Đề tài Nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi heo ở trại Xuân Thọ III bằng quá trình lọc sinh học kị khí

-12g VSS/1 lít nước thải. Giai đoạn thích nghi kết thúc khi hiệu quả xử lý ổn định và hình thành lớp màng vi sinh dính bám trên sơ dừa. Giai đoạn thích nghi của mô hình thí nghiệm kéo dài trong 2 tuần, 1 tuần cho 1 lần thay nước với nồng độ COD = 600 mg/l. Trong giai đoạn thích nghi, tiến hành đo các chỉ tiêu COD, pH. 9 Giai đoạn tăng nồng độ Sau khi thích nghi, tiến hành tăng nồng độ và theo dõi hiệu quả xử lý ở các nồng độ COD = 600 mg/l , 1200 mg/l, 1500 mg/l. Thời gian theo dõi là 2 ngày. Mỗi nồng độ chạy trong 2 tuần. Cuối mỗi nồng độ, tiến hành theo dõi đặc tính xử lý của mô hình theo thời gian. Ở mỗi nồng độ, tiến hành phân tích các chỉ tiêu COD, BOD5, pH, N-NH3 ,PO43-, N tổng. Nhưng do điều kiện thí nghiệm không cho phép để thực hiện phân tích các chỉ tiêu BOD5 ,PO43-, N tổng một cách thường xuyên nên các thông số kiểm soát thường xuyên cho cả mô hình tĩnh và động là COD, N-NH3, pH. 4.4.2 Thí nghiệm trên mô hình động 9 Giai đoạn thích nghi: Tương tự như mô hình tĩnh. Nước thải được bơm tuần hoàn trong suốt quá trình thích nghi bằng bơm định lượng với lưu lượng 28.8 lít/ngày đến khi hình thành lớp màng vi sinh và hiệu quả xử lý ổn định. 9 Giai đoạn ổn định: Tiến hành khảo sát hiệu quả xử lý của mô hình ở các thời gian lưu nước khác nhau, theo thứ tự giảm dần thời gian lưu: HRT = 24giờ, 12giờ, 8giờ và 4 giờ. Với HRT = 24 giờ, tiến hành tăng dần nồng độ đến khi đạt được nồng độ thực COD = 1500 mg/l và hiệu quả xử lý ổn định thì giảm dần thời gian lưu nước. Trong quá trình thí nghiệm, thực hiện phân tích thường xuyên các chỉ tiêu: COD, pH, NH3. 4.5 Kết quả thí nghiệm và thảo luận 4.5.1 Mô hình tĩnh 4.5.1.1 Theo dõi hiệu quả xử lý ứng với các nồng độ COD khác nhau Chương 4 Nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi heo ở trại Xuân Thọ III bằng quá trình lọc sinh học kị khí 48 H N - N H 3 (% ) -9 .3 17 .2 15 .1 18 .0 -6 .8 -1 9. 4 15 .9 - 4 .7 10 .1 39 .3 16 .9 -3 .7 -1 0. 8 22 .8 12 .1 11 .7 -1 5. 6 12 .8 8. 7 8. 9 2. 6 N -N H 3r m g/ l (H RT = 2 ng ày ) 22 3. 0 21 3. 0 26 0. 5 17 4. 0 18 9. 0 28 9. 0 22 4. 5 32 6. 0 32 0. 0 25 3. 0 24 7. 0 32 0. 0 21 0. 0 23 7. 0 29 1. 0 32 1. 0 36 7. 0 34 4. 5 39 6. 0 36 4. 0 35 2. 0 N -N H 3v m g/ l 2 04 .0 25 8. 0 30 7. 0 21 2. 5 11 7. 0 24 2. 0 20 9. 0 31 1. 5 35 6. 0 27 9. 0 29 8. 0 34 9. 0 19 0. 0 30 7. 0 32 7. 5 36 3. 5 31 7. 5 39 5. 0 43 3. 5 39 9. 5 36 1. 5 pH r (H RT = 2 ng ày ) 7. 85 7. 88 7. 48 7. 66 7. 58 7. 86 7. 68 7. 94 7. 84 7. 73 7. 73 8. 10 7. 75 7. 51 7. 70 7. 51 7. 68 7. 57 7. 68 7. 93 7. 64 pH r (H RT = 1 ng ày ) 7. 84 7. 65 7. 58 7. 58 7. 84 7. 65 7. 45 7. 84 8. 06 8. 02 7. 85 8. 09 7. 89 7. 30 7. 61 7. 55 7. 60 7. 60 7. 52 7. 87 7. 57 pH V 7. 77 7. 38 7. 62 7. 52 7. 21 7. 74 7. 42 7. 81 7. 57 7. 68 7. 92 7. 59 7. 57 7. 42 7. 52 7. 30 7. 62 7. 73 7. 41 7. 82 7. 62 H C O D (% ) (H RT = 2 ng ày ) 29 .5 40 .3 68 .0 68 .1 65 .9 67 .1 68 .9 68 .0 69 .6 69 .7 71 .3 78 .5 71 .4 70 .3 63 .7 67 .0 67 .5 67 .8 68 .5 70 .0 67 .8 H C O D (% ) (H RT = 1 ng ày ) 15 .7 34 .2 66 .0 66 .3 65 .9 67 .1 68 .9 68 .0 65 .0 68 .2 62 .7 78 .5 71 .4 70 .3 64 .0 62 .0 65 .0 66 .9 66 .1 68 .1 67 .8 C O D r (H RT = 2 ng ày ) 47 0 39 8 19 2 20 8 25 0 22 4 20 4 33 9 34 3 34 0 31 5 20 6 32 4 30 2 52 3 50 4 52 0 47 6 48 3 44 5 50 2 C O D r (H RT = 1 ng ày ) 56 2 43 9 20 4 22 0 25 0 23 8 20 4 33 9 39 5 35 7 40 9 20 6 32 4 30 2 51 8 58 0 56 0 49 0 52 0 47 4 50 2 C O D v 66 7 66 7 60 0 65 2 73 3 68 0 65 5 10 59 11 29 11 23 10 97 96 0 11 34 10 18 14 40 15 27 16 00 14 80 15 32 14 84 15 57 B ản g 4. 2: K ết q uả c hạ y m ô hì nh tĩ nh ở c ác n ồn g độ C O D k há c nh au C O D = 60 0 m g/ l C O D = 10 00 m g/ l C O D = 15 00 m g/ l Chương 4 Nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi heo ở trại Xuân Thọ III bằng quá trình lọc sinh học kị khí 49 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 C O D (m g/ l) COD vào COD ra (HRT=1 ngày) COD ra (HRT=2 ngày) 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 C O D (m g/ l) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 H iệ u qu ả xử lý (% ) COD vào Hiệu quả xử lý (HRT=1 ngày) Hiệu quả xử lý (HRT=2 ngày) HRT: thời gian lưu nước. Đồ thị 4.1: Sự biến đổi COD ở các nồng độ khác nhau Đồ thị 4.2: Hiệu quả xử lý COD ở các nồng độ khác nhau Chương 4 Nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi heo ở trại Xuân Thọ III bằng quá trình lọc sinh học kị khí 50 0 100 200 300 400 500 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 N -N H 3 ( m g/ l) N-NH3 vào N-NH3 ra (HRT=2 ngày) 0 100 200 300 400 500 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 N -N H 3 (m g/ l) -30 -20 -10 0 10 20 30 H iệ u qu ả xử lý (% ) N-NH3 vào Hiệu quả xử lý (%) Đồ thị 4.3: Sự biến đổi N-NH3 ở các nồng độ khác nhau Đồ thị 4.4: Hiệu quả xử lý N-NH3 ở các nồng độ khác nhau Chương 4 Nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi heo ở trại Xuân Thọ III bằng quá trình lọc sinh học kị khí 51 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0 8.5 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 pH pH vào pH ra (HRT=2ngày) Đồ thị 4.5: Sự biến đổi pH ở các nồng độ COD khác nhau Nhận xét: Trong giai đoạn thích nghi ban đầu, tại COD = 600 mg/l, hiệu quả xử lý COD sau 1 ngày lưu nước chỉ đạt 15-34%, sau 2 ngày lưu nước chỉ đạt 35-40%. Hiệu quả xử lý thấp do vi sinh vật chưa thích nghi và chưa dính bám tốt. Sau giai đoạn thích nghi, hiệu quả xử lý tăng lên và đạt ổn định . 9 Tại nồng độ COD = 600 mg/l, hiệu quả xử lý COD sau 1 ngày lưu nước 1 khoảng 65-69%, sau 2 ngày lưu nước khoảng 65-68%. 9 Tại nồng độ COD = 1000 mg/l, hiệu quả xử lý COD sau 1 ngày lưu nước khoảng 65-71%, sau 2 ngày lưu nước khoảng 68%-71%. 9 Tại nồng độ COD = 1500 mg/l, hiệu quả xử lý COD sau 1 ngày lưu nước: 64-67%, sau 2 ngày lưu nước: 66-68%. Nhìn trên đồ thị, ta thấy rõ sự ổn định về hiệu suất xử lý khi tăng COD từ 600 mg/l lên 1000 mg/l và 1500 mg/l. Hiệu quả xử lý COD ở cả 3 nồng độ khá cao 65-70% (sau khi đã qua 1 bậc xử lý kị khí trong bể biogas). Ở mỗi nồng độ, không có sự khác biệt đáng kể về hiệu xuất xử lý COD sau 1 ngày lưu nước và 2 ngày lưu nước. Điều này có thể giải thích do nước thải chăn nuôi là loại nước thải dễ phân hủy sinh học; hơn nữa, sau khi qua bể biogas, một phần các chất hữu cơ đã bị phân hủy, những chất khó phân huỷ cũng đã được vi khuẩn thuỷ phân, lên men và vi khuẩn acid hoá chuyển thành các hợp chất đơn giản, dễ phân Chương 4 Nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi heo ở trại Xuân Thọ III bằng quá trình lọc sinh học kị khí 52 hủy, thuận lợi cho hoạt động phân huỷ của hệ vi sinh kị khí trong quá trình lọc kị khí. Do đó tốc độ methane hoá trong quá trình lọc kị khí xãy ra nhanh hơn, hiệu quả xử lý ở các nồng độ khá cao và ổn định sau thời gian xử lý là 1 ngày. Vậy ta có thể chọn thời gian lưu nước là 1 ngày. pH tăng ít từ 0.03 đến 0.3 đơn vị. N-NH3 ứng với thời gian lưu nước 2 ngày biến động (tăng hoặc giảm) 20-40 mg/l. Sự biến động này là do ảnh hưởng của NH3 sinh ra trong quá trình kị khí và NH3 do vi khuẩn sử dụng để tổng hợp tế bào. 4.5.1.2.Theo dõi sự biến đổi các thông số theo thời gian ứng với các nồng độ COD khác nhau a. Nồng độ COD = 600 mg/l Bảng 4.3: Sự biến đổi các thông số theo thời gian tại COD = 600 mg/l Giờ COD (mg/l) Hiệu quả xử lý HCOD (%) pH N-NH3 (mg/l) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 776 565 426 353 311 345 334 353 338 310 296 310 310 268 240 240 240 240 240 0 27.2 45.1 54.5 59.9 55.5 57.0 54.5 56.4 60.1 60.1 65.5 69.1 69.1 69.1 69.1 69.1 69.1 69.1 7.98 - 7.71 - 7.77 - 8.00 - 8.07 - 7.95 - 7.98 - 8.08 - 8.04 - 8.07 250 - 275 - 263 - 242 - 225 - 210 - 222 - 231 - 216 - 222 Chương 4 Nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi heo ở trại Xuân Thọ III bằng quá trình lọc sinh học kị khí 53 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Giờ C O D (m g/ l) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 H iệ u qu ả xử lý (% ) COD Hiệu quả xử lý pH 6.00 6.50 7.00 7.50 8.00 8.50 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Giờ Đồ thị 4.6: Sự biến đổi COD theo thời gian tại nồng độ 600mg/l Đồ thị 4.7: Sự biến đổi pH theo thời gian tại nồng độ COD = 600 mg/l Chương 4 Nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi heo ở trại Xuân Thọ III bằng quá trình lọc sinh học kị khí 54 0 50 100 150 200 250 300 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Giờ N -N H 3 (m g/ l) N-NH3 Đồ thị 4.8: Sự biến đổi N-NH3 theo thời gian tại nồng độ COD = 600 mg/l Nhận xét: Hiệu quả xử lý COD khá cao, gần 70%. Trong 4 giờ đầu, COD giảm nhanh từ 776 mg/l xuống còn 311 mg/l, hiệu quả xử lý đạt 60%. Sau đó, COD giảm chậm hơn ở các giờ tiếp theo. Sau 14 giờ lưu nước, COD chỉ còn 240 mg/l, ứng với hiệu suất xử lý là 69% và đạt ổn định ở các giờ còn lại. Trong 4 giờ đầu pH giảm đồng thời COD cũng giảm. pH đầu vào là 7.98, pH sau 4 giờ lưu nước giảm còn 7.77 (giảm 0.2 đơn vị), sau đó pH tăng lên và dao động nhẹ xung quanh giá trị pH = 8. N-NH3 trong vài giờ đầu tăng 10 – 20 mg/l, sau đó giảm dần ở thời gian tiếp theo. Chương 4 Nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi heo ở trại Xuân Thọ III bằng quá trình lọc sinh học kị khí 55 b. Nồng độ COD = 1000 mg/l Bảng 4.4: Sự biến đổi các thông số theo thời gian tại COD = 1000 mg/l 0 200 400 600 800 1000 1200 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 Giờ C O D (m g/ l) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 H iệ u qu ả xử lý (% ) COD Hiệu quả xử lý (%) Đồ thị 4.9: Sự biến đổi COD theo thời gian tại nồng độ 1000mg/l Giờ COD (mg/l) Hiệu quả xử lý HCOD (%) pH N-NH3 (mg/l) 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 1017 870 732 514 423 440 294 321 294 283 294 0 14.5 28.0 49.5 58.4 56.7 71.1 68.4 71.1 72.2 71.1 7.68 7.35 7.50 7.58 7.77 7.78 7.82 7.80 7.75 7.84 7.76 307 322 337.5 324 308 288 292 282 287.5 290 297 Chương 4 Nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi heo ở trại Xuân Thọ III bằng quá trình lọc sinh học kị khí 56 6.0 6.3 6.6 6.9 7.2 7.5 7.8 8.1 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 Giờ pH 100 150 200 250 300 350 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 Giờ N -N H 3 ( m g/ l) Đồ thị 4.10: Sự biến đổi pH theo thời gian tại nồng độ COD = 1000 mg/l Đồ thị 4.11: Sự biến đổi N-NH3 theo thời gian tại nồng độ COD = 1000 mg/l Nhận xét: Trong trường hợp COD = 1000 mg/l, COD giảm từ 1017 mg/l xuống còn 294 mg/l sau 12 giờ lưu nước, và đạt hiệu quả xử lý 71%. COD giảm nhanh trong 6 giờ đầu, sau 6 giờ lưu COD chỉ còn 514 mg/l, hiệu quả xử lý cơ chất đạt 50%. Sau đó COD giảm chậm hơn trong các giờ kế tiếp và đạt ổn định với hiệu suất khử COD 71-72% Chương 4 Nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi heo ở trại Xuân Thọ III bằng quá trình lọc sinh học kị khí 57 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 Giờ C O D (m g/ l) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 H iệ u qu ả xử lý (% ) COD Hiệu quả xử lý Tương tự như tại COD = 600 mg/l, ở COD = 1000 mg/l, pH cũng giảm trong vài giờ đầu. pH đầu vào là 7.68 nhưng sau 2 giờ giảm còn 7.35 (giảm 0.33 đơn vị). Sau đó pH tăng chậm, pH sau 10 giờ lưu là 7.78, và dao động nhẹ 0.04-0.06 đơn vị trong các giờ tiếp theo. N-NH3 tăng ở 4 giờ đầu, từ 307 mg/l lên 337 mg/l sau 4 giờ lưu (tăng 30 mg/l). Sau đó NH3 giảm chậm, sau 10 giờ lưu còn 288 mg/l. a. Nồng độ COD = 1500 mg/l: Bảng 4.5: Sự biến đổi các thông số theo thời gian tại COD = 1500 mg/l Đồ thị 4.12: Sự biến đổi COD theo thời gian tại nồng độ 1500mg/l Giờ COD (mg/l) Hiệu quả xử lý HCOD (%) pH N-NH3 (mg/l) 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 1533 1220 992 824 757 642 593 642 513 513 542 0 20.4 35.3 46.2 50.6 58.1 61.3 58.1 66.5 66.5 64.6 7.92 7.58 7.48 7.66 7.67 7.80 7.82 7.80 7.90 7.79 7.86 395 421 425 434 426 414 419 406 404 409 407 Chương 4 Nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi heo ở trại Xuân Thọ III bằng quá trình lọc sinh học kị khí 58 6 6.5 7 7.5 8 8.5 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 Giờ pH 200 250 300 350 400 450 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 Giờ N -N H 3 ( m g/ l) Đồ thị 4.13: Sự biến đổi pH theo thời gian tại nồng độ COD = 1500 mg/l Đồ thị 4.14: Sự biến đổi N-NH3 theo thời gian tại nồng độ COD = 1500 mg/l Nhận xét: Trong trường hợp COD = 1500 mg/l, hiệu quả xử lý COD đạt 66.5% sau 18 giờ lưu nước; thấp hơn so với tại nồng độ 600 mg/l và 1000 mg/l trong cùng thời gian. COD giảm nhanh trong 10 giờ đầu, COD vào = 1533 mg/l, sau 10 giờ lưu hiệu quả xử lý đạt 58% ứng với COD = 642 mg/l. Tương tự như ở COD = 600 mg/l và COD = 1000 mg/l, sau thời gian đầu giảm nhanh, COD giảm chậm hơn ở các giờ kế tiếp và đạt ổn định với hiệu quả xử lý 66.5%. Chương 4 Nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi heo ở trại Xuân Thọ III bằng quá trình lọc sinh học kị khí 59 pH vào = 7.92, sau 4 giờ giảm còn 7.48 (giảm 0.44 đơn vị), sau đó tăng chậm 0.2- 0.4 đơn vị. Sau 20 giờ pH là 7.86 NH3 tăng dần trong 6 giờ đầu, NH3 đầu vào = 395 mg/l, sau 6 giờ là 434 mg/l (tăng 39 mg/l). Sau đó giảm dần và dao động nhẹ trong khoảng 404-409 mg/l. Sau 20 giờ NH3 không giảm mà còn tăng 12 mg/l so với đầu vào. Kết luận: Hiệu quả xử lý COD ở cả 3 nồng độ khá cao 66-70% sau thời gian 20 giờ lưu nước. Nhìn chung, COD giảm nhanh trong vài giờ đầu ứng với sinh trưởng của vi sinh vật đang nằm trong pha log, sau đó giảm chậm ở các giờ tiếp theo và dần ổn định. 9 Tại COD = 600 mg/l, COD giảm nhanh trong 4 giờ đầu với hiệu suất xử lý COD là 60% 9 Tại COD = 1000 mg/l, COD giảm nhanh trong 8 giờ đầu với hiệu suất xử lý COD là 58% 9 Tại COD = 1500 mg/l, COD giảm nhanh trong 10 giờ đầu với hiệu suất xử lý COD là 58% Ta thấy rõ, hàm lượng chất hữu cơ càng cao, thời gian phân huỷ càng dài Trong 3 trường hợp, ta thấy có sự tương tự nhau: pH giảm trong vài giờ đầu, đồng thời COD cũng giảm đáng kể. Điều này có thể giải thích do: Trong thành phần nước thải sau quá trình biogas vẫn còn chứa 1 số chất hữu cơ ở dạng phức tạp, chưa được phân huỷ như cellulose, protit, chất béo…;ở pH = 7-8, vi khuẩn acid hoá hoạt động, song song đó, vi khuẩn methane hoá cũng hoạt động. Vi khuẩn acid hoá hoạt động chuyển hoá các hợp chất này thành các acid acetic, propionic, butyric… làm giảm pH của nước, vi khuẩn methane hoá hoạt động chuyển hoá các acid này thành CH4 và CO2 làm giảm COD trong nước. Ứng với COD càng cao, pH giảm càng nhiều vì lượng acid sinh ra nhiều hơn so với ở COD thấp. pH sau đó tăng chậm lên do quá trình giải phóng độ kiềm bicarbonate HCO- ;đồng thời do trong quá trình vi sinh vật sử dụng cơ chất để tổng hợp tế bào, đã lấy đi H+ trong nước. Trong các trường hợp trên, NH3 tăng trong vài giờ đầu do quá trình do quá trình phân huỷ các chợp chất hữu cơ chứa N như protein, acid amin sinh ra NH3 tự do, sau đó giảm ở các giờ tiếp theo do vi khuẩn sử dụng để tổng hợp tế bào và 1 phần NH3 thoát ra ngoài mô hình. Chương 4 Nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi heo ở trại Xuân Thọ III bằng quá trình lọc sinh học kị khí 60 Trong quá trình lọc kị khí, hiệu quả xử lý N-NH3 không đáng kể. Ở nồng độ càng cao, hiệu quả xử lý N-NH3 càng kém. kết quả theo dõi ở COD = 1500 mg/l cho thấy NH3 tăng 12 mg/l sau 20 giờ lưu nước. 4.5.2 Mô hình động Bảng 4.6: Kết quả chạy mô hình động Thời gian lưu nước HRT CODv (mg/l) CODr (mg/l) Tải trọng ( kgCOD/ m3.ngày) Hiệu quả xử lý (%) pHv pHr COD = 600 mg/l 600 600 733 655 667 565 847 204 192 218 209 215 164 320 0.34 0.34 0.42 0.37 0.38 0.32 0.48 66.0 68.0 70.3 68.1 67.8 71.0 62.2 7.85 7.49 7.71 7.56 7.62 7.52 7.58 7.82 7.47 7.68 7.75 7.68 7.71 7.76 COD =1000 mg/l 1059 988 1091 1018 988 988 1129 305 320 22 284 273 301 400 0.61 0.56 0.62 0.58 0.56 0.56 0.65 71.2 67.6 76.0 72.1 72.4 69.5 64.6 7.75 7.79 7.81 7.73 7.66 7.53 7.62 7.91 7.78 7.53 7.61 7.84 7.91 7.84 HRT = 24 giờ COD =1200 mg/l 1200 1200 1200 1200 1200 1167 381 381 438 329 351 329 0.69 0.69 0.69 0.69 0.69 0.67 68.3 68.3 63.5 72.6 70.8 71.8 7.73 7.87 8.01 7.69 8.03 7.64 7.93 8.03 7.71 7.67 8.08 7.75 Chương 4 Nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi heo ở trại Xuân Thọ III bằng quá trình lọc sinh học kị khí 61 COD = 1500 mg/l 1509 1371 1645 1571 1440 1400 357 425 494 494 520 466 0.86 0.78 0.94 0.90 0.82 0.80 76.3 69.0 70.0 68.6 63.9 66.7 7.52 7.67 8.07 7.80 7.60 7.75 7.75 7.90 8.32 8.08 7.71 7.73 HRT = 12 giờ COD = 1500 mg/l 1577 1600 1509 1645 1518 773 747 600 690 686 3.24 3.29 3.10 3.38 3.12 51.0 53.3 60.2 58.1 54.8 8.03 7.85 7.79 7.81 8.02 7.94 7.71 8.03 8.11 8.07 HRT = 8 giờ COD = 1500 mg/l 1600 1600 1533 1570 1545 1133 1000 933 800 757 5.49 5.49 5.26 5.38 5.30 29.2 37.5 39.1 49.0 51.0 7.39 7.53 7.36 7.60 7.57 782 7.71 7.78 7.46 7.59 HRT = 4 giờ COD = 1500 mg/l 1545 1564 1628 1600 1600 1600 1220 1145 1256 1218 1064 1064 10.59 10.72 11.16 10.97 10.97 10.97 21.0 26.8 22.9 23.9 33.5 33.5 7.53 7.67 7.45 7.83 7.72 7.71 7.41 7.60 7.53 7.61 7.63 7.64 Chương 4 Nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi heo ở trại Xuân Thọ III bằng quá trình lọc sinh học kị khí 62 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1112 13 1415 1617 1819 2021 2223 2425 26 Ngày C O D (m g/ l) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 H iệ u qu ả xử lý (% ) COD vào COD ra Hiệu quả xử lý 6.0 6.3 6.6 6.9 7.2 7.5 7.8 8.1 8.4 8.7 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 Ngày pH pH vào pH ra a. Thời gian lưu nước HRT = 24 giờ Đồ thị 4.15: Sự biến đổi COD ứng với thời gian lưu nước 24 giờ Đồ thị 4.16: Sự biến đổi pH ứng với thời gian lưu nước 24 giờ Chương 4 Nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi heo ở trại Xuân Thọ III bằng quá trình lọc sinh học kị khí 63 Nhận xét: Ứng với thời gian lưu nước HRT = 24 giờ, hiệu quả xử lý ổn định ở các nồng độ COD khác nhau. Hiệu quả xử lý khá cao, 70%. Kết quả này tương tự như kết quả thu được trong mô hình tĩnh khi khảo sát ở thời gian lưu nước 1 ngày. Hiệu quả xử lý cao và ổn định tại các nồng độ khác nhau có thể được giải thích do: bản thân nước thải chăn nuôi sau hệ thống biogas có tính chất dễ phân huỷ sinh học; đồng thời đối với tải trọng hữu cơ thấp (từ 0.3 – 1.5 kgCOD/m3.ngày) ứng với thời gian lưu nước dài (24 giờ) và lưu lượng nhỏ (0.58 lit/giờ), thì vận tốc nước chảy qua màng chậm, tăng cường khả năng tiếp xúc giữa màng vi sinh với nước thải , do đó tăng cường khả năng khuyếch tán và hấp phụ cơ chất vào màng, kết quả là nước thải được làm sạch hơn. Nhìn trên đồ thị ta thấy rõ sự ổn định hiệu suất xử lý khi tăng nồng độ từ 600 lên 1500 mg/l ứng với HRT = 24 giờ. Hiệu quả xử lý COD cao đồng thời với pH đầu ra tăng 0.2-0.4 đơn vị. pH tăng do quá trình vi sinh vật sử dụng cơ chất để tổng hợp tế bào, lấy đi H+ trong nước và do quá trình giải phóng độ kiềm bicarbonate. Chương 4 Nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi heo ở trại Xuân Thọ III bằng quá trình lọc sinh học kị khí 64 0 400 800 1200 1600 2000 0 1 2 3 4 5 6 C O D (m g/ l) 0 10 20 30 40 50 60 70 H iệ u qu ả xử lý (% ) COD vào COD ra Hiệu quả xử lý 6.0 6.3 6.6 6.9 7.2 7.5 7.8 8.1 8.4 0 1 2 3 4 5 6 pH pH vào pH ra b. Thời gian lưu nước HRT = 12 giờ Đồ thị 4.17: Sự biến đổi COD ứng với thời gian lưu nước 12 giờ Đồ thị 4.18: Sự biến đổi pH ứng với thời gian lưu nước 12 giờ Nhận xét: Với thời gian lưu nước HRT = 12 giờ, hiệu quả xử lý COD ở nồng độ 1500 mg/l tương đối cao, 55-60% nhưng thấp hơn so với ở thời gian lưu nước 24 giờ (hiệu quả xử lý đạt 66-70%). Tương tự như trên, pH đầu ra tăng 0.2 – 0.3 đơn vị. Chương 4 Nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi heo ở trại Xuân Thọ III bằng quá trình lọc sinh học kị khí 65 0 300 600 900 1200 1500 1800 0 1 2 3 4 5 6 C O D (m g/ l) 0 10 20 30 40 50 60 H iệ u qu ả xử lý (% ) COD vào COD ra Hiệu quả xử lý 6.0 6.3 6.6 6.9 7.2 7.5 7.8 8.1 0 1 2 3 4 5 6 pH pH vào pH ra c. Thời gian lưu nước HRT = 8 giờ Đồ thị 4.19: Sự biến đổi COD ứng với thời gian lưu nước 8 giờ Đồ thị 4.20: Sự biến đổi pH ứng với thời gian lưu nước 8 giờ Nhận xét: Hiệu quả xử lý COD giảm còn 50-53% và pH đầu ra tăng 0.2-0.4 đơn vị Chương 4 Nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi heo ở trại Xuân Thọ III bằng quá trình lọc sinh học kị khí 66 6.0 6.3 6.6 6.9 7.2 7.5 7.8 8.1 0 2 4 6 8 pH pH vào pH ra 0 300 600 900 1200 1500 1800 0 1 2 3 4 5 6 7 C O D (m g/ l) 0 5 10 15 20 25 30 35 40 H iệ u qu ả xử lý (% ) COD vào COD ra Hiệu quả xử lý d. Thời gian lưu nước HRT = 4 giờ Đồ thị 4.21: Sự biến đổi COD ứng với thời gian lưu nước 4 giờ Đồ thị 4.22: Sự biến đổi pH ứng với thời gian lưu nước 4 giờ Nhận xét: Ứng với thời gian lưu nước HRT = 4 giờ, hiệu quả xử lý COD giảm đáng kể, ở nồng độ COD = 1500 mg/l, hiệu suất xử lý chỉ còn 25-35%. Điều này có thể giải thích: ở thời gian lưu thấp, vận tốc nước đi qua màng lớn, thời gian tiếp xúc giữa màng vi sinh và Chương 4 Nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi heo ở trại Xuân Thọ III bằng quá trình lọc sinh học kị khí 67 0 10 20 30 40 50 60 70 80 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 HRT (giờ) H iệ u qu ả xử lý (% ) 0 4 8 12 24 24 24 24 cơ chất giảm, do đó khả năng khuyếch tán và hấp phụ cơ chất cũng giảm làm cho hiệu quả xử lý COD thấp xuống. Hiệu quả xử lý COD giảm đồng thời pH đầu ra cũng giảm. Chứng tỏ các acid hữu cơ được tạo thành trong quá trình lên men và acid hoá chưa được chuyển hoá hoàn toàn thành CH4 và CO2. Có thể giải thích cho điều này: do vi khuẩn methane hoá có tốc độ phát triển chậm hơn vi khuẩn acid hoá nên với thời gian lưu nước quá ngắn thì không đủ cho hoạt động chuyển hoá acid của vi khuẩn methane hoá. Đồ thị 4.23: Tổng hợp hiệu quả xử lý COD theo thời gian lưu nước Nhìn chung, thời gian lưu nước càng dài, hiệu quả xử lý COD càng cao. Ở thời gian lưu nước 24 giờ, hiệu quả xử lý COD cao hơn các thời gian lưu 12 giờ, 8 giờ và 4 giờ. Hiệu quả xử lý COD ở thời gian lưu 24 giờ đạt khoảng 70% và khá ổn định khi tăng COD từ 600 mg/l dần đến 1500 mg/l. Hiệu quả xử lý giảm dần ứng với việc giảm thời gian lưu nước (tức tăng tải trọng chất hữu cơ). Ở thời gian lưu nước 4 giờ, hiệu quả khử COD rất thấp, chỉ còn khoảng 20-30%. Từ kết quả thí nghiệm trên mô hình động, kết hợp với kết quả thu được trên mô hình tĩnh (khi theo dõi hiệu quả xử lý sau 1 ngày lưu nước và 2 ngày lưu nước), ta có thể chọn thời gian lưu nước để xử lý nước thải chăn nuôi sau quá trình biogas cho trại Xuân Thọ III là 1 ngày. Chương 4 Nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi heo ở trại Xuân Thọ III bằng quá trình lọc sinh học kị khí 68 50 55 60 65 70 75 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 kgCOD/m3.ngày H iệ u qu ả xử lý (% ) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 kgCOD/m3.ngày H iệ u qu ả xử lý (% ) Đồ thị 4.24: Tổng hợp hiệu quả xử lý COD theo tải trọng Đồ thị 4.25: Hiệu quả xử lý COD theo tải trọng ứng với thời gian lưu nước HRT = 24 giờ Theo đồ thị, tải trọng tối ưu của mô hình ứng với thời gian lưu nước 24 giờ là 1-1.2 kg COD/m3.ngày, khi đó hiệu quả xử lý đạt 71-72%. Chương 4 Nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi heo ở trại Xuân Thọ III bằng quá trình lọc sinh học kị khí 69 4.5.3 Xác định thôn