›
›

Khóa luận Nghiên cứu một số yếu tố ảnh hưởng tới giai đoạn xử lý yếm khí nước thải sản xuất bún bằng thiết bị UASB - Hoàng Quốc Huy

pdf 54 trang huongle 1280
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Khóa luận Nghiên cứu một số yếu tố ảnh hưởng tới giai đoạn xử lý yếm khí nước thải sản xuất bún bằng thiết bị UASB - Hoàng Quốc Huy", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfkhoa_luan_nghien_cuu_mot_so_yeu_to_anh_huong_toi_giai_doan_x.pdf

Nội dung text: Khóa luận Nghiên cứu một số yếu tố ảnh hưởng tới giai đoạn xử lý yếm khí nước thải sản xuất bún bằng thiết bị UASB - Hoàng Quốc Huy

  1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG ISO 9001 : 2008 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP NGÀNH: KỸ THUẬT MÔI TRƢỜNG Sinh viên : Hoàng Quốc Huy Giảng viên hƣớng dẫn: PGS.TS. Nguyễn Thị Hà ThS. Tô Thị Lan Phƣơng HẢI PHÒNG - 2012
  2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG NGHIÊN CỨU MỘT SỐ YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG TỚI GIAI ĐOẠN XỬ LÝ YẾM KHÍ NƢỚC THẢI SẢN XUẤT BÚN BẰNG THIẾT BỊ UASB KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY NGÀNH: KỸ THUẬT MÔI TRƢỜNG Sinh viên : Hoàng Quốc Huy Giảng viên hƣớng dẫn: PGS.TS. Nguyễn Thị Hà ThS. Tô Thị Lan Phƣơng HẢI PHÒNG – 2012
  3. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Sinh viên: Hoàng Quốc Huy Mã SV: 121084 Lớp: MT1201 Ngành: Kỹ thuật môi trƣờng Tên đề tài: ―Nghiên cứu một số yếu tố ảnh hƣởng tới giai đoạn xử lý yếm khí nƣớc thải sản xuất bún bằng thiết bị UASB‖.
  4. NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI 1. Nội dung và các yêu cầu cần giải quyết trong nhiệm vụ đề tài tốt nghiệp ( về lý luận, thực tiễn, các số liệu cần tính toán và các bản vẽ). - Khảo sát đặc trƣng nƣớc thải sản xuất bún tại làng nghề Đình Đông- Hải Phòng. - Khảo sát ảnh hƣởng của pH, thời gian lƣu, tải trọng COD tới hiệu quả xử lý của quá trình. 2. Các số liệu cần thiết để thiết kế, tính toán. - Các số liệu thu đƣợc từ thực nghiệm. 3. Địa điểm thực tập tốt nghiệp. - Phòng thí nghiệm F204, Trƣờng Đại Học Dân Lập Hải Phòng
  5. CÁN BỘ HƢỚNG DẪN ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Ngƣời hƣớng dẫn thứ nhất: Họ và tên: Nguyễn Thị Hà Học hàm, học vị: Phó Giáo sƣ, Tiến sĩ Cơ quan công tác: Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên Hà Nội Nội dung hƣớng dẫn: Ngƣời hƣớng dẫn thứ hai: Họ và tên: Tô Thị Lan Phƣơng. Học hàm, học vị: Thạc sỹ. Cơ quan công tác: Trƣờng Đại học Dân Lập Hải Phòng Nội dung hƣớng dẫn: Đề tài tốt nghiệp đƣợc giao ngày 02 tháng 09 năm 2012 Yêu cầu phải hoàn thành xong trƣớc ngày 08 tháng 12 năm 2012 Đã nhận nhiệm vụ ĐTTN Đã giao nhiệm vụ ĐTTN Sinh viên Người hướng dẫn Hoàng Quốc Huy ThS. Tô Thị Lan Phƣơng Hải Phòng, ngày tháng năm 2012 Hiệu trƣởng GS.TS.NGƢT Trần Hữu Nghị
  6. PHẦN NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƢỚNG DẪN 1. Tinh thần thái độ của sinh viên trong quá trình làm đề tài tốt nghiệp: 2. Đánh giá chất lƣợng của khóa luận (so với nội dung yêu cầu đã đề ra trong nhiệm vụ Đ.T. T.N trên các mặt lý luận, thực tiễn, tính toán số liệu ): 3. Cho điểm của cán bộ hƣớng dẫn (ghi bằng cả số và chữ): Hải Phòng, ngày 08 tháng 12 năm 2012 Cán bộ hƣớng dẫn (Ký và ghi rõ họ tên) ThS. Tô Thị Lan Phương
  7. LỜI CẢM ƠN Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn PGS.TS Nguyễn Thị Hà, Thạc sỹ Tô Thị Lan Phƣơng đã tận tình giúp đỡ em hoàn thành khóa luận này. Em cũng xin chân thành cảm ơn tới các Thầy Cô trong ban lãnh đạo nhà trƣờng, các thầy cô trong Bộ môn kỹ thuật Môi trƣờng đã tạo điều kiện giúp đỡ cho em trong suốt quá trình thực hiện đề tài. Vì khả năng và sự hiểu biết còn có hạn nên đề tài của em không tránh khỏi sự sai sót. Vậy em kính mong các Thầy Cô góp ý để đề tài của em đƣợc hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn! Sinh viên Hoàng Quốc Huy
  8. DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT TSS: Hàm lƣợng chất rắn lơ lửng KHP: Kali Hidro Phalat COD: Nhu cầu oxi hoá học BOD: Nhu cầu oxi sinh học
  9. DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: Cân bằng vật chất, năng lƣợng cho sản xuất một tấn sản phẩm bún 5 Bảng 1.2: Khối lƣợng nƣớc thải tại làng sản xuất bún Phú Đô 6 Bảng 2.1: Bảng thể tích các dung dịch sử dụng để xây dụng đƣờng chuẩn COD 21 Bảng 2.2: Số liệu đƣờng chuẩn COD 21 + Bảng 2.3: Bảng thể tích các dung dịch để xây dựng đƣờng chuẩn NH4 24 + Bảng 2.4: Bảng kết quả xác định đƣờng chuẩn NH4 24 Bảng 3.1: Đặc trƣng nƣớc thải sản xuất bún 32 Bảng 3.2: Ảnh hƣởng của thời gian lƣu tới hiệu suất xử lý 33 Bảng 3.3: Ảnh hƣởng của tải trọng COD dòng vào đến hiệu suất xử lý 35 Bảng 3.4: Ảnh hƣởng của pH tới hiệu suất xử lý 41
  10. DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Công nghệ sản xuất bún. 3 Hình 2.1: Đồ thị biểu diễn đƣờng chuẩn COD 22 + Hình 2.2: Đồ thị biểu diễn đƣờng chuẩn NH4 25 Hình 2.3: Mô hình thiết bị UASB 26 Hình2.4: Thiết bị UASB trong phòng thí nghiêm 28 Hình 2.5: Thiết bị UASB tự thiết kế và đang sử dụng 29 Hình 3.1: Nƣớc thải sản xuất bún sau khi để lắng 48 tiếng 32 Hình 3.2: Đồ thị biểu diễn sự ảnh hƣởng của thời gian lƣu đến hiệu suất xử lý. 34 Hình 3.3: Đồ thị biểu diễn ảnh hƣởng của tải trọng COD đến hiệu suất xử lý nƣớc thải 36 + Hình 3.4: Đồ thị biểu diễn sự ảnh hƣởng của tải trọng NH4 đến hiệu suất xử lý nƣớc thải 36 Hình 3.5: Đồ thị biểu diễn sự ảnh hƣởng của pH đến hiệu suất xử lý 41 Hình 3.6: Nƣớc thải sau khi xử lý 24 tiếng từ nƣớc thải có COD≈ 5000 mg/l 42 Hình 3.7: So sánh nƣớc thải đầu vào và đầu ra sau khi cho qua thiết bị UASB . 40
  11. MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 Chƣơng I. TỔNG QUAN 2 1.1.Làng nghề và ô nhiễm do làng nghề. 2 1.2. Làng nghề sản xuất bún và các vấn đề liên quan. 2 1.2.1 Quy trình sản xuất bún. 2 1.2.2. Nhu cầu nguyên liệu, năng lƣợng. 4 1.2.3. Các vấn đề ô nhiễm môi trƣờng do làng nghề sản xuất bún. 6 1.3. Nƣớc thải và cơ sở khoa học phƣơng pháp xử lý yếm khí nƣớc thải. 7 1.3.1. Phân loại nƣớc thải. 7 1.3.2. Các thông số đánh giá chất lƣợng nƣớc. 8 1.3.3. Cơ sở khoa học phƣơng pháp xử lý yếm khí nƣớc thải 15 Chƣơng II. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 19 2.1. Đối tƣợng nghiên cứu. 19 2.2. Mục tiêu nghiên cứu. 19 2.3. Nội dung nghiên cứu. 19 2.4. Phƣơng pháp nghiên cứu. 19 2.4.1. Phƣơng pháp khảo sát thực địa, lấy mẫu tại hiện trƣờng 19 2.4.2. Phƣơng pháp phân tích COD. 19 + 2.4.3. Phƣơng pháp phân tích NH4 22 2.4.4. Phƣơng pháp xác định pH 25 2.4.5. Phƣơng pháp xử lý yếm khí nƣớc thải. 26 Chƣơng III. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 30 3.1. Kết quả nghiên cứu đặc trƣng nƣớc thải. 32 3.2. Kết quả nghiên cứu ảnh hƣởng của thời gian lƣu và hiệu suất của quá trình. 32 3.3. Kết quả nghiên cứu ảnh hƣởng tải trọng COD dòng vào 35 3.4. Kết quả nghiên cứu ảnh hƣởng của pH và hiệu suất của quá trình. 35 KẾT LUẬN 41 TÀI LIỆU THAM KHẢO 43
  12. Trường Đại Học Dân Lập Hải Phòng Khóa Luận Tốt Nghiệp MỞ ĐẦU Trong nhiều thập niên qua tình trạng ô nhiễm môi trƣờng ngày càng trở nên nghiêm trọng, đó là sự phát thải bừa bãi các chất ô nhiễm vào môi trƣờng mà không đƣợc xử lý, gây nên hậu quả nghiêm trọng tác hại đến đời sống nhân loại trên toàn cầu. Việt Nam chúng ta đã và đang rất chú trọng đến việc cải tạo môi trƣờng và ngăn ngừa ô nhiễm. Vì vậy, để ngăn chặn sự ô nhiễm trƣớc tiên phải xử lý các nguồn gây ô nhiễm thải vào môi trƣờng, ví dụ nhƣ các nhà máy, xí nghiệp, các khu thƣơng mại, các làng nghề truyền thống trong quá trình hoạt động và sản xuất phát sinh ra chất thải phải đƣợc xử lý triệt để. Trong đó, xử lý nƣớc thải là một trong những yêu cầu cấp thiết ở nƣớc ta. Sự phát triển các làng nghề là loại hình kinh tế phát triển đặc thù của nông thôn nƣớc ta. Theo thống kê, hiện nay cả nƣớc có 1500 làng nghề phân bố tại tất cả các tỉnh thành trong cả nƣớc, trong đó Đồng bằng sông Hồng có khoảng già nửa (800 làng nghề). Trong vòng 10 năm qua, làng nghề nông thôn đa dụng hơn và đã có tốc độ tăng trƣởng nhanh, trung bình 8% năm[4]. Các làng nghề thủ công đã góp phần không nhỏ vào bƣớc phát triển chung của nền kinh tế đang đi lên của đất nƣớc ta. Bên cạnh những dấu hiệu đáng mừng này thì một thực trạng đáng lo ngại là nguy cơ gây ô nhiễm môi trƣờng từ các làng nghề, đặc biệt ô nhiễm nguồn nƣớc thải trong quá trình sản xuất. Một trong những làng nghề gây ô nhiễm nguồn nƣớc đáng kể đó là làng nghề sản xuất bún. Nhằm góp phần cải thiện môi trƣờng trong sạch hơn cùng với sự phát triển của làng nghề sản xuất, trong khóa luận này tôi lựa chọn đề tài: “ Nghiên cứu một số yếu tố ảnh hƣởng tới giai đoạn xử lý yếm khí nƣớc thải sản xuất bún bằng thiết bị UASB”. Sinh viên: Hoàng Quốc Huy- MT1201 1
  13. Trường Đại Học Dân Lập Hải Phòng Khóa Luận Tốt Nghiệp Chƣơng I. TỔNG QUAN 1.1. Làng nghề và ô nhiễm do làng nghề. Trừ một vài nghề mới xuất hiện trong những năm gần đây nhƣ tái chế phế liệu, cơ khí còn hầu nhƣ các làng nghề ở nƣớc ta đã hình thành và phát triển từ lâu đời. Các làng nghề đã phát triển hài hòa với môi trƣờng trong thời gian dài trƣớc đây. Ngày nay, do nhu cầu thị trƣờng đòi hỏi số lƣợng lớn hơn nhiều và chất lƣợng cũng phải cao hơn nhiều nên sự mở rộng sản xuất của các làng nghề đã đến mức quá tải, việc sử dụng hóa chất đã đến mức lạm dụng. Vấn đề đánh giá tác động môi trƣờng của các làng nghề chƣa đƣợc đặt ra đúng mức. Vấn đề xử lý ô nhiễm môi trƣờng lại càng thả nổi hơn khi mọi ngƣời chỉ chú tâm đến sản lƣợng và lợi nhuận mà ít ai nghĩ đến những lợi ích chung của cộng đồng. Các làng nghề với đặc thù quy mô sản xuất nhỏ lẻ, công nghệ thủ công, lạc hậu, không đồng bộ, nhận thức bảo vệ môi trƣờng của ngƣời sản xuất còn hạn chế chính là nguyên nhân gây nên cac hệ lụy về ô nhiễm môi trƣờng xung quanh, đặc biệt là ô nhiêm nguồn nƣớc. Giải quyết vần đề ô nhiễm môi trƣờng do nƣớc thải làng nghề là vấn đề nổi cộm nhất hiện nay, song đó cũng là bƣớc đi nan giải. Thật khó để có đủ vốn khi mà ở nông thôn của nƣớc ta tiền công cho một ngày công lao động vẫn còn quá thấp. Tuy nhiên, nếu cứ để tình trạng nhƣ hiện nay thì không chỉ nguồn nƣớc mặt bị ô nhiễm mà nguồn nƣớc ngầm cũng bị ô nhiễm theo. 1.2. Làng nghề sản xuất bún và các vấn đề liên quan. 1.2.1 Quy trình sản xuất bún. Muốn cải thiện môi trƣờng các làng nghề góp phần đảm bảo phát triển bền vững cần phải thực hiện các hiện pháp tổng thể bao gồm các giải pháp quản lý môi trƣờng làng nghề. Trƣớc tiên phải nắm vững đƣợc công nghệ của từng loại hình sản xuất. Dƣới đây là công nghệ sản xuất bún. Sinh viên: Hoàng Quốc Huy- MT1201 2
  14. Trường Đại Học Dân Lập Hải Phòng Khóa Luận Tốt Nghiệp Hình 1.1: Công nghệ sản xuất bún. Sinh viên: Hoàng Quốc Huy- MT1201 3
  15. Trường Đại Học Dân Lập Hải Phòng Khóa Luận Tốt Nghiệp Thuyết minh quy trình công nghệ sản xuất bún: Gạo ngâm nƣớc lạnh qua đêm, nghiền nhuyễn với nƣớc. Sau đó đựng vào các bao bằng vải treo lên để ráo nƣớc gọi là quá trình ủ chua, quá trình này thƣờng kéo dài trong khoảng 48 tiếng sau khi xay bột. Bột ƣớt đƣợc hồ hóa 1 phần bằng cách tƣới nƣớc sôi vào rồi nhào thành khối. Khối bột đƣợc nhào kỹ sau đó ép khuôn để tạo sợi. Sợi bún luộc trực tiếp trong nồi nƣớc đang sôi đến khi thấy các sợi bún nổi lên thì vớt ra thả vào nƣớc lạnh. 1.2.2. Nhu cầu nguyên liệu, năng lƣợng. Nguyên liệu chính trong bún đó là gạo đƣợc xay nhuyễn thành bột sau đó đƣợc hồ hóa, tạo sợi, luộc chín và làm nguội. Nƣớc có mặt trong hầu hết các công đoạn sản xuất bún. Năng lƣợng nhiệt đƣợc cấp chủ yếu từ điện hoặc than. Cân bằng nguyên liệu và năng lƣợng cho sản xuất 1 tấn bún thành phẩm đƣợc thể hiện trong hình 1.1. Sinh viên: Hoàng Quốc Huy- MT1201 4
  16. Trường Đại Học Dân Lập Hải Phòng Khóa Luận Tốt Nghiệp Bảng 1.1: Cân bằng vật chất, năng lượng cho sản xuất một tấn sản phẩm bún. Nguyên liệu đầu vào Nguyên liệu đầu ra Dòng thải Các công Nước Chất thải đoạn Nguyên liệu Lượng Sản phẩm Lượng (m3) rắn 450 kg Gạo Đãi gạo Gạo sạch Nƣớc 450kg 3 3m3 sạch Gạo 450kg Ngâm gạo Gạo ƣớt 500kg. 0.95 Nƣớc sạch 1m3 Gạo ƣớt 500kg Xay bột Bột lỏng 3500kg 0 Nƣớc 3m3 Ủ chua Bột cô Tách nƣớc Bột lỏng chua W= 50% 850kg 2.65 chua (w: độ ẩm) Bột cô Thấu bột (w= 50%) 850kg Bột sơ chín 1100kg 0 Nƣớc sôi 0.25m3 Bột sơ chín 1100kg Vắt bún, Xỉ than Than 52kg Bún chín 1000kg 0.5 làm chín (11kg) Nƣớc 0.5m3 Bún chín 1000kg Rửa bún Bún nguội 1000kg 1.5 Nƣớc 1.5m3 Nguồn:[2] Giải thích: Quá trình làm chín bún, có sự chênh lệch giữa nguyên liệu đầu vào và ra khoảng 100kg là do quá trình có sử dụng năng lƣợng làm bay hơi khoảng 0,1m3 Sinh viên: Hoàng Quốc Huy- MT1201 5
  17. Trường Đại Học Dân Lập Hải Phòng Khóa Luận Tốt Nghiệp 1.2.3. Các vấn đề ô nhiễm môi trƣờng do làng nghề sản xuất bún.[2] a) Nƣớc thải. Nƣớc thải ra trong quá trình sản xuất bún chủ yếu là ớ khâu ngâm gạo, nghiền bột, công đoạn làm chín và rửa bún. Lƣợng nƣớc này chứa nhiều tinh bột và tinh bột đã biến tính. Nƣớc ngâm gạo có pH ~ 3 - 4, COD ~ 10000mg/l, BOD5 ~ 7000 - 8000mg/l. Nƣớc luộc bún và rửa bún có pH ~ 7, chứa ít tinh bột sống, nhƣng chứa nhiều tinh bột đã bị phá hủy, nƣớc ở dạng dịch keo khó lắng, lọc. Môi lƣợng nƣớc dùng cho các khâu rửa dụng cụ. sàn nhà Lƣợng nƣớc này chứa chủ yếu là các tinh bột sống và các tạp chất khác.[2] Bảng 1.2: Khối lượng nước thải tại làng sản xuất bún Phú Đô Lượng nước thải Loại nước thải Trên 1 tấn bún thành Trên năm (m3) phẩm (m3) Khoảng 10.000 tấn/năm Nƣớc thải đãi gạo 3.00 30240 Nƣớc thải ngâm gạo 0.95 9576 Nƣớc tách bột sau ủ chua 2.65 26608 Nƣớc làm bún chín 0.50 5040 Nƣớc rửa bún 1.50 15120 Nƣớc vệ sinh dụng cụ 1.00 10080 Tổng lƣợng nƣớc sử dụng 9.60 96264 Nguồn:[2] b) Khí thải. Khí thải sinh ra chủ yếu từ qúa trình ủ chua và quá trình phân hủy nƣớc thải, chất thải rắn. Với công nghệ sản xuất cũ, năng lƣợng chủ yếu cho quá trình luộc chín là than nên sẽ phát sinh khí thải gồm các khí: CO2, SO2, NO2, NO3, Sinh viên: Hoàng Quốc Huy- MT1201 6
  18. Trường Đại Học Dân Lập Hải Phòng Khóa Luận Tốt Nghiệp c) Chất thải rắn. Chất thải rắn phát sinh trong quá trình sản xuất bún chủ yếu là xỉ than trong quá trình luộc chín, nguyên liệu thất thoát trong qua trình sản xuất và các loại bao bì sử dụng cho sản phẩm. 1.3. Nƣớc thải và cơ sở khoa học phƣơng pháp xử lý yếm khí nƣớc thải.[8,9] 1.3.1. Phân loại nƣớc thải. a) Định nghĩa: Hiến chƣơng Châu Âu đã định nghĩa nƣớc ô nhiễm nhƣ sau: ―Ô nhiễm nƣớc là sự biến đổi nói chung do con ngƣời đối với chất lƣợng nƣớc, làm nhiễm bẩn nƣớc và gây nguy hiểm cho con ngƣời, cho công nghiệp, nông nghiệp, nuôi cá, nghỉ ngơi, giải trí, cho động vật nuôi và các loài hoang dã‖. Theo Tiêu chuẩn Việt Nam 5980-1995 và ISO 6107/1-1980: ―Nƣớc thải là nƣớc đã đƣợc thải ra sau khi đã sử dụng hoặc đƣợc tạo ra trong một quá trình công nghệ và không còn giá trị trực tiếp đối với quá trình đó‖. Ngƣời ta còn định nghĩa nƣớc thải là chất lỏng đƣợc thải ra sau quá trình sử dụng của con ngƣời và đã bị thay đổi tính chất ban đầu của chúng. b) Phân loại nước thải: + Nƣớc thải sinh hoạt: nƣớc thải sinh hoạt là nƣớc đƣợc thải bỏ sau khi sử dụng cho các mục đích sinh hoạt nhƣ tắm giặt, vệ sinh cá nhân đƣợc thải ra từ các trƣờng học, bệnh viện, cơ quan, hộ gia đình, trung tâm thƣơng mại, + Nƣớc thải công nghiệp: nƣớc thải công nghiệp là nƣớc thải đƣợc sinh ra trong quá trình sản xuất công nghiệp tại các nhà máy, xí nghiệp, xƣởng sản xuất công nghiệp. + Nƣớc thải bênh viện: là nƣớc thải phát sinh từ các bệnh viện, trung tâm y tế, phòng khám bệnh, + Nƣớc mƣa: là nƣớc mƣa chảy tràn, thƣờng đƣợc thu gom bằng hệ thống riêng. + Nƣớc thải đô thị: là hỗn hợp các loại nƣớc thải trên chảy trong hệ thống thoát nƣớc chung trong khu vực đô thị. Sinh viên: Hoàng Quốc Huy- MT1201 7
  19. Trường Đại Học Dân Lập Hải Phòng Khóa Luận Tốt Nghiệp 1.3.2. Các thông số đánh giá chất lƣợng nƣớc.[1,5] a) Các chỉ tiêu vật lý Độ pH Giá trị pH của nƣớc thải có một ý nghĩa quan trọng trong quá trình xử lý. Giá trị pH cho phép ta quyết định xử lý nƣớc theo phƣơng pháp thích hợp, hoặc điều chỉnh lƣợng hóa chất cần thiết trong quá trình xử lý nƣớc. Các công trình xử lý nƣớc thải áp dụng các quá trình sinh học hoạt động ở pH nằm trong giới hạn từ 6,5 - 9,0. Môi trƣờng thuận lợi nhất để vi khuẩn phát triển thƣờng có pH từ 7 - 8. Các nhóm vi khuẩn khác nhau có giới hạn pH hoạt động khác nhau. Ví dụ vi khuẩn nitrit phát triển thuận lợi nhất với pH từ 4,8 - 8,8, còn vi khuẩn nitrat với pH từ 6,5 - 9,3. Vi khuẩn lƣu huỳnh có thể tồn tại trong môi trƣờng có pH từ 1 - 4. Ngoài ra pH còn ảnh hƣởng đến quá trình tạo bông cặn của các bể lắng bằng cách tạo bông cặn bằng phèn nhôm. Nhiệt độ Xử lí nƣớc thải bằng phƣơng pháp sinh học do quần thể vi sinh vật hoạt động, mỗi nhóm vi sinh vật sẽ sinh trƣởng và phát triển tốt ở miền nhiệt độ thích hợp. Nhiệt độ tối ƣu cho vi sinh vật metal là khoảng từ 35-550C. Dƣới 10 độ các chủng này hoạt động rất kém. Về mùa hè với nhiệt độ cao các vi sinh vật hoạt động mạnh hơn do đó quá trình xử lí cũng tốt hơn. Về mùa đông nhiệt độ giảm xuống thấp, các vi sinh vật bị ức chế hoạt động do đó hiệu quả xử lý thấp (78,3%) hơn nhiều so với mùa hè (92,8%). Trong hệ thống xử lý nƣớc thải công suất lớn có thể sử dụng khí CH4 để gia nhiệt dòng nƣớc thải đầu vào, làm tăng nhiệt độ môi trƣờng vào mùa đông làm hiệu quả xử lí sẽ tốt hơn. Trong khoảng nhiệt độ 40-550C, hiệu quả xử lí sẽ cao hơn rất nhiều so với ở nhiệt độ thƣờng. Màu sắc Nƣớc nguyên chất không có màu. Màu sắc gây nên bởi các tạp chất trong nƣớc (thƣờng là do chất hữu cơ (chất mùn hữu cơ – acid humic)), một số ion vô cơ (sắt, crom ), một số loài thủy sinh vật Màu sắc mang tính chất cảm quan Sinh viên: Hoàng Quốc Huy- MT1201 8
  20. Trường Đại Học Dân Lập Hải Phòng Khóa Luận Tốt Nghiệp và gây nên ấn tƣợng tâm lý cho ngƣời sử dụng. Độ màu thƣờng đƣợc so sánh với dung dịch chuẩn trong ống Nessler, thƣờng dùng là dung dịch K2PtC16 + CaCl2 (1mg K2PtC16 tƣơng đƣơng với 1 đơn vị chuẩn màu). Độ màu của mẫu nƣớc nghiên cứu đƣợc so sánh với dãy dung dịch chuẩn bằng phƣơng pháp trắc quang. Độ đục Nƣớc tự nhiên sạch thƣờng không chứa những chất rắn lơ lửng nên trong suốt và không màu. Độ đục do các chất rắn lơ lửng gây ra. Những hạt vật chất gây đục thƣờng hấp phụ các kim loại nặng cùng các vi sinh vật gây bệnh. Nƣớc đục còn ngăn cản quá trình chiếu sáng của mặt trời xuống đáy làm giảm quá trình quang hợp và nồng độ oxy hòa tan trong nƣớc. Tổng hàm lượng chất rắn (TS) Các chất rắn trong nƣớc có thể là những chất tan hoặc không tan. Các chất này bao gồm cả những chất vô cơ lẫn các chất hữu cơ. Tổng hàm lƣợng các chất rắn (TS: Total Solids) là lƣợng khô tính bằng mg của phần còn lại sau khi làm bay hơi 1lít mẫu nƣớc trên nồi cách thủy rồi sấy khô ở 1050C cho tới khi khối lƣợng không đổi (đơn vị tính bằng mg/l). Tổng hàm lượng chất rắn lơ lửng (SS) Các chất rắn lơ lửng (các chất huyền phù) là những chất rắn không tan trong nƣớc. Hàm lƣợng các chất lơ lửng (SS: Suspended Solids) là lƣợng khô của phần chất rắn còn lại trên giấy lọc sợi thủy tinh khi lọc 1 lít nƣớc mẫu qua phễu lọc rồi sấy khô ở 1050C cho tới khi khối lƣợng không đổi. Đơn vị tính là mg/l. Tổng hàm lượng chất rắn hòa tan (DS) Các chất rắn hòa tan là những chất tan đƣợc trong nƣớc, bao gồm cả chất vô cơ lẫn chất hữu cơ. Hàm lƣợng các chất hòa tan (DS: Dissolved Solids) là lƣợng khô của phần dung dịch qua lọc khi lọc 1 lít nƣớc mẫu qua phễu lọc có giấy lọc sợi thủy tinh rồi sấy khô ở 1050C cho tới khi khối lƣợng không đổi. Đơn vị tính là mg/l. DS = TS – SS Sinh viên: Hoàng Quốc Huy- MT1201 9
  21. Trường Đại Học Dân Lập Hải Phòng Khóa Luận Tốt Nghiệp Tổng hàm lượng các chất dễ bay hơi (VS) Để đánh giá hàm lƣợng các chất hữu cơ có trong mẫu nƣớc, ngƣời ta còn sử dụng các khái niệm tổng hàm lƣợng các chất không tan dễ bay hơi (VSS: Volatile Suspended Solids), tổng hàm lƣợng các chất hòa tan dễ bay hơi (VDS: Volatile Dissolved Solids). Hàm lƣợng các chất rắn lơ lửng dễ bay hơi VSS là lƣợng mất đi khi nung lƣợng chất rắn huyền phù (SS) ở 5500C cho đến khi khối lƣợng không đổi (thƣờng đƣợc qui định trong một khoảng thời gian nhất định). Hàm lƣợng các chất rắn hòa tan dễ bay hơi VDS là lƣợng mất đi khi nung lƣợng chất rắn hòa tan (DS) ở 5500C cho đến khi khối lƣợng không đổi (thƣờng đƣợc qui định trong một khoảng thời gian nhất định) b) Các chỉ tiêu hóa học Độ kiềm toàn phần - 2- - Độ kiềm toàn phần (Alkalinity) là tổng hàm lƣợng các ion HCO3 , CO3 , OH có trong nƣớc. Độ kiềm trong nƣớc tự nhiên thƣờng gây nên bởi các muối của acid yếu, đặc biệt là các muối carbonat và bicarbonat. Độ kiềm cũng có thể gây nên bởi sự hiện diện của các ion silicat, borat, phosphat và một số acid hoặc bazơ hữu cơ trong nƣớc, nhƣng hàm lƣợng của những ion này thƣờng rất ít so - 2- - với các ion HCO3 , CO3 , OH nên thƣờng đƣợc bỏ qua. Khái niệm về độ kiềm (alkalinity – khả năng trung hòa acid) và độ acid (acidity – khả năng trung hòa bazơ) là những chỉ tiêu quan trọng để đánh giá động thái hóa học của một nguồn nƣớc vốn luôn luôn chứa carbon dioxid và các muối carbonat. Xét một dung - 2- dịch chỉ chứa các ion carbonat HCO3 và CO3 , ở các giá trị pH khác nhau, hàm lƣợng carbonat sẽ nằm cân bằng với hàm lƣợng CO2 (cân bằng carbonat) vì trong nƣớc luôn diễn ra quá trình: - 2- 2HCO3 ↔ CO3 + H2O + CO2 2- 2 CO3 + H2O ↔ 2OH +CO2 Giả sử ngoài H+ ion dƣơng có hàm lƣợng nhiều nhất là Na+ thì ta luôn luôn có cân bằng sau: Sinh viên: Hoàng Quốc Huy- MT1201 10
  22. Trường Đại Học Dân Lập Hải Phòng Khóa Luận Tốt Nghiệp + + - 2- - [H ] + [Na ] = [HCO3 ] + 2[CO3 ] + [OH ] Độ kiềm đƣợc định nghĩa là lƣợng acid mạnh cần để trung hòa để đƣa tất cả các dạng carbonat trong mẫu nƣớc về dạng H2CO3. Nhƣ vậy ta có các biểu thức: [Alk] = [Na+] - 2- - + Hoặc [Alk] = [HCO3 ] + 2[CO3 ] + [OH ] + [H ] Ngƣời ta còn phân biệt độ kiềm carbonat (còn gọi là độ kiềm m hay độ kiềm tổng cộng T vì phải dùng metyl cam làm chất chỉ thị chuẩn độ đến pH = - - 2- 4,5; liên quan đến hàm lƣợng các ion OH , HCO3 và CO3 ) với độ kiềm phi carbonat (còn gọi là độ kiềm p vì phải dùng phenolphtalein làm chất chỉ thị chuẩn độ đến pH = 8,3; liên quan đến ion OH-). Hiệu số giữa độ kiềm tổng m và độ kiềm p đƣợc gọi là độ kiềm bicarbonat. Trên sơ đồ cân bằng carbonat trong nƣớc cho thấy, ở pH = 6,3, nồng độ - CO2 hòa tan trong nƣớc và nồng độ ion HCO3 bằng nhau, còn ở pH = 10,3 thì - 2- nồng độ các ion HCO3 và CO3 sẽ bằng nhau. Ở pH 10,3 dạng tồn tại chủ yếu là dạng CO3 , - còn trong khoảng 6,3 < pH < 10,3 dạng tồn tại chủ yếu là HCO3 . Tùy từng nƣớc qui định, độ kiềm có những đơn vị khác nhau, có thể là mg/l, đlg/l (Eq/l) hoặc mol/l. Trị số độ kiềm cũng có thể qui đổi về một hợp chất nào đó, ví dụ: Đức thƣờng qui về CaO, Mỹ thƣờng qui về CaCO3. Khi tính theo CaCO3, cách tính đƣợc thực hiện nhƣ sau: mg CaCO3/l= đƣơng lƣợng gam CaCO3/đƣơng lƣợng gam ion (mg ion/l). 2- - Ví dụ: nếu hàm lƣợng các ion CO3 và HCO3 lần lƣợt là 80 và 90 mg/L thì khi qui đổi về CaCO3 chúng lần lƣợt có giá trị là: 2- mg CO3 theo CaCO3/L=80mg/L*50/30= 133,3 mg/L - mg HCO3 theo CaCO3/L = 90mg/L*50/61 = 73,7 mg/L Sinh viên: Hoàng Quốc Huy- MT1201 11
  23. Trường Đại Học Dân Lập Hải Phòng Khóa Luận Tốt Nghiệp Độ cứng của nước Độ cứng của nƣớc gây nên bởi các ion đa hóa trị có mặt trong nƣớc. Chúng phản ứng với một số anion tạo thành kết tủa. Các ion hóa trị 1 không gây nên độ cứng của nƣớc. Trên thực tế vì các ion Ca2+ và Mg2+ chiếm hàm lƣợng chủ yếu trong các ion đa hóa trị nên độ cứng của nƣớc xem nhƣ là tổng hàm lƣợng của các ion Ca2+ và Mg2+. Đơn vị đo độ cứng đƣợc dùng khác nhau ở nhiều nƣớc. Độ cứng Đức 1dH= 10 mg CaO/l Độ cứng Anh 1eH= 10 mg CaCO3/0,7l Độ cứng Pháp 1fH= 10 mg CaCO3/l Một đơn vị khác cũng hay đƣợc dùng để đánh giá độ cứng là ppm(Parts Per Million). 1dH= 17 ppm. Hàm lượng oxygen hòa tan (DO) Hàm lƣợng oxi hòa tan là một trong những chỉ tiêu quan trọng nhất của nƣớc thải vì oxi không thể thiếu đƣợc với các quá trình sống. Oxi duy trì quá trình trao đổi chất sinh ra năng lƣợng cho sự sinh trƣởng, sinh sản và tái sản xuất. Khi thải các chất thải vào các nguồn nƣớc quá trình oxi hóa chúng sẽ làm giảm nồng độ oxi hòa tan trong các nguồn nƣớc này thậm chí có thể đe dọa sự sống của các loại cá cũng nhƣ các vi sinh vật trong nƣớc. Việc xác định thông số về hàm lƣợng oxy hòa tan có ý nghĩa quan trọng trong việc duy trì điều kiện hiếu khí trong quá trình xử lý nƣớc thải. Mặt khác lƣợng oxy hòa tan còn là cơ sở của phép phân tích xác định nhu cầu oxy sinh hóa. Có hai phƣơng pháp xác định DO là phƣơng pháp Winkler và phƣơng pháp điện cực oxy. Nhu cầu oxygen hóa học (COD) Nhu cầu oxy hóa học COD là lƣợng oxy cần thiết cho quá trình oxy hóa toàn bộ các chất hữu cơ trong mẫu nƣớc thành CO2 và H2O bằng tác nhân oxy hóa mạnh. Sinh viên: Hoàng Quốc Huy- MT1201 12
  24. Trường Đại Học Dân Lập Hải Phòng Khóa Luận Tốt Nghiệp Trong thực tế COD đƣợc dùng rộng rãi để đánh giá mức độ ô nhiễm các chất hữu cơ có trong nƣớc (do việc xác định chỉ số này nhanh hơn so với việc xác định BOD). Chỉ số COD đƣợc xác định bằng cách dùng một chất oxy hóa mạnh trong môi trƣờng axit để oxy hóa chất hữu cơ. 2 Ag2SO4 3 Chất hữu cơ Cr2O7 H CO 2 H2O Cr Sau đó đem đo mật độ quang của dung dịch phản ứng trên dựa vào đƣờng chuẩn để xác định giá trị COD. Vì chỉ số COD biểu thị cả lƣợng chất hữu cơ không bị oxy hoá bởi vi sinh vật nên giá trị COD bao giờ cũng cao hơn giá trị BOD. Nhu cầu oxygen sinh học (BOD) Nhu cầu oxy sinh hóa BOD là lƣợng oxy cần thiết mà vi sinh vật đã sử dụng trong quá trình oxy hóa các chất hữu cơ trong nƣớc. Đơn vị tính theo mg/l. Phƣơng trình tổng quát của quá trình này có thể biểu diễn nhƣ sau: Vi sinh vật Chất hữu cơ + O2 CO2 +H2O +Sinh khối Chỉ số BOD là thông số quan trọng để đánh giá mức độ ô nhiễm của nƣớc. Chỉ số BOD càng cao chứng tỏ lƣợng chất hữu cơ có khả năng phân huỷ sinh học trong nƣớc ô nhiễm càng lớn. Trong thực tế khó có thể xác định đƣợc toàn bộ lƣợng oxy cần thiết để các vi sinh vật phân hủy hoàn toàn các chất hữu cơ trong nƣớc mà chỉ xác định đƣợc lƣợng oxy cần thiết trong 5 ngày ở nhiệt độ 20°c trong bóng tối. Mức độ oxy hóa các chất hữu cơ không đều theo thời gian. Thời gian đầu, quá trình oxy hóa xảy ra với cƣờng độ mạnh hơn và sau đó giảm dần. Tổng Nitơ Các hợp chất chứa nitơ trong nƣớc thải thƣờng là các hợp chất protein và các sản phẩm phân huỷ: NH 4 , NO3 , NO 2 . Trong nƣớc thải cần có một lƣợng nitơ thích hợp, mối quan hệ giữa BOD5 với N và P có ảnh hƣởng rất lớn đến sự hình thành và khả năng oxi hoá của bùn hoạt tính. Chỉ tiêu hàm lƣợng nitơ trong nƣớc cũng đƣợc xem nhƣ các chất chỉ thị tình trạng ô nhiễm của nƣớc vì NH3 tự do là sản phẩm phân huỷ các chất chứa protein, nghĩa là ở điều kiện hiếm khí xảy ra quá trình oxi hoá theo trình tự sau: Sinh viên: Hoàng Quốc Huy- MT1201 13
  25. Trường Đại Học Dân Lập Hải Phòng Khóa Luận Tốt Nghiệp Tổng nitơ là tổng các hàm lƣợng nitơ hữu cơ, amoniac, nitrit, nitrat. Hàm lƣợng nitơ hữu cơ đƣợc xác định bằng phƣơng pháp Kendal. Tổng nitơ Kendal là tổng nitơ hữu cơ và nitơ amoniac. Chỉ tiêu amoniac thƣờng xác định bằng phƣơng pháp so màu hoặc chuẩn độ còn nitrit và nitrat đƣợc xác định bằng phƣơng pháp so màu. Để xác định tổng nitơ theo phƣơng pháp Kendal ngƣời ta phá mẫu bằng axit H:SO4 đặc nóng, khi đó các dạng nitơ hữu cơ chuyển về dạng ion NH 4 . Sau đó đƣa pH của dung dịch lên cao để NH 4 chuyển thành NH3 sau đó NH3 đƣợc cất tách ra và xác định bằng cách chuẩn độ. Tổng hàm lượng phospho Ngày nay ngƣời ta quan tâm đến việc kiểm soát hàm lƣợng các hợp chất chứa photpho trong nƣớc bề mặt, nƣớc thải sinh hoạt và nƣớc thải công nghiệp vì nguyên tố này là một trong những nguyên nhân chính gây ra sự phát triển bùng nổ của tảo ở một số nguồn nƣớc mặt (hiện tƣợng phú dƣỡng). Chỉ tiêu này có ý nghĩa quan trọng để kiểm soát sự hình thành cặn rỉ ăn mòn và xử lý nƣớc thải bằng phƣơng pháp sinh học. Vì photpho nằm ở các dạng khác nhau nhƣ photpho hữu cơ, photphat, pyrophotphat, ortho photphat nên cần chuyển tất cả 3- các dạng này về dạng ortho photphat PO4 bằng cách vô cơ hóa mẫu nƣớc. Sau 3 đó xác định PO4 bằng phƣơng pháp trắc quang với thuốc thử là Amoni Molipdat trong môi trƣờng axit mạnh. 3- + + PO4 + 12 (NH4)2MoO4 + 24 H (NH4)3PO4.12MoC)3 + 21NH4 +12 H2O Hàm lượng sunfat Ion sunphat thƣờng có trong nƣớc cấp sinh hoạt cũng nhƣ trong nƣớc thải. Lƣu huỳnh cũng là nguyên tố cần thiết cho quá trình sinh tổng hợp protein và Sinh viên: Hoàng Quốc Huy- MT1201 14
  26. Trường Đại Học Dân Lập Hải Phòng Khóa Luận Tốt Nghiệp đƣợc giải phóng ra trong quá trình phân huỷ chúng. Sunphat bị phân hủy kỵ khí theo phản ứng sau: 2 Vikhuankikhi 2- Chất hữu cơ + SO4 S H2O CO 2 2 S 2H H2S Khi hiđrosunphua đƣợc giải phóng vào không khí một phần khí này tích tụ tại các hốc bề mặt nhấm của ống dẫn và có thể bị oxi hoá sinh học tạo thành axit sunphuric làm ăn mòn các ống dẫn. Mặt khác khí hidrosunphua còn gây ra mùi khó chịu và độc hại cho con ngƣời ở nơi xử lý. c) Chỉ tiêu vi sinh của nước. Trong nƣớc thải thƣờng có rất nhiều loại vi khuẩn có hại, chúng là các vi trùng từ nguồn nƣớc thải sinh hoạt, đặc biệt là nƣớc thải bệnh viện. Trong đó vi khuẩn E-coli là loại vi khuẩn đặc trƣng cho sự nhiễm trùng nƣớc. Chỉ số E-coli chính là số lƣợng vi khuẩn này có trong 100 ml nƣớc. Ƣớc tính mỗi ngày mỗi ngƣời bài tiết khoảng 2.1011 E-coli. Theo tiêu chuẩn WHO nguồn nƣớc cấp cho sinh hoạt có chỉ số E-eoli ≤ 10 E- coli/100 ml nƣớc, ở Việt Nam chỉ số này là 20 E-coli/l00ml nƣớc. 1.3.3. Cơ sở khoa học phƣơng pháp xử lý yếm khí nƣớc thải.[10] Quá trình phân hủy kỵ khí các chất hữu cơ là quá trình sinh hóa phức tạp tạo ra hàng trăm sản phẩm trung gian và phản ứng trung gian. Tuy nhiên phƣơng trình phản ứng sinh hóa trong điều kiện kỵ khí có thể biểu diễu đơn giản nhƣ sau: Vi sinh vật Chất hữu cơ ——————> CH4 + CO2 + H2 + NH3 + H2S + Tế bào mới Một cách tổng quát quá trình phân hủy kỵ khí xảy ra theo 4 giai đoạn: - Giai đoạn 1: thủy phân, cắt mạch các hợp chất cao phân tử - Giai đoạn 2: axit hóa - Giai đoạn 3: axetat hóa - Giai đoạn 4: metan hóa. Sinh viên: Hoàng Quốc Huy- MT1201 15
  27. Trường Đại Học Dân Lập Hải Phòng Khóa Luận Tốt Nghiệp Các chất thải hữu cơ chứa nhiều chất hữu cơ cao phân tử nhƣ protein, chất béo, cacbohydrat, cellulo, lignin, trong giai đoạn thủy phân, sẽ đƣợc cắt mạch tạo thành những phân tử đơn giản hơn, dễ phân hủy hơn. Các phản ứng thủy phân sẽ chuyển hóa protein thành axit amin, cacbohydrat thành đƣờng đơn, và chất béo thành các axit béo. Trong giai đoạn axit hóa, các chất hữu cơ đơn giản lại đƣợc tiếp tục chuyển hóa thành các axit béo dễ bay hơi chủ yếu là axit axetic, axit propionic và axit lactic. Sau đó các axit này đƣợc oxi hóa thành axit axetic, H2, CO2. Bên cạnh đó, CO2 và H2, methanol, các rƣợu đơn giản khác cũng đƣợc hình thành trong quá trình cắt mạch cacbohydrat. Vi sinh vật chuyển hóa metan chỉ có thể phân hủy một số loại cơ chất nhất định nhƣ CO2 + H2, format, axetat, methanol, methylamin, và CO. Tùy theo trạng thái của bùn, có thể chia quá trình xử lý kỵ khí thành: - Quá trình xử lý kỵ khí với vi sinh vật sinh trƣởng dạng lơ lửng nhƣ quá trình tiếp xúc kỵ khí (Anaerobic Contact Process), quá trình xử lý bằng lớp bùn kỵ khí với dòng nƣớc đi từ dƣới lên. - Quá trình xử lý kỵ khí với vi sinh vật sinh trƣởng dạng dính bám nhƣ quá trình lọc kỵ khí (Anaerobic Filter Process). Ưu điểm: - Quá trình phân hủy yếm khí dùng CO2 có sẵn nhƣ một tác nhân nhận điện tử làm nguồn oxy của nó. - Quá trình phân hủy yếm khí tạo ra lƣợng bùn thấp hơn (từ 3 đến 20 lần so với quá trình hiếu khí), vì năng lƣợng do vi khuẩn yếm khí tạo ra tƣơng đối thấp. Hầu hết năng lƣợng rút ra từ sự phân hủy chất nền là từ sản phẩm cuối cùng đó là CH4 - Quá trình phân hủy yếm khí tạo ra một loại khí có ích đó là metan. Chất khí này có chứa 90% năng lƣợng, có thể dùng để đốt tại chỗ cho các lò phân hủy chất thải, hay dùng để sản xuất điện năng. Khoảng 3 - 5% bị thải bỏ dƣới hình Sinh viên: Hoàng Quốc Huy- MT1201 16
  28. Trường Đại Học Dân Lập Hải Phòng Khóa Luận Tốt Nghiệp thức nhiệt. Việc tạo ra metan góp phần làm giảm BOD (nhu cầu oxy sinh hóa) trong bùn đã bị phân hủy. - Năng lƣợng cần cho xử lý nƣớc thải cũng giảm. - Sự phân hủy yếm khí thích hợp cho chất thải có nồng độ ô nhiễm cao. Nhược điểm: - Quá trình này xảy ra chậm hơn quá trình hiếu khí. - Rất nhạy với chất độc. - Đòi hỏi một thời gian dài để khởi đầu qúa trình này. - Vì đƣợc coi là phân hủy sinh học các hợp chất qua một quá trình đồng trao đổi chất, quá trình phân hủy yếm khí đòi hỏi nồng độ chất nền ban đầu cao. Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình xử lý yếm khí.[10] + Điều kiện yếm khí Đây là yếu tố ảnh hƣởng lớn nhất đến quá trình phân hủy chất hữu cơ của vi sinh vật, vi sinh vật tạo khí vi sinh vật trong hầm ủ rất nhạy cảm với oxy, nếu hầm ủ có oxi thì hoạt động của vi sinh vật yếm khí yếu hay ngừng hẳn. + Nhiệt độ Nhiệt độ là yếu tố điều tiết của quá trình. Nhiệt độ tối ƣu cho quá trình này là 35oC. Nhƣ vậy quá trình có thể thực hiện ở điều kiện ấm 30 – 35oC hoặc nóng 50 – 55oC. Khi nhiệt độ dƣới 10oC, vi khuẩn tạo metan hầu nhƣ không hoạt động. + Thời gian ủ Thời gian ủ của nƣớc thải tùy thuộc vào tính chất và điều kiện môi trƣờng của nó, phải đủ lâu để các vi khuẩn yếm khí thực hiện việc trao đổi chất trong bồn phân hủy. Sinh viên: Hoàng Quốc Huy- MT1201 17
  29. Trường Đại Học Dân Lập Hải Phòng Khóa Luận Tốt Nghiệp + Độ pH pH cũng góp phần quan trọng đối với hoạt động sống của vi khuẩn sinh khí metan. Vi khuẩn sinh khí metan thích hợp ở pH 6,5 – 7,5. Khi pH lớn hơn 8 hay nhỏ hơn 6 thì hoạt động của nhóm vi khuẩn giảm nhanh. + Chất độc Rất nhiều loại chất độc ảnh hƣởng đến về sự hoạt động trong một hệ thống phân hủy yếm khí. Sự ngăn cản việc tạo ra khí metan biểu hiện bằng lƣợng metan tạo ra giảm và nồng độ axít dễ bay hơi tăng. + Độ ẩm Độ ẩm đạt 91,5 – 96% thì thích hợp cho vi khuẩn sinh metan phát triển, độ ẩm lớn hơn 96% thì tốc độ phân hủy chất hữu cơ có giảm, sản lƣợng khí sinh ra thấp. + Thành phần dinh dưỡng Để đảm bảo quá trình sinh khí bình thƣờng và liên tục phải cung cấp đầy đủ nguyên liệu cho sự sinh trƣởng và phát triển của vi khuẩn. Thành phần chủ yếu của nguyên liệu phải cấp là C và N: với cacbon ở dạng là cacbohydrat, còn nitơ ở dạng nitrat, protein, amoniac. Ngoài việc cung cấp đầy đủ nguyên liệu C và N cần phải đảm bảo tỉ lệ tƣơng ứng C/N. Tỉ lệ thích hợp sẽ đảm bảo cân đối dinh dƣỡng cho hoạt động sống của vi sinh vật kỵ khí, trong đó C sẽ tạo năng lƣợng còn N sẽ tạo cơ cấu của tế bào. Nhiều thí nghiệm cho thấy với tỉ lệ C/N là 25/1 – 30/1 thì sự phân hủy kỵ khí xảy ra tốt. Sinh viên: Hoàng Quốc Huy- MT1201 18
  30. Trường Đại Học Dân Lập Hải Phòng Khóa Luận Tốt Nghiệp Chƣơng II. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Đối tƣợng nghiên cứu. Đối tƣợng nghiên cứu là nƣớc thải trong quá trình sản xuất bún của làng nghề làm bún Đình Đông – Hải Phòng. 2.2. Mục tiêu nghiên cứu. Xử lý nƣớc nƣớc thải sản xuất bún bằng thiết bị UASB đạt yêu cầu cho khâu xử lý bằng Aeroten tiếp theo. 2.3. Nội dung nghiên cứu. - Khảo sát đặc trƣng nƣớc thải sản xuất bún tại làng nghề Đình Đông- Hải Phòng. - Khảo sát ảnh hƣởng của pH, thời gian lƣu, tải trọng COD tới hiệu quả xử lý của quá trình. 2.4. Phƣơng pháp nghiên cứu.[3,4,7] 2.4.1. Phƣơng pháp khảo sát thực địa, lấy mẫu tại hiện trƣờng Mẫu Nƣớc thải đƣợc lấy từ làng sản xuất bún Đình Đông- Thành phố Hải Phòng. Dụng cụ lấy mẫu gồm có: - Can đựng mẫu nƣớc: 1 lít ÷ 5 lít - Hóa chất bảo quản: H2SO4 đặc - Thùng lạnh 2.4.2. Phƣơng pháp phân tích COD. Xác định COD bằng phƣơng pháp Kali dicromat a. Nguyên tắc Oxi hoá các chất hữu cơ bằng dung dịch K2Cr2O7 dƣ trong môi trƣờng axit (có o Ag2SO4 xúc tác) bằng cách đun trong lò phản ứng COD ở 150 C. Nồng độ COD đƣợc xác định bằng cách đo quang ở bƣớc sóng 600nm. b. Thiết bị Sinh viên: Hoàng Quốc Huy- MT1201 19
  31. Trường Đại Học Dân Lập Hải Phòng Khóa Luận Tốt Nghiệp - Bộ máy phá huỷ mẫu ở to = 150oC - Máy so màu DR/4000, ( HACH ) - Cân phân tích c. Hoá chất - Kali dicromat (K2Cr2O7) - Bạc sunfat (Ag2SO4) - Thuỷ ngân sunfat (HgSO4) - Axit sunfuric đậm đặc (H2SO4) - Kali hydro phtalat (KHP)_ chất chuẩn. d. Dụng cụ - Bình định mức 1000ml. - Ống phá huỷ mẫu - Pipet có vạch chia 2, 5,10, 20ml. - Phễu lọc, giấy lọc - Bình tam giác 250ml e. Dung dịch - Dung dịch axit sunfuric: Cân 5,5g Ag2SO4 hòa tan trong 1kg H2SO4 (cần từ 1 đến 2 ngày cho sự hoà tan hoàn toàn)- dung dịch 1. - Dung dịch K2Cr2O7: cân 10,216g K2Cr2O7; 33,3g HgSO4 và 167ml H2SO4 hoà tan và định mức tới 1000ml (dung dịch hoà tan)- dung dịch 2. - Dung dịch KHP 1000ppm chuẩn. Cân 0,425g KHP hoà tan và định mức 1000ml (dung dịch này có COD= 500mg/l)- dung dịch 3. g. Lập đường chuẩn COD Để tiến hành lập đƣờng chuẩn COD ta tiến hành thí nghiệm nhƣ sau: - Cho vào 7 ống nghiệm (đánh số thứ tự từ 0-6) có nút kín 10 ml một lƣợng các dung dịch nhƣ bảng sau: Sinh viên: Hoàng Quốc Huy- MT1201 20
  32. Trường Đại Học Dân Lập Hải Phòng Khóa Luận Tốt Nghiệp Bảng 2.1: Bảng thể tích các dung dịch sử dụng để xây dụng đường chuẩn COD TT 0 1 2 3 4 5 6 Dung dịch 1 3,5 3,5 3,5 3,5 3,5 3,5 3,5 Dung dịch 2 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 Dung dịch 3 0 0,25 0,5 0,75 1,0 1,25 1,5 H2O cất (ml) 2,5 2,25 2 1,75 1,5 1,25 1 - Đem đun ống nghiệm trong lò phản ứng trong thời gian 120 phút ở nhiệt độ 150oC - Sau đó để nguội rồi đo trên máy đo quang tại bƣớc sóng 600nm - Ta thu đƣợc kết quả nhƣ sau: Bảng 2.2: Số liệu đường chuẩn COD STT Nồng độ KHP (mg/l) Abs 1 0 0 2 50 0.0137 3 100 0.028 4 150 0.0435 5 200 0.0584 6 250 0.0789 7 300 0.0917 Sinh viên: Hoàng Quốc Huy- MT1201 21
  33. Trường Đại Học Dân Lập Hải Phòng Khóa Luận Tốt Nghiệp 0.1 y = 0.0003x - 0.0013 R² = 0.998 0.08 0.06 Series1 0.04 Linear (Series1) 0.02 0 0 50 100 150 200 250 300 350 -0.02 Hình 2.1: Đồ thị biểu diễn đường chuẩn COD h. Xác định COD - Dùng pipet lấy một lƣợng chính xác 2ml mẫu vào ống nghiệm đựng sẵn dung dịch oxi hoá (gồm 1,5ml dung dịch K2Cr2O7 và 3,5ml dung dịch Ag2SO4/H2SO4) - Bật lò ủ COD đến 150oC - Đặt ống nghiệm vào lò ủ COD, thời gian 120 phút - Lấy ống sau khi phá mẫu để nguội đến nhiệt độ phòng - Bật máy so mầu để ổn định trong 15 phút - Đo ABS ở bƣớc sóng 600nm - Đối chiếu với phƣơng trình đƣờng chuẩn ta thu đƣợc kết quả đo COD. + 2.4.3. Phƣơng pháp phân tích NH4 + Xác định NH4 bằng phƣơng pháp trắc quang a. Nguyên tắc Amoni trong môi trƣờng kiềm phản ứng với thuốc thử Nessler ( K2HgI4 ) tạo phức có màu vàng hay màu nâu sẫm phụ thuộc vào hàm lƣợng amoni có trong mẫu nƣớc. Các ion Fe2+, Ca2+, Mg2+ gây cản trở phản ứng đƣợc loại bỏ bằng dung dich Xenhet. Sinh viên: Hoàng Quốc Huy- MT1201 22
  34. Trường Đại Học Dân Lập Hải Phòng Khóa Luận Tốt Nghiệp b. Thiết bị, dụng cụ - Máy so màu DR/4000 ( HACH ) - Cân phân tích - Pipet - Cốc 100 ml - Bình tam giác 250 ml, phễu lọc, giấy lọc c. Hoá chất + - Chuẩn bị dung dịch chuẩn NH4 : Hòa tan 0,2965 gam NH4Cl tinh khiết hóa học đã sấy khô đến khối lƣợng không đổi ở 105 - 110oC trong 2 giờ bằng nƣớc cất trong bình định mức dung tích 100 ml thêm nƣớc cất đến vạch và + thêm 1 ml clorofoc ( để bảo vệ ), 1ml dung dịch này có 1 mg NH4 . Sau đó pha loãng dung dịch này 100 lần bằng cách lấy 1 ml dung dịch trên pha loãng bằng nƣớc cất 2 lần định mức đến 100 ml, 1 ml dung dịch này có 0,01 mg + NH4 . - Chuẩn bị dung dich muối Xenhet: Hòa tan 50 gam KNaC4H4O6.4H2O trong nƣớc cất. Dung dịch lọc loại bỏ tạp chất, sau đó thêm 5 ml dung dịch NaOH 10% và đun nóng một thời gian để đuổi hết NH3, cuối cùng thêm nƣớc cất đến 100 ml. - Chuẩn bị dung dịch Nessler: + Dung dịch A: Cân chính xác 3,6 gam KI hòa tan bằng nƣớc cất sau đó chuyển vào bình định mức dung tích 100 ml. Cân tiếp 1,355 gam HgCl2 cho vào bình trên lắc kĩ, thêm nƣớc cất vừa đủ 100 ml. + Dung dịch B: Cân chính xác 50 gam NaOH hòa tan bằng nƣớc nguội định mức thành 100 ml. Trộn đều hỗn hợp A và B theo tỉ lệ A:B là 100 ml dung dịch A và 30 ml dung dịch B, lắc đều gạn lấy phần nƣớc trong. d. Lập đường chuẩn + - Lấy vào 7 cốc 100 ml lƣợng dung dịch chuẩn NH4 ( 0,01 mg/ml ), nƣớc cất, xenhet, nessler nhƣ bảng 2.3: Sinh viên: Hoàng Quốc Huy- MT1201 23
  35. Trường Đại Học Dân Lập Hải Phòng Khóa Luận Tốt Nghiệp + Bảng 2.3: Bảng thể tích các dung dịch để xây dựng đường chuẩn NH4 + STT NH4 ( ml ) Nƣớc cất ( ml ) Xenhet ( ml ) Nessler ( ml ) 1 0 50 0,5 1 2 1 49 0,5 1 3 2 48 0,5 1 4 3 47 0,5 1 5 4 46 0,5 1 6 5 45 0,5 1 7 6 44 0,5 1 Sau khi cho vào các cốc với lƣợng dung dịch nhƣ trên khuấy đều, để yên 10 phút rồi đem đo quang ở bƣớc sóng 425 nm. Mật độ quang đo đƣợc tƣơng + ứng với lƣợng NH4 nhƣ bảng sau: + Bảng 2.4: Bảng kết quả xác định đường chuẩn NH4 STT 1 2 3 4 5 6 7 + NH4 (mg) 0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 ABS 0 0.058 0.114 0.167 0.224 0.28 0.341 Sinh viên: Hoàng Quốc Huy- MT1201 24
  36. Trường Đại Học Dân Lập Hải Phòng Khóa Luận Tốt Nghiệp 0.3 y = 5.574x + 0.0011 Abs 0.25 R² = 0.999 0.2 0.15 Series1 0.1 Linear (Series1) Linear (Series1) 0.05 0 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 NH + mg/l 4 + Hình 2.2: Đồ thị biểu diễn đường chuẩn NH4 + e. Xác định NH4 Lấy 30 ml mẫu cho vào cốc thủy tinh 100 ml, thêm 0.5 ml xenhet, 1 ml nessler khuấy đều để yên 10 phút đem đo quang ở bƣớc sóng 425 nm. Khi tiến hành phân tích mẫu thực ta làm mẫu trắng song song. Từ giá trị mật độ đo quang đo đƣợc ta xác định đƣợc lƣợng amoni theo đƣờng chuẩn. Khi đó nồng độ amoni mẫu thực đƣợc xác định theo công thức sau: X = ( C × 1000 )/ V Trong đó: + C là lƣợng amoni tính theo đƣờng chuẩn + V là thể tích mẫu nƣớc đem phân tích + X là hàm lƣợng amoni trong mẫu nƣớc 2.4.4. Phƣơng pháp xác định pH Giá trị pH đƣợc xác định bằng máy đo pH Sinh viên: Hoàng Quốc Huy- MT1201 25
  37. Trường Đại Học Dân Lập Hải Phòng Khóa Luận Tốt Nghiệp 2.4.5. Phƣơng pháp xử lý yếm khí nƣớc thải.[10] a) Mô hình thiết bị nghiên cứu 9 1 2 8 10 7 6 5 4 11 3 Hình 2.3: Mô hình thiết bị UASB Sinh viên: Hoàng Quốc Huy- MT1201 26
  38. Trường Đại Học Dân Lập Hải Phòng Khóa Luận Tốt Nghiệp Chú thích: 1: Thùng tiếp liệu 2: Khóa điều chỉnh tốc độ dòng vào 3, 5,7: Lƣới chắn bùn 4: Khoang chứa bùn yếm khí 6: Khoang ổn định nƣớc dòng ra 8: Phễu thu khí thải 9: Túi thu khí thải 10: Khóa điều chỉnh dòng ra 11: Thùng thu nƣớc dòng ra. Sinh viên: Hoàng Quốc Huy- MT1201 27
  39. Trường Đại Học Dân Lập Hải Phòng Khóa Luận Tốt Nghiệp Hình2.4: Thiết bị UASB trong phòng thí nghiêm Sinh viên: Hoàng Quốc Huy- MT1201 28
  40. Trường Đại Học Dân Lập Hải Phòng Khóa Luận Tốt Nghiệp Hình 2.5: Thiết bị UASB tự thiết kế và đang sử dụng Sinh viên: Hoàng Quốc Huy- MT1201 29
  41. Trường Đại Học Dân Lập Hải Phòng Khóa Luận Tốt Nghiệp b) Nguyên lý hoạt động của thiết bị. Nƣớc thải sau khi đƣợc điều chỉnh pH thích hợp (≈7) sẽ đƣợc đƣa vào thùng tiếp liệu (1). Điều chỉnh khóa (2) cho nƣớc thải chảy xuống với tốc độ thích hợp vào cột yếm khí. Nƣớc thải sẽ đƣợc lƣu trong khoang chứa bùn (4). Sau khi đƣợc xử lý qua bùn kị khí, nƣớc thải đi qua lƣới chắn bùn (5) để ổn định tại khoang (6) trƣớc khi đƣợc thải ra ngoài qua van số (10) và đƣợc thu lại trong thùng chứa (11) Khí sinh ra trong quá trình xử lý đƣợc thu qua phễu thu khí (8) và đƣợc giữ lại trong túi khí (9). c) Khởi động thiết bị Thiết bị nghiên cứu đƣợc làm từ ống nhựa PVC Tiền phong, đƣờng kính 20cm, chiều cao .m với cách bố trí nhƣ hình vẽ ở trên. Trong khoang chứa bùn số 4 có đặt các hoa nhựa làm giá thể cho bùn bám dính. Bùn bổ sung vào thiết bị đƣợc lấy từ cống thải của hộ gia đình sản xuất bún tại Đình Đông – Hải Phòng. Tổng thể tích nƣớc chứa trong cột là 25 lít. Khởi động hệ thống trên với nƣớc thải có COD dòng vào khoảng 2000mg/l đƣợc pha loãng từ nƣớc thải làm thí nghiệm, thời gian khởi động khoảng 15 ngày (03 chu kỳ lƣu nƣớc 05 ngày), bổ sung thêm nguồn vi sinh vật từ phân trâu bò pha với nƣớc đƣa vào hệ thống. Khi hệ thống vận hành ổn định với nƣớc thải dòng ra đạt 600 – 700 mg/l thì bắt đầu tiến hành thí nghiệm. d) Mô tả thí nghiệm +) Thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian lưu đến hiệu suất xử lý nước thải: Nƣớc thải lấy về bảo quản và để lắng tự nhiên trong khoảng 2h. Xác định đặc trƣng nƣớc dòng vào sau đó pha loãng tới giá trị COD khoảng 2000mg/l. Cho 5000ml nƣớc thải đã pha loãng vào thùng tiếp liệu, sau đó điều chỉnh pH đến 7 bằng dung dịch NaOH 10%. Mở khóa số (2) để nƣớc thải chảy vào cột xử lý với tốc độ 208 ml/giờ. Sau 24h toàn bộ nƣớc thải trong thùng tiếp liệu sẽ chảy hết vào cột UASB. Bốn ngày tiếp theo làm tƣơng tự. Sau 5 ngày, nƣớc sẽ thoát + ra ở van chảy tràn, đem nƣớc thải đó đi phân tích chỉ số COD và NH4 . Chạy lặp Sinh viên: Hoàng Quốc Huy- MT1201 30
  42. Trường Đại Học Dân Lập Hải Phòng Khóa Luận Tốt Nghiệp lại 1 đến 2 chu kỳ nhƣ trên đến khi nƣớc thải ra đạt tiêu chuẩn thì giảm thời gian lƣu xuống còn 4 ngày (tƣơng ứng với lƣu lƣợng 6,25 lít/ngày). Tiếp tục thí nghiệm nhƣ trên với các thời gian lƣu 3 ngày, 2 ngày và 1 ngày (tƣơng ứng với + lƣu lƣợng 8,33 – 12,50 – 25 lít/ngày). So sánh các giá trị COD, NH4 dòng vào và dòng ra, đánh giá hiệu suất xử lý của quá trình từ đó xác định thời gian lƣu tối ƣu. +) Thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của pH dòng vào đến hiệu xuất xử lý: Giữ nguyên giá trị COD nƣớc thải dòng vào khoảng 2000 mg/l, điều chỉnh pH của nƣớc thải từ 4,5 - 8 bằng dung dịch NaOH 10%. Với mỗi một giá trị pH của nƣớc thải, chạy một chu kỳ tƣơng ứng với thời gian lƣu tối ƣu đã xác định ở + thí nghiệm trên. So sánh các giá trị COD, NH4 dòng vào và dòng ra, đánh giá hiệu suất xử lý của quá trình từ đó xác định pH tối ƣu. +) Thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của tải trọng COD dòng vào đến hiệu xuất xử lý: Sau khi xác định đƣợc pH và thời gian lƣu tối ƣu, tiến hành tăng dần tải trọng + COD và NH4 dòng vào thiết bị. Phân tích kết quả dòng ra, so sánh với dòng vào và lựa chọn giá trị tải trọng vào tối ƣu. Sinh viên: Hoàng Quốc Huy- MT1201 31
  43. Trường Đại Học Dân Lập Hải Phòng Khóa Luận Tốt Nghiệp Chƣơng III. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Kết quả nghiên cứu đặc trƣng nƣớc thải. Thông qua số liệu phân tích mẫu nước thải chúng tôi nghiên cứu được các thông số đặc trưng của nước thải sản xuất bún theo bảng sau: Bảng 3.1: Đặc trưng nước thải sản xuất bún + Ngày lấy pH COD BOD5 NH4 TSS mẫu (mg/l) (mg/l) (mg/l) (mg/l) 5/9/2012 4,5 4930 3451 46,31 301 15/9/2012 4,5 4951 3465 46,88 289 25/9/2012 4,5 5011 3507 47,02 311 5/10/2012 4,5 5005 3503 45,19 295 15/10/2012 4,5 5120 3584 46,92 327 QCVN 5,5-9 150 50 10 100 40:2011 Hình 3.1: Nước thải sản xuất bún sau khi để lắng Nhận xét - Về mặt cảm quan ta nhận thấy nƣớc thải sản xuất bún có độ đục cao, có màu trắng đục, chứa nhiều cặn lơ lửng, có mùi chua. Sinh viên: Hoàng Quốc Huy- MT1201 32
  44. Trường Đại Học Dân Lập Hải Phòng Khóa Luận Tốt Nghiệp - Kết quả phân tích cho thấy các chỉ tiêu của nƣớc thải này đều cao gấp nhiều lần so với QC40/2011. Đặc biệt là chỉ tiêu COD cao gấp 33 lần; BOD5 cao gấp + 70 lần; NH4 cao gấp 4,5 lần và TSS cao gấp 14 lần so với QC40/2011. - Tỷ lệ BOD5/COD≈ 0,7 thích hợp cho việc áp dụng xử lý bằng sinh học. - Về bản chất, nƣớc thải bún chứa nhiều tinh bột đã qua biến tính nên rất dễ tạo ra mùi chua rất đặc trƣng. 3.2. Kết quả nghiên cứu ảnh hƣởng của thời gian lƣu và hiệu suất của quá trình. Điều kiện tiến hành thí nghiệm: - CODv dao động trong khoảng 2018- 2106 mg/l + - NH4 v dao động trong khoảng 19,87- 22,31 mg/l - pH= 7 - Thời gian lƣu thay đổi từ 1 đến 5 ngày. Bảng 3.2: Ảnh hưởng của thời gian lưu tới hiệu suất xử lý Thời Chỉ tiêu dòng vào Chỉ tiêu dòng ra Hiệu suất Hiệu suất + + + gian lƣu pH COD NH4 COD NH4 xử lý COD xử lý NH4 (ngày) (mg/l) (mg/l) (mg/l) (mg/l) (%) (%) 5 7 2106 22,31 484,33 11,04 77 50,5 4 7 2082 20,62 517,66 11,33 75,13 45,05 3 7 2044 21,03 524,3 11,73 74,34 44,22 2 7 2018 19,87 556 11,51 72,4 42,07 1 7 2061 20,11 602,33 11,82 70,77 41,22 Sinh viên: Hoàng Quốc Huy- MT1201 33
  45. Trường Đại Học Dân Lập Hải Phòng Khóa Luận Tốt Nghiệp 90 80 70 60 50 40 H xử lý COD 30 H xử lý NH4+ Hiệu xuất xử lý xử xuất Hiệu 20 10 0 5 ngày 4 ngày 3 ngày 2 ngày 1 ngày Thời gian lƣu nƣớc. Hình 3.2: Đồ thị biểu diễn sự ảnh hưởng của thời gian lưu đến hiệu suất xử lý. Nhận xét Kết quả cho thấy, khi thời gian lƣu thì hiệu suất xử lý của thiết bị cũng giảm. Tuy nhiên mức chênh lệch hiệu suất khi thời gian lƣu thay đổi 1 ngày là không đáng kể (chỉ khoảng 2%). Điều đó có thể giải thích do quá trình giảm thời gian lƣu nƣớc trong thiết bị đƣợc tiến hành rất từ từ tránh gây ―sốc‖ cho VSV. Ứng với mỗi khoảng thời gian lƣu ta thƣờng cho chạy ổn định từ 2- 3 chu kỳ với lƣu lƣợng dòng vào nhỏ, tốc độ dòng chảy chậm nên VSV có đủ thời gian thích nghi và hiệu suất xử lý không bị dao động mạnh. + Hiệu suất xử lý COD luôn cao hơn hiệu suất xử lý NH4 do nhu cầu về C của VSV trong thiết bị lớn gấp nhiều lần nhu cầu về N. Thời gian lƣu 5 ngày, Hiệu suất xử lý của thiết bị đạt 77% đối với COD và + 50,5% đối với NH4 . Thời gian lƣu 1 ngày hiệu suất xử lý COD đạt 70,77%, xử + lý NH4 đạt 41,22%. Nhƣ vậy, xét về mặt kinh tế, chọn thời gian lƣu 1 ngày là tối ƣu do hiệu suất xử lý không chênh lệch nhiều. Sinh viên: Hoàng Quốc Huy- MT1201 34
  46. Trường Đại Học Dân Lập Hải Phòng Khóa Luận Tốt Nghiệp 3.3. Kết quả nghiên cứu ảnh hƣởng tải trọng COD dòng vào Điều kiện tiến hành thí nghiệm: - pHv= 7 - Thời gian lƣu 24 tiếng (1 ngày) - CODv= 2018- 5120 mg/l + - NH4 = 19,87- 46,92 mg/l Kết quả nghiên cứu ảnh hƣởng của tải trọng COD dòng vào tới hiệu quả xử lý đƣợc thể hiện trong bảng: Bảng 3.3: Ảnh hưởng của tải trọng COD dòng vào đến hiệu suất xử lý Chỉ tiêu dòng vào Chỉ tiêu dòng ra Hiệu suất Hiệu suất + + + COD NH4 COD NH4 xử lý COD xử lý NH4 (mg/l) (mg/l) (mg/l) (mg/l) (%) (%) 2018 19,87 556 11,51 72,4 42,07 2486 21,83 584.33 12,39 76,49 43,22 3021 27,13 610.63 14,75 79,78 45,61 3507 31,04 644.33 16,28 81,62 47,52 4008 35,21 682.27 17,58 82,97 50,07 4491 40,25 726.71 18,75 83,81 53,41 5120 46,92 766.95 19,3 85,02 56,73 Sinh viên: Hoàng Quốc Huy- MT1201 35
  47. Trường Đại Học Dân Lập Hải Phòng Khóa Luận Tốt Nghiệp 86 84 82 80 Hiệu suất Hiệu 78 76 74 H xử lý COD 72 70 68 66 2018 2486 3021 3507 4008 4491 5120 Tải trọng COD Hình 3.3: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của tải trọng COD đến hiệu suất xử lý nước thải 60 50 Hiệu suất Hiệu 40 30 H xử lý NH4+ 20 10 0 19.87 21.83 27.13 31.04 35.21 40.25 46.92 + Tải trọng NH4 + Hình 3.4: Đồ thị biểu diễn sự ảnh hưởng của tải trọng NH4 đến hiệu suất xử lý nước thải Nhận xét: Thông thƣờng, theo lý thuyết khi tải trọng hƣu cơ dòng vào tăng thì hiệu suất quá trình sẽ giảm dần ở cùng một điều kiện thí nghiệm. Tuy nhiên trong nghiên + cứu này, kết quả cho thấy, khi tăng tải trọng COD và NH4 dong vào, hiệu suất xử lý của quá trình tăng khá đều đặn. Điều này có thể giải thích nhƣ sau: Sinh viên: Hoàng Quốc Huy- MT1201 36
  48. Trường Đại Học Dân Lập Hải Phòng Khóa Luận Tốt Nghiệp VSV trong thiết bị UASB phản ứng rất nhạy với các chất độc và khi điều kiện môi trƣờng thay đổi. Để tránh tạo các phản ứng ―sốc‖ cho VSV, các thay đổi điều kiện thí nghiệm đƣợc tiến hành rất từ từ. Tải trọng CODv tăng nhẹ (khoảng 500 mg/l cho 1 lần thay đổi điều kiện thí nghiệm), mỗi lần tăng giá trị CODv, thiết bị đƣợc chạy với 2 chu kỳ liên tiếp để ổn định hiệu suất. Chính vì sự thay đổi điều kiện môi trƣờng trong khoảng an toàn diễn ra dần dần, mặt khác lƣu lƣợng nƣớc thải vào thiết bị khá thấp (1,04 l/h) nên VSV có đủ thời gian thích nghi với điều kiện môi trƣờng mới, chính vì vậy hiệu suất không những ổn định mà còn tăng lên theo thời gian. Các kết quả trong thực tế cho thấy, giá trị CODv mà thiết bị UASB có thể tải đƣợc lên tới ≈20.000 mg/l với thời gian lƣu dao động 1,5- 2 ngày. Với đặc trƣng nƣớc thải dòng vào trong thí nghiệm chỉ có CODv≈ 5000mg/l, thời gian lƣu 1 ngày, VSV hoạt động hiệu quả và ổn định thì hiệu suất xử lý còn có thể tăng thêm. Tuy nhiên, tác giả không tăng tiếp tải trọng CODv lên nữa do đối tƣợng nƣớc thải dùng cho nghiên cứu chỉ nằm trong khoảng COD≈ 5000mg/l. 3.4. Kết quả nghiên cứu ảnh hƣởng của pH và hiệu suất của quá trình. Điều kiện tiến hành thí nghiệm: - CODv= 4930- 5120 mg/l + - NH4 v= 46,31- 47,02 mg/l - Thời gian lƣu 1 ngày tƣơng ứng voeis Q= 25l/ngày - pH thay đổi từ 5-8 Kết quả nghiên cứu ảnh hƣởng của pH tới hiệu suất xử lý đƣợc thể hiện trong bảng: Sinh viên: Hoàng Quốc Huy- MT1201 37
  49. Trường Đại Học Dân Lập Hải Phòng Khóa Luận Tốt Nghiệp Bảng 3.4: Ảnh hưởng của pH tới hiệu suất xử lý Chỉ tiêu dòng vào Chỉ tiêu dòng ra Hiệu suất Hiệu suất + + + pH COD NH4 COD NH4 xử lý COD xử lý NH4 (mg/l) (mg/l) (mg/l) (mg/l) (%) (%) 5 4930 46,31 2418 38,7 50,9 16,43 5,5 4951 46,88 2005 35,31 59,5 24,68 6 5011 47,02 1548 30,76 69,1 34,58 6,5 5005 45,19 1109 23,74 77,84 47,46 7 5120 46,92 766.95 19,3 85,02 56,73 7,5 4982 46,73 947,2 21,22 80,98 54,59 8 4996 46,71 1303 22,18 73,91 52,51 90 80 70 60 Hiệu suất xử lý xử suất Hiệu 50 40 H xử lý COD 30 H xử lý NH4+ 20 10 0 5 5.5 6 6.5 7 7.5 8 pH dòng vào Hình 3.5: Đồ thị biểu diễn sự ảnh hưởng của pH đến hiệu suất xử lý Nhận xét + pH có ảnh hƣởng khá rõ nét tới hiệu quả xử lý COD và NH4 của thiết bị. Dễ nhận thấy pH từ 6 trở xuống, hiệu suất xử lý của thiết bị khá thấp, với xử lý + COD 69,1% và xử lý NH4 đạt 34,58%. Trong giai đoạn đầu của quá trình xử lý trong thiết bị UASB, các hợp chất hữu cơ đƣợc thủy phân và lên men, sản phẩm Sinh viên: Hoàng Quốc Huy- MT1201 38
  50. Trường Đại Học Dân Lập Hải Phòng Khóa Luận Tốt Nghiệp tọa thành là các axit hữu cơ khiễn pH nƣớc thải giảm khá nhanh. Nếu pH nƣớc đầu vào thấp sẽ không đủ duy trì pH cho giai đoạn lên men metal hóa tiếp theo vì các VSV lên men metal hóa ƣu môi trƣờng kiễm nhẹ và trung tính. Các axit hữu nếu không đƣợc metal hóa càng khiến pH thiết bị giãm thấp, VSV bị đình trệ quá trình sinh trƣởng và phát triển do đó nồng độ cơ chất còn lại cao, hiệu suất quá trình giảm. Theo kết quả nghiên cứu, hiệu suất quá trình đạt cao nhất tại giá trị pH= 7,0 với + hiệu quả khử COD lên tới 85,02% và hiệu quả khử NH4 đạt 56,73%. Tiếp tục tăng pH lên 8, hiệu suất xử ký của thiết bị bắt đầu giảm xuống do môi trƣờng nƣớc thải chuyển sang tính kiềm, không còn thích hợp cho sinh trƣởng và phát triển của VSV. Hình 3.6: Nước thải sau khi xử lý 24 tiếng từ nước thải có COD≈ 5000 mg/l Nhận xét chung Nƣớc thải của làng nghề sản xuất bún Đình Đông bị ô nhiễm nghiêm trọng, các giá trị COD, BOD5, độ đục đều cao, còn pH khá thấp. Lƣợng nƣớc thải này không qua xử lý mà đổ thẳng trực tiếp ra ngoài môi trƣờng sẽ gây ô nhiễm môi Sinh viên: Hoàng Quốc Huy- MT1201 39
  51. Trường Đại Học Dân Lập Hải Phòng Khóa Luận Tốt Nghiệp trƣờng nƣớc và môi trƣờng không khí, gây ảnh hƣởng xấu đến sức khỏe con ngƣời và hệ sinh thái. Nƣớc thải sau khi xử lý kỵ khí bằng thiết bị UASB, đạt giá trị COD< 800mg/l đủ điều kiện chuyển sang xử lý hiếu khí bằng bể Aeroten để rút ngắn thời gian và xử lý triệt để hơn. Hình 3.7: So sánh nước thải đầu vào và đầu ra sau khi cho qua thiết bị UASB Sinh viên: Hoàng Quốc Huy- MT1201 40
  52. Trường Đại Học Dân Lập Hải Phòng Khóa Luận Tốt Nghiệp KẾT LUẬN Qua quá trình nghiên cứu xử lý nƣớc thải của làng bún Đình Đông – Lê Chân- Hải Phòng, chúng tôi đã rút ra đƣợc một số kết luận sau: 1. Đã tiến hành phân tích một số chỉ tiêu cơ bản của nƣớc thải sản xuất bún. Kết quả cho thấy nƣớc thải có giá trị COD, BOD5, pH và TSS đều vƣợt tiêu chuẩn cho phép theo QC 40:2011. Trong nƣớc thải có chứa hàm lƣợng hữu cơ cao, thích hợp cho xử lý bằng sinh học. 2. Đã tiến hành xử lý nƣớc thải sản xuất bún bằng phƣơng pháp kỵ khí trên cột UASB. Quá trình xử lý đạt hiệu quả tối ƣu tại điều kiện pH=7, thời gian lƣu 24 tiếng, Q= 25l/ngày, CODvmax= 5120 mg/l – CODr= 766,95 mg/l - hiệu + + suất xử lý COD đạt 85,02%; NH4 vmax= 46,92 mg/l – NH4 r= 19,3 mg/l – hiệu + suất xử lý NH4 đạt 56,73%. 3. Nƣớc thải sau xử lý đủ điều kiện xử lý tiếp bằng hệ thống Aeroten để rút ngắn thời gian cugnx nhƣ nâng cao hiệu quả xử lý triệt để hơn. Kiến nghị - Do hạn chế về thời gian và thiết bị, khóa luận chƣa nghiên cứu đƣợc ảnh hƣởng của các yếu tố nhiệt độ, chất vi lƣơng và hoạt lƣu VSV đến hiệu quả xử lý. - Đề tài chƣa nghiên cứu đƣợc hiệu quả tạo biogas và các yếu tố ảnh hƣởng đến hiệu quả tạo khí của thiết bị. + - Đánh giá hiệu quả xử lý chỉ mới dựa trên 2 chỉ tiêu COD và NH4 . Cần có thêm các phân tích về chỉ tiêu BOD5, TN, TP để kết luận chính xác hơn hiệu quả xử lý của thiết bị. - Để khắc phục tình trạng ô nhiễm do hoạt động của các làng nghề nói chung, chúng tôi thống nhất đƣa kiến nghị cần áp dụng một số biện pháp sau: + Phải quy hoạch các làng nghề. Các cơ sở sản xuất tại các làng nghề phải đƣợc tập trung lại thành một khu công nghiệp chuyên sản xuất không có ngƣời ở. Tại các cơ sở tập trung này có các trạm xử lý nƣớc thải và xử lý ô nhiễm môi trƣờng nói chung. Sinh viên: Hoàng Quốc Huy- MT1201 41
  53. Trường Đại Học Dân Lập Hải Phòng Khóa Luận Tốt Nghiệp + Trƣớc mắt chƣa thể quy hoạch đƣợc, phải xây dựng ngay hệ thống thu gom nƣớc thải, thu gom phế liệu và phải xử lý, ít nhất là xử lý sơ bộ. + Để giảm thiểu nguồn nƣớc thải và chất thải nói chung, các hộ sản xuất phải thực sự tận dụng phế liệu ( đặc biệt là tận dụng phế liệu chế biến thực phẩm cho chăn nuôi, phế thải cho sản xuất khí sinh học, hoặc sản xuất phân bón hữu cơ) và hạn chế sử dụng nƣớc sạch hoặc sử dụng một phần nƣớc tái sinh cho một số khâu nào đó cho quá trình sản xuất. + Các ao hồ tự nhiên phải trở thành các ao hồ thoáng chứa đựng nƣớc thải đã xử lý để tiếp tục xử lý sinh học tự nhiên trƣớc khi đổ ra các dòng sông. Sinh viên: Hoàng Quốc Huy- MT1201 42
  54. Trường Đại Học Dân Lập Hải Phòng Khóa Luận Tốt Nghiệp TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Nguyễn Đình Bảng. Giáo trình các phƣơng pháp xử lý nƣớc, nƣớc thải. ĐHKHTN Hà Nội, 2004 2. Báo nhân dân 1/3/2006. Báo động tình trạng ô nhiễm nƣớc. 3. Lê Văn Cát. Cơ sở hóa học và kỹ thuật xử lý nƣớc. NXB Thanh Niên Hà Nội, 1999 4. Trần Tứ Hiếu, Phạm Hùng Việt, Nguyễn Văn Nội. Hóa học môi trƣờng cơ sở, Khoa Hóa Học ĐHKHTN Hà Nội, 1999. 5. Hoàng Huệ. Xử lý nƣớc thải. NXB Xây Dựng HÀ Nội, 1996. 6. Trịnh Lê Hùng. Kỹ thuật xử lý nƣớc thải. NXB Giáo dục, 2005 7. Trịnh Xuân Lai. Tính toán thiết kế các công trình xử lý nƣớc thải. NXB Xây dựng HN, 2000 8. Trần Văn Nhâm, Ngô Thị Nga. Giáo trình công nghệ xử lý nƣớc thải, NXB KHKT, 2005. 9. Nguyễn Xuân Nguyên, Phậm Hồng Hải. Lý thuyết và mô hình hóa quá trình xử lý nƣớc thải bằng phƣơng pháp sinh học. NXB KHKT, 2003. 10. PGS.TS Lƣơng đức Phẩm. Công nghệ xử lý nước thải bằng phương pháp sinh hoc- Nhà xuất bản giáo dục, Hà Nội- 2002. 11. Lê Thị Thanh Thủy. Nghiên cứu xử lý nƣớc thải sản xuất bia bằng phƣơng pháp sinh học. Luận văn thạc sĩ. ĐHKHTN Hà Nội, 2005. 12. Tiêu chuẩn nhà nƣớc Việt Nam về Môi trƣờng. NXB KHKT,1996. Sinh viên: Hoàng Quốc Huy- MT1201 43