Luận văn Nghiên cứu nâng cao hiệu quả xử lý nước thải chăn nuôi lợn bằng phương pháp hóa lý kết hợp sinh học

oại bỏ nitơ đạt được rất cao, 99,7%. Tuy nhiên, khi nồng độ NH4+ cao hơn 500 mg/L, quá trình nitrat hóa không xảy ra hoàn toàn. Chẳng hạn, với nồng độ NH4+ 550 mg/L, nồng độ NH4+ đầu ra là 50 mg/L, mặc dù hiệu suất đạt được vẫn rất cao, 90,9% [19]. Do đó, hệ này cần phải tăng hàm lượng sinh khối trong bể phản ứng hoặc phải kéo dài thời gian sục khí. Hee Seok Kim và các cộng sự (2008) đã nghiên cứu tăng cường khả năng loại bỏ nitơ của nước thải chuồng lợn bằng màng lọc kết hợp với bể phản ứng nitrat hóa. Thông thường nước thải chăn nuôi chứa hàm lượng cao các chất hữu cơ, nitơ và phốtpho. Do đó, rất khó để duy trì tốt hiệu quả chất lượng bằng quá trình bùn hoạt tính truyền thống. Vi sinh oxy hóa chất hữu cơ có giá trị năng suất cao hơn so với VSV nitrat hóa. Nếu thời gian lưu bùn (SRT) ngắn hơn thì sẽ rất khó để ổn định VSV nitrat hóa. Vì thế các tác giả đã sử dụng hệ MBR để đạt được thông số MLSS cao và thời gian lưu bùn dài nhằm tăng cường hoạt động bể nitrat hóa. Các tác giả đã sử dụng hệ thống AO và AO2 với thời gian lưu nước (HRT) 5 ngày. Trước bể nitrat hóa kết hợp với hệ thống AO, nguồn amoni đầu vào được duy trì ở nồng độ cao để quá trình nitrat hóa chiếm ưu thế ở bể nitrat hóa. Hệ thống AO2 được kết hợp với bể thiếu khí 6 L, bể hiếu khí 12L và bể nitrat hóa 9L. Hệ thống được nghiên cứu với 4 bước: thay đổi tỷ lệ tuần hoàn, thay đổi HRT, và trường hợp có hoặc không có bể nitrat hóa. Nước thải chuồng lợn đã được tiền xử lý bằng ly tâm và tiền xử lý sinh học. Đặc tính nước thải đầu vào: COD 6419 mg/L, T-N 4212 mg/L, NH4+-N 2560 mg/L và NO3--N 1050 mg/L. Như vậy, trong trường hợp này tỷ lệ C/N rất thấp. Trong hệ thống AO, tỷ lệ tuần hoàn thay đổi từ 100% đến 500%. Kết quả cho thấy tỷ lệ tuần hoàn 300% đạt được hiệu quả tốt nhất. Kết quả loại bỏ T-N của hệ AO2 là 238 mg/L và đạt hiệu suất 94%, còn hệ AO chỉ đạt 539mg/L. Như vậy hiệu suất loại bỏ là 56% tăng so với hệ AO. Đặc biệt, hiệu suất loại bỏ NH4+-N là 68% và NO3--N là 37% tăng so với hệ AO. Kết quả nói lên rằng việc kết hợp với bể nitrat hóa có thể đạt được hiệu quả tốt hơn trong việc loại bỏ nitơ mà không cần bổ sung thêm nguồn cacbon trong trường hợp tỉ số C/N thấp [16]. - Nghiên cứu xử lý phốtpho: Xử lý hóa lý làm giảm hầu hết T-P bởi làm giảm số lượng các hạt rắn lơ lửng trong nước thải và làm kết tủa T-P bằng các hợp chất của sắt, nhôm và canxi. Nghiên cứu của D. M. Weaver & G. S. P. Ritchie về loại bỏ phốtpho từ nước thải chuồng lợn cho thấy, hiệu quả loại bỏ T-P bằng vôi tôi và hóa lý đạt 95% và không ảnh hưởng bởi chất lượng nước thải. Theo nghiên cứu của Ancheng Luo (2002), có thể làm giảm PO43- đồng thời tiết kiệm năng lượng bằng cách sục khí không liên tục ở mức ôxi hóa thấp. Trong vòng 24 giờ đã loại bỏ được 75% PO43-. Khả năng loại bỏ phốtpho giữa sục khí liên tục và không liên tục không có sự khác nhau nhiều [13]. H. Kim và các cộng sự (2005) đã nghiên cứu về hệ thống MBR gồm các bể sinh học theo chuỗi thiếu khí - hiếu khí rồi hiếu khí - hiếu khí để loại bỏ nitơ, phốtpho và các hợp chất hữu cơ trong nước thải chăn nuôi. Các màng làm từ polysulfone với trọng lượng phân tử (MWCO) 30kDa; diện tích bề mặt của màng là 0,5 m2. HRT tối đa của bể thiếu khí, hiếu khí, hiếu khí không liên tục và hiếu khí tương ứng là 5.3, 3.3, 5.9 và 4.2 ngày, trong khi tỉ lệ tái sinh bên trong của #1, #2, #3 từ 860% - 1.060%, và duy trì tương ứng ở 150 và 100%. Trong quá trình hoạt động, tại bể phản ứng sinh học MLSS dao động trong khoảng 4.040 - 11.100 mg/L, và nhiệt độ tại bể phản ứng sinh học dao động từ 25,3 - 40,2 oC. Thời gian lưu bùn (SRT) khoảng 24 - 61 ngày. Trong 6 tháng hoạt động, hiệu quả loại bỏ T-P đạt 82.7% với đầu vào dao động trong khoảng 34 - 192 mg/L [18]. - Nghiên cứu về keo tụ: Các nghiên cứu về keo tụ cũng đã được ứng dụng trong xử lý nước thải chăn nuôi lợn. Việc loại bỏ phốtpho được thực hiện bằng phương pháp kết tủa bởi những hóa chất phổ biến như phèn nhôm, vôi tôi, phèn sắt và các chất trợ keo tụ. Kết tủa struvite MgNH4PO4.6H2O đã được cải tiến và có thể loại bỏ cả phốtpho và nitơ. Các yếu tố ảnh hưởng như pH và liều lượng hóa chất đã được nhóm tác giả P.H. Liao, Y. Gao và K.V. Lo nghiên cứu. Chế độ khuấy được thực hiện trên máy jar test trong các cốc 500 ml: khuấy nhanh 100 vòng/phút trong 5 phút, sau đấy khuấy chậm 20 vòng/phút trong 30 phút. Cuối cùng để lắng 100 phút. Kết quả cho thấy, hiệu quả loại bỏ phốtpho cao nhất ở pH= 9, trong khi đó hiệu quả loại bỏ amonia cao nhất ở pH= 11. Polyme PERCOL 728 đã được sử dụng làm chất trợ keo tụ. Và việc kết hợp giữa MgNH4PO4.6H2O và PERCOL 728 có hiệu quả cao hơn trong việc loại bỏ phốtpho, amonia và chất rắn lơ lửng [21]. J. Dosta, J. Rovira, A. Galı, S. Mace, J. Mata-A lvarez cúng đã khảo sát quy trình kết hợp keo tụ/tạo bông trong hệ SBR để loại bỏ COD và nitơ trong quá trình xử lý nước thải chăn nuôi lợn. Qua khảo sát cho thấy nồng độ FeCl3 tối ưu là 800mg/L với chế độ khuấy: khuấy nhanh trong 30 giây, sau đó khuấy chậm 15 phút, và cuối cùng để lắng 20 phút. Kết quả là T-COD và SS giảm tương ứng trên 66 và 74%, và loại bỏ T-N trên 98% khi làm việc với thời gian lưu nước HRT 2,7 ngày và SRT 12 ngày, nhiệt độ 32oC, 3 giai đoạn hiếu khí với 1 giai đoạn thiếu khí, sục khí ngắt nghỉ. Liều lượng chất keo tụ như trên không gây ảnh hưởng đến hoạt động của VSV nitrat hóa và khử nitrat hóa [22]. Nghiên cứu tiền xử lý hóa lý bằng keo tụ kết hợp với MBR để nâng cao hiệu quả xử lý và giảm hiện tượng tắc màng trong xử lý nước thải chăn nuôi lợn đã được H.Kim và các cộng sự (2005) thực hiện trong 5 tháng. Hiệu suất trung bình loại bỏ BOD, COD, NH3-N trong quá trình keo tụ tương ứng là 64,3; 77,3 và 40,4%, trong đó hiệu suất loại bỏ nitơ thấp hơn các thông số khác. Hiệu suất loại bỏ độ đục bởi hóa chất keo tụ đạt 96,4% chủ yếu là do trung hòa điện tích. Nước thải sau quá trình xử lý keo tụ được thu gom lại và là đầu vào của MBR với tải lượng COD trung bình là 0,57 kg COD/m3 ngày. Độ đục đầu vào biến động từ 1,7 – 56,0 NTU không làm ảnh hưởng đến đầu ra độ đục, vẫn duy trì dưới 2,0 NTU. Chất hữu cơ và nitơ được loại bỏ đáng kể trong MBR. Hiệu suất loại bỏ BOD, COD, độ đục và NH3-N trong quá trình MBR đạt tương ứng 99,5; 99,4; 99,8 và 98,2%. Do sự xuất hiện của vi tảo và các sinh vật lơ lửng gây cản trở quá trình xử lý COD và nitơ, phốtpho nên nhóm tác giả Ignacio de Godos, Hector O. Guzman, Roberto Soto (2010) đã tiến hành đánh giá khả năng loại bỏ sinh khối tảo và vi khuẩn từ nước thải lợn bằng các hóa chất keo tụ phổ biến là sắt chorua và sắt sunfat và các polyme như: Drewfloc 447; Flocudex CS/5000; Glocusol CM/78; Chmifloc CV/300 và Chitosan. Các thí nghiệm được thực hiện trong các cốc 100 ml, trong đó có 40 ml vi khuẩn tảo và khuấy ở 300 vòng/phút trong 1 phút và để lắng trong 10 phút. Hiệu quả loại bỏ sinh khối S.obliquus, Chlorella, C. sorokiniana, Chlorococcum sp cao nhất của muối sắt (FeCl3 và Fe2(SO4)3) đạt được là 66 – 98% khi ở nồng độ 150 – 250 mg/L. Với nồng độ muối sắt thấp hơn 50 mg/L hiệu quả loại bỏ tảo thấp. Khi thêm các chất keo tụ thường làm giảm pH từ 10 – 10,5 xuống 3 – 3,7 ở nồng độ muối sắt 250 mg/L. Bên cạnh đấy, hiệu quả keo tụ giảm khi sử dụng nồng độ polyme keo tụ quá liều. Trong thí nghiệm với Chitosan, mặc dù Chitosan có hiệu quả keo tụ tốt nhất trong việc loại bỏ các vi tảo thường được ghi nhận ở mức nồng độ 25 mg/L, tuy nhiên kết quả đạt được trong các thí nghiệm này thấp hơn so với các lần trước, cụ thể hiệu quả loại bỏ dưới 40% đối với C. sorokiniana, Chlorococcum sp. và S. obliquus, và chỉ đạt 58 ± 8% đối với Chlorella Consortium. Kết quả thấp này có thể do các hạt keo hữu cơ tương tác với Chitosan. Thí nghiệm với Chitosan với nồng độ từ 50 – 250 mg/L không thấy làm tăng khả năng loại bỏ sinh khối vi tảo. pH giảm xuống 3,7 khi tăng liều lượng Chitosan do xuất hiện axit acetic. Chitosan trong nghiên cứu của Sukenic et al. (1988) và Buelna et al. (1990) tối ưu ở nồng độ 10 và 20 mg/L. Sử dụng chất keo tụ polyacrylamide như Flocusol CM-78, Drewfloc 447, Chemifloc CV-300 và Flocudex CS-5000 với nồng độ thấp (5 – 50 mg/L) là cần thiết để loại bỏ hầu hết sinh khối vi tảo. Đối với S. obliquus, Chlorococcum sp. và C. sorokinianabiomass thì polyme Flocusol CM-78 tối ưu ở nồng độ 50 mg/L, đạt hiệu suất 83–92%. Đối với Chlorellaconsortium thì nồng độ polyme tối ưu là 100 mg/L, hiệu suất loại bỏ sinh khối đạt 94%. Khả năng loại bỏ sinh khối tối ưu của Chmifloc CV/300 là 84 - 91% khi ở nồng độ 25 mg/L. Flocudex CS-5000 đạt hiệu suất 74 - 90% ở 25 mg/L. Cũng giống Chitosan, khi tăng nồng độ chất keo tụ cũng làm giảm hiệu suất keo tụ do hình thành các lực đẩy. Tóm lại, trong việc loại bỏ sinh khối tảo, các polyme thương mại được sử dụng ở nồng độ thấp hơn so với các chất keo tụ của muối sắt [18]. - Nghiên cứu một số yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất xử lý sinh học: Trong nghiên cứu của Ancheng Luo và cộng sự (2002), khi thay đổi chế độ sục khí từ 0 – 0,667 L/ph liên tục, T-N và NH4+-N giảm tương ứng 24 và 32,3% (với đầu vào T-N là 2,88 g/l). Sục khí không liên tục (tắt bật sau 2 giờ) đạt được khoảng 50% hiệu quả loại bỏ T-N và NH4+-N như sục khí liên tục [13]. Liên quan đến chế độ sục khí là chỉ số ôxy hòa tan (DO). Chỉ số DO đóng vai trò quan trọng trong việc loại bỏ nitơ. Không cung cấp đủ oxy làm giảm khả năng loại bỏ NH3-N. Trong hệ MBR: Hiệu suất loại bỏ NH3-N giảm xuống còn 92,8% khi nồng độ DO giảm còn 1,0 mg/L. DO nên duy trì trên 2 mg/L ở bể hiếu khí để hệ MBR hoạt động ổn định. Theo nghiên cứu của H. Kim và cộng sự (2005), nhiệt độ trong bể phản ứng sinh học trong mùa hè thường tăng lên khoảng 50oC do một lượng lớn nhiệt thoát ra từ phản ứng sinh học trong chất hữu cơ nên cần phải làm giảm xuống 35oC để tránh ức chế quá trình nitrat hóa. Theo đó cần phải kiểm soát nhiệt độ để có được phản ứng nitrat hoàn toàn mà không cần thiết bị làm mát. Kiểm soát nồng độ MLSS ở bể sinh học được lựa chọn như là một giải pháp, kết quả là nhiệt độ ở bể sinh học trong mùa hè được duy trì thấp hơn 40oC. Khi nhiệt độ ở bể sinh học được kiểm soát, tốc độ nitrat đạt khoảng 99,5%. Kết quả này có thể giải thích hoặc do vi khuẩn nitrifying được duy trì ở bể sinh học hoặc do thời gian lưu dài và sự tăng nhiệt độ [18]. Chương 2 - ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Đối tượng nghiên cứu Nước thải chăn nuôi lợn tại xóm Múi, xã Bích Hòa, huyện Thanh Oai, thành phố Hà Nội được lấy sau lúc rửa chuồng, bao gồm: nước rửa chuồng trại, phân và nước tiểu của lợn. Mẫu nước thải được loại bỏ cặn thô, vật nổi, thức ăn thừa...đem về phòng thí nghiệm; Hệ xử lý nước thải chăn nuôi lợn bằng phương pháp sinh học kết hợp với màng lọc vi lọc polyme; Hóa chất keo tụ: phèn sắt Fe2(SO4)3, phèn nhôm Al2(SO4)3.18 H2O. 2.2. Phương pháp nghiên cứu 2.2.1. Phương pháp thu thập xử lý số liệu Đã thu thập, kế thừa các tài liệu, số liệu, nguồn thông tin liên quan từ nhiều nguồn khác nhau: sách; các bài báo khoa học trong các tạp chí; luận văn từ thư viện và các nguồn tài liệu từ internet. 2.2.2. Phương pháp phân tích đánh giá Để khảo sát các yếu tố liên quan đến nội dung nghiên cứu, đã tiến hành các nhóm phân tích đánh giá như sau: Bảng 2.1. Phương pháp phân tích đánh giá STT Chỉ tiêu Thiết bị phân tích Tiêu chuẩn 1 pH Điện cực đo pH TCVN 6492:2011 2 NH4+ (N) Điện cực đo NH3-N TCVN 6620 – 2000 3 NO3- (N) Máy đo quang UV THERMO ELECTRON COVPORATION TCVN 6620 – 2000 4 NO2- (N) 5 PO43- (P) 6 N-tổng Thiết bị cất nitơ VELD – Scientifica (UDK142) TCVN 6835 – 2011 7 COD Máy phá mẫu COD (DRB200); Thiết bị chuẩn độ TCVN 6491:1999 8 Độ màu Máy đo màu (HI 96727) TCVN 6185:2008 9 Độ đục Máy đo độ đục HANNA HI93703 TCVN 6184:1996 10 TSS Giấy cân, bộ lọc, cân phân tích, tủ sấy TCVN 6625:2000 11 T-P Bếp phá mẫu; Máy UV-VIS TCVN 6202:2008 12 Coliform Bộ kit làm vi sinh TCVN 6187-1:2009 2.3. Phương pháp thực nghiệm 2.3.1. Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình keo tụ ở giai đoạn tiền xử lý nước thải chăn nuôi Thí nhiệm 1: Ảnh hưởng của pH đối với chất keo tụ là phèn sắt Thí nghiệm được tiến hành với 1 lít nước thải lấy từ trang trại chăn nuôi lợn, lọc sơ bộ, loại bỏ những cặn lớn bằng rây kích thước lỗ 0,5 × 0,5 mm, bổ sung chất keo tụ là phèn sắt Fe2(SO4)3, nồng độ 200 mg/L. Điều chỉnh pH của hỗn hợp nước thải trong khoảng 5 - 9, khuấy nhanh 300 vòng/phút trong 1 phút, khuấy chậm 30 vòng/phút trong 10 phút bằng thiết bị jar test, để lắng 60 phút. Lấy phần nước trong phân tích các chỉ tiêu pH, TSS, COD, độ đục, độ màu, NH4+-N để đánh giá hiệu quả xử lý, từ đó tìm ra khoảng pH tối ưu [10,20]. Thí nhiệm 2: Ảnh hưởng của nồng độ phèn sắt Thí nghiệm được tiến hành với 1 lít nước thải lấy từ trang trại chăn nuôi lợn, lọc sơ bộ, loại bỏ những cặn lớn bằng rây kích thước lỗ 0,5 × 0,5 mm, bổ sung chất keo tụ là phèn sắt Fe2(SO4)3, nồng độ thay đổi từ 400 đến 1200 mg/L. Điều chỉnh pH tối ưu thu được từ thí nghiệm 1, khuấy nhanh 300 vòng/phút trong 1 phút, khuấy chậm 30 vòng/phút trong 10 phút bằng thiết bị jar test, để lắng 60 phút. Lấy phần nước trong phân tích các chỉ tiêu pH, TSS, COD, độ đục, độ màu, PO43--P để đánh giá hiệu quả xử lý [10,20]. 2.3.2. Nghiên cứu khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý COD và nitơ trong giai đoạn xử lý sinh học kết hợp màng vi lọc polyme 2.3.2.1. Hệ thống xử lý sinh học kết hợp màng vi lọc polyme Hệ xử lý nước thải chăn nuôi lợn bằng phương pháp sinh học kết hợp với màng vi lọc polyme được bố trí như trên Hình 2.1: Hình 2.1. Mô hình bố trí các thiết bị trong hệ thống xử lý 1-Bể đầu vào (10L); 2-Cột yếm khí (8,5L); 3-Cột thiếu khí (8,5L); 4-Bể hiếu khí kết hợp lọc màng (13L); 5-Bể đầu ra (10L) Thuyết minh mô hình xử lý Hệ thống các thiết bị xử lý gồm: bể đầu vào, bể yếm khí, bể thiếu khí, bể hiếu khí và bể chứa. Nước thải được lọc sơ bộ, loại bỏ những loại cặn lớn bằng rây lọc kích thước lỗ 0,5 × 0,5 mm, tiền xử lý bằng phương pháp keo tụ trước khi dẫn vào bể số 1. Nước thải được bơm từ bể đầu sang cột yếm khí (số 2), tiếp tục tự chảy qua cột thiếu khí (số 3), sau đó nước thải được đưa vào xử lý trong bể hiếu khí (số 4). Màng lọc được đặt trong bể hiếu khí, nhờ bơm áp lực nước thải hút qua màng tách thành 2 dòng, 1 dòng chảy tuần hoàn về cột thiếu khí, dòng còn lại là nước đầu ra sau xử lý sinh học. Bể đầu vào Nước thải chăn nuôi thải ra từ các công đoạn rửa chuồng, theo đường mương dẫn chảy về khu xử lý và đi vào bể chứa của các hố chăn nuôi. Tại đây nước thải được tách các cặn thô, tiền xử lý bằng phương pháp keo tụ. Nước thải sau keo tụ dẫn vào bể yếm khí bằng bơm định lượng. Tại bể đầu vào 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 khí - Bể yếm khí được thiết kế như trên Hình 2.2a bằng vật liệu PVC hình trụ với thể tích là 8,5 lít. a) Bể yếm khí b) Bể thiếu khí Hình 2.2. Cấu tạo bể yếm khí, thiếu khí - Bể yếm khí được thiết kế cho dòng nước thải đi vào từ đáy cột và đi ra phía trên của cột. Tại đây nước thải sẽ được phân phối đều trên diện tích bể. 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 (khoảng 70- 80 % là CH4, 20-30% là CO2). 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. Bể thiếu khí - Bể thiếu khí được thiết kế như trên Hình 2.2b bằng vật liệu PVC hình trụ với thể tích là 8,5 lít. Bể thiếu khí số 3 được thiết kế cho nước thải đi từ đáy cột lên, bên trong chứa giá thể vi sinh. Giá thể vi sinh có tác dụng tăng diện tích tiếp xúc giữa nước thải và vi sinh, phân phối đều dòng nước thải trong cột. - Quá trình thiếu khí: a) Giá thể vi sinh b) Bể thiếu khí Hình 2.3. Giá thể vi sinh trong bể thiếu khí Bể hiếu khí - Bể hiếu khí tổng thể tích nước hữu dụng 13L, làm bằng nhựa PVC, thiết kế như trên Hình 2.4. Hình 2.4. Sơ đồ bể hiếu khí - Bể hiếu khí được lắp đặt hệ thống phân phối khí tại đáy bể, có tác dụng cung cấp oxi cho quá trình sinh học hiếu khí, khuấy trộn phản ứng và quá trình sục khí cho màng lọc ở thể động tránh hiện tượng tắc màng. - Quá trình hiếu khí: - Màng lọc vi lọc vật liệu sử dụng trong bể hiếu khi có diện tích bề mặt 1 m2 loại sợi rỗng, vật liệu Polyvinylidene fluoride. Màng được cố định trong hộp bảo vệ hình hộp và định vị cố định trên giá đỡ. Màng sử dụng loại bơm hút có thể điểu chỉnh lưu lượng. Các thông số của màng sợi rỗng vật liệu PVDF như sau: Vật liệu màng PVDF Diện tích 0,065 m2 Năng suất thiết kế 10 – 60 l/m2.giờ Sợi đường kính trong/ ngoài 1,0/1,8 mm Kích thước lỗ 0,1 μm Lọc mô hình Bên ngoài - trong Tối đa áp lực hoạt động - 70 cm Hg đề nghị áp lực <- 40 cm Hg Nhiệt độ 5~45 Giá trị pH 1~12 Bầu chất kết dính nhựa epoxy Hình 2.5. Cấu tạo sợi màng - Tại bể hiếu khí diễn ra các phản ứng sinh hoá trong bể phản ứng, đây cũng là thời điểm xảy ra các quá trình phân hủy chất ô nhiễm chủ yếu. Trong bể hiếu khí được sục khí bằng bong bóng bọt nhỏ và liên tục trong suốt quá trình xử lý. Màng hoạt động nhờ vào áp lực hút do bơm tạo ra để đưa nước sạch ra ngoài, tại đây dòng ra được chia làm 2, một phần ra bể chứa, phần còn lại được bơm tuần hoàn bơm ngược trở lại bể thiếu khí số 3. 2.3.2.2. Tiến hành thí nghiệm Thí nghiệm 3: Khảo sát hiệu quả xử lý COD và nitơ trong nước thải chăn nuôi bằng hệ sinh học kết hợp màng vi lọc polyme - Nước thải đưa vào hệ lấy từ trang trại chăn nuôi lợn, được lọc sơ bộ, loại bỏ những cặn lớn bằng rây lọc kích thước lỗ 0,5 × 0,5 mm. - Các thông số vận hành: Nồng độ bùn hoạt tính hiếu khí 9000 mg/L; Thời gian lưu thủy lực 4 ngày; Thời gian lưu bùn 30 – 60 ngày; Dòng tuần hoàn so với dòng ra là 3:1; Năng suất lọc của màng: 12 L/m2.h. Hệ chạy liên tục [9]. - Sau thời gian hệ hoạt động ổn định (30 ngày) bắt đầu lấy mẫu ở các bể (đầu vào, sau bể yếm khí, sau bể thiếu khí, sau bể hiếu khí) tương ứng với các vị trí lấy mẫu M1; M2; M3; M4 với mật độ 1 lần/ngày. - Mẫu được phân tích các chỉ tiêu: pH, COD, độ màu, SS, NH4+, NO3-, NO2-, PO43- để đánh giá hiệu quả xử lý. Thí nghiệm 4: khảo sát hiệu quả xử lý COD và nitơ trong nước thải chăn nuôi bằng phương pháp hóa lý kết hợp hệ sinh học - Nước thải đưa vào hệ lấy từ trang trại chăn nuôi lợn, được lọc sơ bộ, loại bỏ những cặn lớn bằng rây lọc kích thước lỗ 0,5 × 0,5 mm, bổ sung chất keo tụ là phèn sắt Fe2(SO4)3, nồng độ 600 mg/L, điều chỉnh pH khoảng 8, khuấy nhanh 300 vòng/phút trong 1 phút, khuấy chậm 30 vòng/phút trong 10 phút và để lắng trong khoảng 60 phút. Lấy phần nước trong dẫn vào hệ sinh học kết hợp màng vi lọc polyme. - Các thông số vận hành: Nồng độ bùn hoạt tính hiếu khí 9000 mg/L; Thời gian lưu thủy lực 4 ngày; Thời gian lưu bùn 30 – 60 ngày; Dòng tuần hoàn so với dòng ra là 3:1; Năng suất lọc của màng: 12 L/m2.h. Hệ chạy liên tục [9]. - Sau thời gian hệ hoạt động ổn định (30 ngày) bắt đầu lấy mẫu ở các bể (đầu vào, sau bể yếm khí, sau bể thiếu khí, sau bể hiếu khí) tương ứng với các vị trí lấy mẫu M1; M2; M3; M4 với mật độ 1 lần/ngày. - Mẫu được phân tích các chỉ tiêu: pH, COD, độ màu, SS, NH4+, NO3-, NO2-, PO43- để đánh giá hiệu quả xử lý. Thí nghiệm 5: khảo sát hiệu quả xử lý COD và nitơ trong nước thải chăn nuôi bằng phương pháp hóa lý kết hợp hệ sinh học - Nước thải đưa vào hệ lấy từ trang trại chăn nuôi lợn, được lọc sơ bộ, loại bỏ những cặn lớn bằng rây lọc kích thước lỗ 0,5 × 0,5 mm, bổ sung chất keo tụ là phèn sắt Fe2(SO4)3, nồng độ 1000 mg/L, điều chỉnh pH khoảng 8, khuấy nhanh 300 vòng/phút trong 1 phút, khuấy chậm 30 vòng/phút trong 10 phút và để lắng trong khoảng 60 phút. Lấy phần nước trong dẫn vào hệ sinh học kết hợp màng vi lọc polyme. - Các thông số vận hành: Nồng độ bùn hoạt tính hiếu khí 9000 mg/L; Thời gian lưu thủy lực 4 ngày; Thời gian lưu bùn 30 – 60 ngày; Dòng tuần hoàn so với dòng ra là 3:1; Năng suất lọc của màng: 12 L/m2.h. Hệ chạy liên tục [9]. - Sau thời gian hệ hoạt động ổn định (30 ngày) bắt đầu lấy mẫu ở các bể (đầu vào, sau bể yếm khí, sau bể thiếu khí, sau bể hiếu khí) tương ứng với các vị trí lấy mẫu M1; M2; M3; M4 với mật độ 1 lần/ngày. - Mẫu được phân tích các chỉ tiêu: pH, COD, độ màu, SS, NH4+, NO3-, NO2-, PO43- để đánh giá hiệu quả xử lý. 2.3.3. Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý tăng cường nước thải sau xử lý sinh học kết hợp màng vi lọc polyme bằng phương pháp keo tụ Thí nhiệm 6: Ảnh hưởng của pH đối với chất keo tụ là phèn nhôm Thí nghiệm được tiến hành với 500 ml nước thải sau xử lý sinh học kết hợp màng vi lọc polyme, bổ sung chất keo tụ là phèn nhôm Al2(SO4)3.18 H2O, nồng độ 500 mg/L. Hỗn hợp nước thải được điều chỉnh pH trong khoảng 3 - 9, khuấy nhanh 300 vòng/phút trong 1 phút, khuấy chậm 30 vòng/phút trong 10 phút bằng thiết bị jar test và để lắng trong khoảng 60 phút. Lấy phần nước trong phân tích các chỉ tiêu pH, COD, độ màu để đánh giá hiệu quả xử lý, từ đó tìm ra khoảng pH tối ưu. Thí nhiệm 7: Ảnh hưởng của nồng độ đối với chất keo tụ là phèn nhôm Thí nghiệm được tiến hành với 500 ml nước thải sau xử lý sinh học kết hợp màng vi lọc polyme, bổ sung chất keo là phèn nhôm Al2(SO4)3.18 H2O, nồng độ thay đổi từ 500 đến 2000 mg/L, điều chỉnh pH tối ưu có được từ thí nghiệm 6, khuấy nhanh 300 vòng/phút trong 1 phút, khuấy chậm 30 vòng/phút trong 10 phút bằng thiết bị jar test, để lắng khoảng 60 phút. Lấy phần nước trong phân tích các chỉ tiêu pH, COD, độ màu để đánh giá hiệu quả xử lý. Thí nhiệm 8: Ảnh hưởng của pH đối với chất keo tụ là phèn sắt Thí nghiệm được tiến hành với 500 ml nước thải sau xử lý sinh học kết hợp màng vi lọc polyme, bổ sung chất keo tụ là phèn sắt Fe2(SO4)3, nồng độ 500 mg/L. Hỗn hợp nước thải được điều chỉnh pH trong khoảng 3 - 9, khuấy nhanh 300 vòng/phút trong 1 phút, khuấy chậm 30 vòng/phút trong 10 phút bằng thiết bị jar test và để lắng trong khoảng 60 phút. Lấy phần nước trong phân tích các chỉ tiêu pH, COD, độ màu để đánh giá hiệu quả xử lý, từ đó tìm ra được khoảng pH tối ưu. Thí nhiệm 9: Ảnh hưởng của nồng độ đối với chất keo tụ là phèn sắt Thí nghiệm được tiến hành với 500 ml nước thải sau xử lý sinh học kết hợp màng vi lọc polyme, bổ sung chất keo tụ là phèn sắt Fe2(SO4)3, nồng độ thay đổi từ 500 đến 2000 mg/L, điều chỉnh pH tối ưu có được từ thí nghiệm 8, khuấy nhanh 300 vòng/phút trong 1 phút, khuấy chậm 30 vòng/phút trong 10 phút bằng thiết bị jar test, để lắng khoảng 60 phút. Lấy phần nước trong phân tích các chỉ tiêu pH, COD, độ màu để đánh giá hiệu quả xử lý. Chương 3 - KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Đặc tính của nước thải chăn nuôi lợn Kết quả phân tích các chỉ tiêu hóa lý và chỉ tiêu sinh học của nước thải chăn nuôi lợn được nghiên cứu thể hiện trong Bảng 3.1. Bảng 3.1. Đặc tính của nước thải lợn lấy tại địa chỉ xóm Múi – xã Bích Hòa huyện Thanh Oai – Hà Nội STT Các chỉ tiêu Đơn vị Giá trị QCVN 40:2011/ BTNMT (cột B) QCVN 01-79:2011/ BNNPTNT (cột B) 1 pH - 7,3 - 8,5 5,5-9 5,5-9 3 TSS mg/L 800 - 3000 100 100 4 COD mg O2/L 2100 - 7000 150 100 5 BOD5 mg O2/L 1000 - 3500 50 50 6 N-NH4+ mg/L 140 - 538 10 10 7 N-NO2- mg/L 0,1 - 0,3 - - 8 N-NO3- mg/L 0,2 - 0,6 - - 9 P-tổng mg/L 20 - 75 6 6 10 Coliforms MPN/ 100 mL 0,95×106 - 1,25×106 5.000 5.000 Theo kết quả phân tích trong Bảng 3.1 cho thấy tất cả các thông số đặc trưng cho sự ô nhiễm đều cao hơn nhiều lần so với Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp (QCVN 40:2011/BTNMT), cột B, cụ thể: TSS cao gấp 80 - 300 lần; COD gấp 20 - 60 lần; BOD5 gấp 40 - 70; NH4+ cao gấp 10 - 50 lần; T-P cao gấp 10 - 20 lần và Coliforms cao gấp 190 – 250 lần. Như vậy, nước thải chăn nuôi lợn tại đây rất ô nhiễm, nếu không được xử lý trước khi thải ra môi trường sẽ gây ảnh hưởng rất lớn đến môi trường và sức khỏe con người. 3.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất tiền xử lý nước thải chăn nuôi bằng phèn sắt 3.2.1. Ảnh hưởng của pH Nước thải chăn nuôi lợn chứa hàm lượng lớn các hạt rắn và hầu hết chúng là những hạt keo bền vững. Keo tụ hóa học là một phương pháp có khả năng xử lý hiệu quả nước thải chuồng lợn do nó có khả năng tách rắn - lỏng. Tuy nhiên, phương pháp keo tụ không thể xử lý triệt để ô nhiễm trong nước thải chăn nuôi mà chỉ có thể làm giảm một phần các thông số như COD, SS, độ đục, độ mầu, nitơ và phốtpho. Trong quá trình keo tụ, pH là một yếu tố ảnh hưởng rất quan trọng, do vậy thí nghiệm với giá trị pH trong khoảng từ 5 – 9 đã được thực hiện. Muối sắt chưa phổ biến ở Việt Nam nhưng rất phổ biến ở các nước công nghiệp. Muối sắt thuỷ phân sẽ tạo axit, vì vậy cần đủ độ kiềm để giữ pH không đổi. Fe2(SO4)3 + 3Ca(HCO3)2 ® 2Fe(OH)3¯ + 3CaSO4 + 6CO2 So với phèn nhôm, mu