số MLVSS/MLSS này tương đương với kết quả nghiên cứu của nhóm Yang và Cicek (2008) khi tỉ số MLVSS/MLSS ≥ 0,75. Điều này cho thấy, BHT sử dụng trong nghiên cứu có chất lượng tốt. Tại một vài thời điểm, tỉ số MLVSS/MLSS giảm xuống dưới 0,7. Nguyên nhân là do quá trình tiền xử lý chưa tốt, trong nước thải chứa nhiều cặn vô cơ, các bông bùn chứa VSV bám vào các hạt cặn này dẫn đến bùn lắng nhanh, đồng thời làm kết quả MLSS tăng lên. Do đó, sử dụng rây lọc kích thước 0,1 mm thay thế cho rây lọc kích thước 0,5 mm để loại bỏ cặn tốt hơn.  Khả năng xử lý chất ô nhiễm của bùn hoạt tính  Giá trị pH của nước thải trước và sau khi xử lý Giá trị pH của nước thải chăn nuôi dao động khoảng 6,3 – 6,8. Sau quá trình sục khí và nghỉ lắng liên tiếp trong 2 ngày thì giá trị pH trong nước thải đầu ra tăng lên đáng kể và dao động trong khoảng 8,2 – 8,8. Nguyên nhân có thể do 79 trong quá trình axit hóa phân giải chất hữu cơ tạo thành các axit béo dễ bay hơi là những chất dễ phân hủy sinh học nên các VSV dễ dàng hấp thụ, dẫn đến làm giảm tính axit trong nước, đồng nghĩa với làm tăng pH. Ngoài ra còn có thể do trong nước thải có chứa các thành phần khoáng vô cơ như Ca2+, Mg2+ và Na+, K+ nên sau khi oxy hóa tạo nên các chất kiềm mạnh như Ca(OH)2, KOH làm tăng pH trong nước thải. Nước thải đầu ra phân tích thấy Ca2+ và K+ có nồng độ lần lượt là 94,4 – 210,3 và 257,1 – 575,9 mg/L. Hình 3.3. Sự thay đổi của pH theo thời gian  Hiệu quả xử lý chất hữu cơ Khả năng xử lý COD phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong đó, số lượng, hoạt tính VSV, tốc độ tăng sinh khối cũng như hàm lượng chất bẩn, chất dinh dưỡng có trong nước thải có ảnh hưởng lớn. Sự thay đổi giá trị COD trong nước thải và hiệu suất xử lý COD theo thời gian được biểu diễn trên Hình 3.4. 80 Hình 3.4. Sự thay đổi của COD và hiệu suất xử lý COD theo thời gian Quan sát đồ thị kết quả nghiên cứu thể hiện trên Hình 3.4 thấy rằng, giá trị COD đầu vào trong khoảng thời gian 16 ngày đầu được điều chỉnh dao động trong khoảng từ 625 - 1436 mgO2/L để VSV thích nghi dần với môi trường mới. Hiệu suất xử lý COD của quá trình đạt từ 81,6 - 91,4%, tương ứng giá trị COD đầu ra 68 – 110 mgO2/L. Sau thời gian thích nghi và tăng trưởng của VSV, hàm lượng sinh khối tăng nhanh nên để đảm bảo nhu cầu cơ chất và dinh dưỡng cung cấp cho hệ VSV, điểu chỉnh COD đầu vào tăng lên, dao động khoảng 3000 – 7000 mgO2/L. Khi thời gian lưu bùn tăng, hiệu suất xử lý COD của quá trình đạt được khá cao, từ 94,3 – 95,5%, tương ứng với COD sau xử lý còn khoảng 318 - 367 mgO2/L. Nhìn chung, hiệu quả xử lý COD của hệ tương đối cao, mặc dù nước thải sau xử lý vẫn chưa đạt tiêu chuẩn cho phép, điều này đồng nghĩa với việc cần có biện pháp loại bỏ các chất hữu cơ khó phân hủy ra khỏi nước thải trước khi đưa vào hệ thống xử lý hiếu khí.  Hiệu quả xử lý amoni Nitơ tồn tại trong nước thải chăn nuôi chủ yếu ở dạng NH4 + . Sự thay đổi NH4 + trong nước thải và hiệu suất xử lý NH4 + theo thời gian được biểu diễn trên Hình 3.5. 81 Hình 3.5. Sự thay đổi của nồng độ NH4 + - N và hiệu suất xử lý theo thời gian Nước thải chăn nuôi trong nghiên cứu có nồng độ NH4 + khá cao, nồng độ NH4 + dao động từ 75 - 602 mg N/L. Theo thời gian, khi MLSS trong bể tăng thì hiệu suất xử lý NH4 + -N của hệ cũng tăng theo từ 56,4 – 99,8 %, tương ứng NH4 + -N đầu ra khoảng 41,4 – 0,9 mg/L. Sục khí kèm theo khuấy trộn liên tục tạo điều kiện cho BHT được đảo trộn đều trong hệ thống. Các bông cặn BHT giúp phân hủy các chất hữu cơ và xây dựng tế bào mới nên cần nhiều chất dinh dưỡng để phát triển, do đó hiệu suất xử lý NH4 + tăng. Ngoài ra, DO trung bình đạt khoảng 4,2 mg/L, tạo điều kiện thuận lợi để NH4 + -N trong nước thải chuyển hoá hết sang dạng NO2 - , NO3 - theo các phản ứng: NH4 + + O2  NO2 - (3.1) NO2 - + O2  NO3 - (3.2) Hơn nữa, trong quá trình lắng tạo môi trường thiếu khí, yếm khí, NH4 + cũng được loại bỏ bằng quá trình Sharon - Anammox (Van Dongen và ncs, 2001; Christan Fux và ncs, 2002): NH4 + + NO2 -  N2 + H2O (3.3) Do đó, sau 2 ngày xử lý, NH4 + đã được chuyển hóa gần như hoàn toàn, hiệu suất đạt trên 99,8 %, tương ứng NH4 + -N đầu ra khoảng 0,9 mg/L . 82 Như vậy có thể thấy rằng, nồng độ BHT đã có sự thích nghi với nước thải chăn nuôi lợn và đã có sự tăng trưởng sinh khối (sau 18 ngày, nồng độ BHT tăng từ 1200 lên khoảng 6500 mg/L). Tỉ số MLVSS/MLSS khá ổn định, dao động từ 0,71 - 0,88. Chỉ số SVI của BHT trong bể dao động từ 72 - 108 mL/g và giảm dần theo thời gian. Trong khi đó, khả năng xử lý cơ chất và các chất dinh dưỡng tăng theo thời gian. BHT sau khi đã thích nghi với nguồn nước thải chăn nuôi được đưa vào sử dụng trong các nghiên cứu. 3.3. Ảnh hƣởng của một số các yếu tố vận hành lọc đến quá trình tắc màng 3.3.1. Ảnh hưởng của vật liệu màng lọc dạng tấm phẳng Do màng lọc được đặt ngập bên trong bể vi sinh nên trong quá trình hoạt động bùn sẽ bám vào bề mặt màng lọc gây nên hiện tượng tắc nghẽn màng lọc và làm giảm năng suất lọc. Khi xảy ra tắc màng, áp suất qua màng tăng cao. Do đó, hiện tượng tắc nghẽn màng lọc được nhận biết bằng cách theo dõi sự thay đổi áp suất qua màng. Các loại vật liệu màng lọc khác nhau của môđun màng lọc dạng tấm phẳng có ảnh hưởng đến sự thay đổi áp suất qua màng theo thời gian lọc. Kết quả nghiên cứu được đưa ra trên Hình 3.6. Hình 3.6. Sự thay đổi áp suất qua màng dạng tấm phẳng theo thời gian với từng loại vật liệu màng khác nhau 83 Quan sát kết quả nghiên cứu thu được trên Hình 3.6 cho thấy, đối với màng lọc PTFE, sau khoảng thời gian 45 phút hoạt động, áp suất qua màng đã tăng từ khoảng xấp xỉ 0 đến 40 cmHg. Đối với các màng vật liệu CA, CA biến tính và PVDF, áp suất qua màng tăng chậm hơn rất nhiều so với màng PTFE. Cụ thể, sau khoảng thời gian 45 phút hoạt động, áp suất qua màng đối với tất cả các vật liệu màng CA, CA biến tính và PVDF đều đạt < 3,5 cmHg. Theo khuyến cáo của các nhà sản xuất màng lọc, khi áp suất qua màng đạt đến một khoảng giới hạn xác định, khoảng 35 – 40 cmHg thì nên dừng vận hành và làm sạch màng. Như vậy, với vật liệu màng PTFE sau khoảng thời gian vận hành 45 phút, do áp suất qua màng tăng quá cao (đạt 40 cmHg) nên thí nghiệm với vật liệu màng này đã phải dừng lại. So với các vật liệu màng khác, khoảng thời gian hoạt động được thực hiện dài hơn, do áp suất qua màng tăng chậm. Thực tế cho thấy, sau khoảng thời gian vận hành kéo dài tới 450 phút, áp suất qua màng với vật liệu CA chỉ tăng tới 9,5 cmHg, trong khi đó đối với màng từ vật liệu CA biến tính chỉ đạt 5,75 cmHg và đối với màng từ vật liệu PVDF, áp suất qua màng tăng chậm nhất, chỉ tới 2 cmHg. Kết quả nghiên cứu này có thể giải thích bởi đặc tính của màng từ vật liệu PTFE là một loại vật liệu kỵ nước, có độ thấm kém nên làm cho màng nhanh tắc. Còn với các màng từ vật liệu CA, CA biến tính và PVDF là những vật liệu ưa nước nên thời gian hoạt động của những màng này dài hơn. Ngoài yếu tố thời gian vận hành ảnh hưởng tới sự tăng áp suất liên quan tới tắc màng đã được khảo sát để lựa chọn vật liệu màng nào cho các nghiên cứu tiếp theo cần quan tâm tới cả chỉ tiêu về độ bền kéo của các vật liệu màng. Kết quả kiểm tra độ bền kéo của các vật liệu màng trên máy đo độ bền vật liệu Instron (Mỹ), được thể hiện trong Bảng 3.2. Bảng 3.2. Độ bền

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • pdf01050003468_7194_2002763.pdf
Tài liệu liên quan