Nghiên cứu ảnh hưởng của ph lên hiệu quả xử lý nước thải thủy sản việt an bằng mô hình UASB

Nhận thức được tầm quan trọng của môi trường nước và tính cấp thiết của xã hội vì lý do đó tôi thực hiện đề tài này “Nghiên cứu ảnh hưởng của pH lên hiệu quả xử lý nước thải thủy sản Vi

PHẠM THỊ TRÚC LY

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA pH LÊN HIỆU QUẢ XỬ LÝ NƯỚC THẢI THỦY SẢN VIỆT AN BẰNG MÔ HÌNH UASB

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

Khóa học: 2007 - 2011

An Giang 05/2011

PHẠM THỊ TRÚC LY

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA pH LÊN HIỆU QUẢ XỬ LÝ NƯỚC THẢI THỦY SẢN VIỆT AN BẰNG MÔ HÌNH UASB

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

Khóa học: 2007 – 2011

GVHD Th.S TRẦN THỊ HỒNG NGỌC

GVPB Th.S NGUYỄN THANH HÙNG Th.S NGUYỄN TRẦN THIỆN KHÁNH

An Giang 05/2011

Long xuyên, ngày……tháng……năm 2011 Giáo viên hướng dẫn

Th.S Trần Thị Hồng Ngọc

Trong suốt thời gian vừa qua em đã được trang bị rất nhiều kiến thức chuyên môn từ các quý thầy cô, đặc biệt là các quý thầy cô Bộ môn Môi trường

và Phát triển bền vững đã tạo điều kiện cho em hoàn thành khóa luận tốt nghiệp

Em xin chân thành cảm ơn:

- Ban giám hiệu, Ban chủ nhiệm khoa cùng tập thể giáo viên Bộ môn Môi trường và Phát triển bền vững, khoa Kỹ Thuật - Công Nghệ - Môi Trường, trường Đại học An Giang, đã trang bị kiến thức cho em trong thời gian qua

- Th.S Trần Thị Hồng Ngọc đã tận tình giúp đỡ, cố vấn và hướng dẫn trực tiếp cho em trong quá trình thực hiện khóa luận tốt nghiệp

- Công ty cổ phần Việt An, các Cô, Chú, Anh, Chị trong tất cả các Phòng ban, đặc biệt là các anh ở phòng Kỹ thuật đã nhiệt tình chỉ dẫn và tạo điều kiện cho em thực hiện khóa luận của mình

Vì đây là lần đầu em đi sâu nghiên cứu và tự mình xây dựng mô hình bể UASB để xử lý nước thải nên không thể tránh khỏi những hạn chế và thiếu sót Rất mong được sự đóng góp và chỉ dạy của quý thầy cô, và tập thể lớp DH8MT, để giúp cho đề tài của em được hoàn thiện hơn

Long xuyên, ngày 09 tháng 06 năm 2011

Phạm Thị Trúc Ly

Chương 1: MỞ ĐẦU 1

Chương 2: LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU 2

2.1 Nguồn gốc nước thải và tính chất nước thải … 2

2.2 Quá trình sinh học yếm khí 3

2.3 Phân loại công trình 4

2.3.1 Quá trình lọc kị khí ngược dòng 5

2.3.2 Quá trình kị khí tầng giá thể lơ lửng 6

2.3.3 Quá trình kị khí dính bám xuôi dòng 7

2.3.4 Quá trình kị khí phân hủy xáo trộn 7

2.3.5 Quá trình tiếp xúc kị khí 8

2.3.6 Quá trình kị khí lớp bông bùn dòng chảy ngược(UASB) 9

Chương 3: PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 12 3.1.Đối tượng nghiên cứu 12

3.2 Thời gian nghiên cứu 12

3.3 Mục tiêu nghiên cứu 12

3.4 Nội dung nghiên cứu 12

3.5 Phương tiện và vật liệu nghiên cứu 12

3.6 Phương pháp nghiên cứu 13

3.6.1 Vị trí thu mẫu 13

3.6.2 Các bước thực hiện thí nghiệm 13

3.6.3 Phân tích các thông số 17

3.6.4 Phương pháp xử lý số liệu 18

Chương 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 19

4.1 Xác định tính chất nước thải thủy sản của công ty CP Việt An 19

4.1.1 Thành phần và tính chất nước thải 19

4.1.2 Xây dựng mô hình 19

4.2 Kết quả đo đạt các thông số 25

4.2.3 Kết quả đo BOD5 28

4.2.4 Kết quả đo NH4+ 29

4.2.5 Kết quả đo PO43- 32

4.2.6 Kết quả phân tích chỉ tiêu khí CO2 và CH4 34

Chương 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 36

5.1 Kết luận 36

5.2 Kiến nghị 36

Tài liệu tham khảo 37

Hình 2.1: Cơ chế sinh hóa trong lên men yếm khí 4

Hình 2.2: Một số dạng kị khí đã được ứng dụng 5

Hình 2.3: Sơ đồ làm việc của quá trình lọc kị khí ngược dòng 6

Hình 2.4: Sơ đồ làm việc của quá trình kị khí dính bám 6

Hình 2.5: Sơ đồ làm việc của quá trình lọc kị khí dính bám xuôi dòng 7

Hình 2.6: Sơ đồ làm việc của quá trình kị khí xáo trộn hoàn toàn 8

Hình 2.7: Sơ đồ làm việc của quá trình tiếp xúc kị khí 9

Hình 2.8: Sơ đồ làm việc của quá trình kị khí lớp bông bùn(UASB) 11

Hình 3.1: Bùn kỵ khí 16

Hình 4.1: Lát cắt ngang của ngăn lắng 22

Hình 4.2: Lát cắt ngang của ngăn lắng 22

Hình 4.3: Mô hình bể UASB 23

Hình 4.4: Mô hình thật của bể UASB 24

Hình 4.5: Hàm lượng SS (mg/l) 25

Hình 4.6: Hiệu suất xử lý SS (mg/l) 26

Hình 4.7: Hàm lượng COD (mg/l) 26

Hình 4.8: Hiệu suất xử lý COD (mg/l) 27

Hình 4.9: Hàm lượng BOD5 (mg/l) 28

Hình 4.10: Hiệu suất xử lý BOD5 (mg/l) 29

Hình 4.11: Hàm lượng NH4+ (mg/l) 30

Hình 4.12: Mức độ gia tăng NH4+ (mg/l) 31

Hình 4.13: Hàm lượng PO43- (mg/l) 32

Hình 4.14: Hiệu suất xử lý PO43- (mg/l) 33

Hình 4.15: Nước thải đầu vào 35

Hình 4.16: Nước thải đầu ra 35

Hình 4.17: Nước thải đầu vào và đầu ra của TN1 35

Hình 4.18: Sự khác biệt giữa nước thải đầu vào đầu ra 35

Bảng 2.1: Kết quả phân tích nước thải đầu vào 2

Bảng 3.1: Phương pháp phân tích các thông số 17

Bảng 4.1: Thành phần và tính chất nước thải làm cơ sở thiết kế 19

Bảng 4.2: Giá trị thiết kế bể UASB 23

CP: Cổ phần

TN1: Thí nghiệm 1

TN2: Thí nghiệm 2

TN3: Thí nghiệm 3

COD: Nhu cần oxi hóa học

BOD: Nhu cầu oxi sinh học

Chương 1 MỞ ĐẦU

Hiện nay ngành chế biến thủy sản ở nước ta đang trong giai đoạn phát triển

mạnh Đây là một trong những ngành kinh tế chủ lực mang lại nhiều ngoại tệ

cho đất nước

Bên cạnh những lợi ích đạt được về kinh tế - xã hội, ngành này cũng phát

sinh nhiều vấn đề môi trường cần phải giải quyết, trong đó ô nhiễm môi

trường nước do nước thải từ các nhà máy chế biến thủy sản là một trong

những mối quan tâm hàng đầu Vì đặc điểm của ngành chế biến thủy sản là

phải sử dụng một lượng nước khá lớn để phục vụ cho quá trình sản xuất, chính

vì thế trong quá trình sản xuất đã thải ra một lượng nước thải khổng lồ Lượng

chuẩn cho phép xả vào nguồn tiếp nhận gấp nhiều lần Nước thải thủy sản có

đặc trưng riêng biệt là rất hôi và tanh Nếu như những thành phần trong nước

thải thủy sản không được xử lý trước khi thải vào môi trường sẽ gây ảnh

hưởng đến sức khỏe cộng đồng xung quanh

Vì vậy xử lý nước thải của ngành chế biến thủy sản đạt tiêu chuẩn là vấn đề

cần phải làm và có ý nghĩa thiết thực

Nhận thức được tầm quan trọng của môi trường nước và tính cấp thiết của

xã hội vì lý do đó tôi thực hiện đề tài này “Nghiên cứu ảnh hưởng của pH

lên hiệu quả xử lý nước thải thủy sản Việt An bằng mô hình UASB”.Bể

UASB là một trong những công trình đơn vị chính trong hệ thống xử lý nước

thải, mang lại hiệu quả xử lý cao, góp phần khắc phục được các vấn đề ô

nhiễm môi trường từ nước thải của ngành chế biến thủy sản

Chương 2 LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU

2.1 Nguồn gốc và tính chất nước thải

Qua quá trình khảo sát một số nhà máy chế biến thủy sản đông lạnh với

cùng nguồn nguyên liệu là chế biến cá Basa xuất khẩu như: Cửu Long, Việt

An, Antesco, Đông lạnh 7, Đông lạnh 8, Toàn Phát… có thể kết luận được,

nguồn gốc của nước thải thủy sản trong ngành chế biến cá Basa bao gồm nước

rửa nguyên liệu, nước rửa dùng cho các công đoạn sản xuất từ sơ chế đến

thành phẩm, nước rửa máy móc, thiết bị và nhà xưởng theo mỗi ca sản xuất

(Công ty môi trường xanh, 2007)

Theo số liệu thống kê ở một số nhà máy chế biến cá Basa đưa vào chế

biến sẽ sinh ra một lượng nước thải từ 8 – 10m3/một tấn cá nguyên liệu Với

quy mô sản xuất 100 tấn nguyên liệu một ngày thì lượng nước thải sinh ra

tương ứng khoảng 1000 m3/ngày

Khảo sát và phân tích mẫu nước thải chưa qua hệ thống xử lý tại một số

nhà máy chế biến thủy sản cho thấy hàm lượng ô nhiễm hữu cơ (BOD) cao

gấp 20 đến 50 lần; hàm lượng COD cao gấp 30 đến 70 lần; hàm lượng vi sinh

vượt gấp ngàn lần và hàm lượng chất rắn lơ lửng trong nước (SS) vượt hơn 16

lần tiêu chuẩn nước thải công nghiệp cho phép thải vào khu vực nước dùng

Các con sông, kênh rạch chính là nơi tiếp nhận chủ yếu của các nguồn

nước thải thủy sản Hiện nay các con sông, kênh rạch đang ngày càng ô nhiễm

do trong nước thải chứa hàm lượng đạm cao từ các nhà máy chế biến thủy sản

thải vào

Trong nước thải thủy sản không chỉ chứa chất đạm mà còn mang theo

nhiều dịch bệnh từ các xác thủy sản chết, thối rửa… đây chính là mối nguy

hiểm đe dọa trực tiếp đến đời sống sức khỏe của cộng đồng sử dụng nguồn

nước từ các con sông, kênh rạch bị ô nhiễm từ nước thải thủy sản

Bên cạnh lợi ích kinh tế mà ngành chế biến thủy sản mang lại, thì vấn đề

ô nhiễm cũng đang tồn tại song song Nhằm đảm bảo mục tiêu phục vụ cho sự

phát triển của sự nghiệp kinh tế và bảo vệ sức khỏe cho cộng đồng cũng như

người lao động, thì các nhà máy chế biến thủy sản cần phải có biện pháp xử lý

nước thải một cách triệt để trước khi xả vào nguồn tiếp nhận

2.2 Quá trình sinh học yếm khí

Quá trình xử lý sinh học bằng vi sinh yếm khí là quá trình phân hủy các

chất hữu cơ, vô cơ trong nước thải với điều kiện không có oxy Các quy trình

xử lý bằng vi sinh yếm khí được áp dụng để xử lý ổn định cặn và xử lý nước

thải công nghiệp có nồng độ BOD, COD cao Trong những năm gần đây do

công nghệ sinh học phát triển, quy trình xử lý bằng vi sinh yếm khí được áp

dụng để xử lý nước thải sinh hoạt và nước thải công nghiệp có nồng độ BOD

cao Quy trình xử lý 2 bậc được áp dụng để xử lý nước thải có nồng độ BOD

lớn hơn 500mg/l Trong đó bậc 1 xử lý yếm khí, bậc 2 xử lý hiếu khí

Quá trình chuyển hóa các chất hữu cơ bằng vi sinh yếm khí trong nước

thải xảy ra theo ba bước:

- Bước 1: Một nhóm vi sinh vật tự nhiên có trong nước thải thủy phân

các hợp chất hữu cơ phức tạp và lipit thành các chất hữu cơ đơn giản có trọng

lượng nhẹ như Monosacarit, amino axit để tạo ra nguồn thức ăn và năng lượng

cho vi sinh hoạt động

- Bước 2: Nhóm vi khuẩn tạo men axit biến đổi các hợp chất hữu cơ đơn

giản thành axit hữu cơ thường là axit axetic, nhóm vi khuẩn yếm khí tạo axit

trong các tài liệu thoát nước gọi là nhóm axit focmơ

- Bước 3: Nhóm vi khuẩn tạo mêtan chuyển hóa hydro và axit axetic

thành khí mêtan và cacbonic Nhóm vi khuẩn này được gọi là mêtan focmơ,

chúng có rất nhiều trong dạ dày của động vật nhai lại (trâu ,bò…) Vai trò

quan trọng của nhóm vi khuẩn mêtan focmơ là tiêu thụ hydro và axit axetic,

chúng tăng trưởng rất chậm và quá trình xử lý yếm khí chất thải được thực

hiện khi khí mêtan và cacbonic thoát ra khỏi hỗn hợp (Trịnh Xuân Lai, 2000)

Cần phải duy trì trạng thái cân bằng động của quá trình xử lý yếm khí

theo ba bước trên Muốn vậy phải thực hiện theo đúng các điều kiện dưới đây:

- Không có ôxy

- Không có hàm lượng quá mức của kim loại nặng

- Giá trị pH của hỗn hợp từ 6,6 đến 7,6

- Phải duy trì độ kiềm đủ khoảng 1000 – 1500mg/l làm dung dịch đệm để

ngăn cản pH giảm xuống dưới 6,2

- Nhiệt độ của hỗn hợp (nước thải) từ 27 - 38oC

- Phải có đủ chất dinh dưỡng theo tỷ lệ COD:N:P = 350:5:1 và nồng độ

thấp của các kim loại

Hình 2.1: Cơ chế sinh hóa trong lên men yếm khí chất hữu cơ

2.3 Phân loại công trình

Dựa vào nguyên tắc hoạt động và cấu tạo của các công trình, các bể xử lý

kị khí, xử lý nước thải trên thực tế và lý thuyết để phân ra như sau:

Hình 2.2: Một số dạng quá trình kị khí đã được ứng dụng rộng rãi trong thực

tế

2.3.1 Quá trình lọc kị khí ngược dòng

Bể lọc kị khí là cột chứa đầy vật liệu rắn trơ là giá thể cố định cho vi

sinh vật kị khí sống bám trên bề mặt Giá thể này có thể là đá, sỏi, than, vòng

nhựa tổng hợp, tấm nhựa, vòng sứ

* Ưu điểm

Dòng nước thải phân bố đều, đi từ dưới lên, tiếp xúc với màng vi sinh

dính bám trên bề mặt giá thể Do khả năng bám dính tốt của màng vi sinh dẫn

đến lượng sinh khối trong bể tăng lên và thời gian lưu bùn kéo dài Có thể vận

hành ở tỉ trọng cao vì thời gian lưu nước nhỏ

* Nhược điểm

Bể lọc kị khí dùng giá thể bằng đá hoặc sỏi thường bị bít tắc do các chất

lơ lửng hoặc màng vi sinh không bám dính giữ lại ở khe rỗng giữa các viên đá

hoặc sỏi

Do trong bể lọc kị khí dòng chảy quanh co đồng thời do tích lũy sinh

khối có thể gây ra các vùng chết và dòng chảy ngắn Sau thời gian dài hoạt

động chất rắn không bám dính gia tăng trong bể

Hình 2.3: Sơ đồ làm việc của quá trình lọc kị khí ngược dòng

2.3.2 Quá trình kị khí tầng giá thể lơ lửng

Ở quá trình này, nước thải sẽ được bơm từ dưới lên đi qua lớp vật liệu

hạt, lớp vật liệu này làm giá thể cho vi sinh sống bám Lớp vật liệu này có

đường kính nhỏ, vì vậy tỉ lệ diện tích bề mặt/thể tích rất lớn (cát, than hoạt

tính hạt…) tạo sinh khối bám dính lớn

Dòng nước thải đi ra được tuần hoàn trở lại nhằm mục đích tạo vận tốc

nước đi lên đủ lớn để giúp cho lớp vật liệu hạt ở dạng lơ lửng, giãn nở khoảng

15 – 30% hoặc lớn hơn Hàm lượng sinh khối có thể lên đến 10.000 –

40.000mg/l

Vì lượng sinh khối lớn, thời gian lưu nước nhỏ, nên quá trình này thích

hợp cho xử lý nước thải có nồng độ chất hữu cơ thấp như nước thải sinh hoạt

(Lâm Minh Triết, 2008)

Hình 2.4: Sơ đồ làm việc của quá trình kị khí dính bám tầng giá thể lơ lửng

2.3.3 Quá trình kị khí bám dính xuôi dòng

Nước thải trong quá trình này sẽ chảy từ trên xuống đi qua lớp giá thể

module Nhiệm vụ của giá thể này là tạo nên các dòng chảy nhỏ tương đối

thẳng theo hướng từ trên xuống Dòng chảy nhỏ có đường kính xấp xỉ 4cm

Ưu điểm của cấu trúc này là có thể tránh được hiện tượng bít tắc và tích lũy

chất rắn không bám dính và thích hợp cho xử lý nước thải có hàm lượng SS

cao

Hình 2.5: Sơ đồ làm việc của quá trình lọc kị khí dính bám xuôi dòng

2.3.4 Quá trình phân hủy kị khí xáo trộn

Bể phân hủy kị khí xáo trộn hoàn toàn là loại bể xáo trộn liên tục, không

có tuần hoàn bùn Loại bể này thích hợp cho việc xử lý nước thải có hàm

lượng chất hữu cơ hòa tan dễ phân hủy nồng độ cao hoặc xử lý bùn hữu cơ

Các thiết bị dùng cho việc xáo trộn có thể dùng hệ thống cánh khuấy cơ khí

hoặc tuần hoàn khí biogas (đòi hỏi có máy nén khí biogas va dàn phân phối

khí nén) Trong quá trình phân hủy kị khí lượng sinh khối mới được sinh ra và

phân phối đều trong toàn bộ thể tích bể Hàm lượng chất lơ lửng ở dòng ra phụ

thuộc vào thành phần nước thải vào và yêu cầu xử lý (Lâm Minh Triết, 2008)

* Nhược điểm

Vì bể phân hủy kị khí xáo trộn hoàn toàn không có biện pháp nào để lưu

giữ sinh khối bùn, nên thời gian lưu sinh khối chính là thời gian lưu nước

Thời gian lưu bùn trong phân hủy kị khí thông thường từ 12 – 30 ngày Vậy

thể tích bể xáo trộn hoàn toàn đòi hỏi phải lớn hơn nhiều so với các công nghệ

xử lý kị khí khác

* Ưu điểm

Do hàm lượng sinh khối trong bể thấp và thời gian lưu nước lớn, nên bể kị

khí xáo trộn hoàn toàn có thể chịu đựng tốt trong trường hợp có độc tố hoặc

khi tải trọng tăng đột ngột Bể xáo trộn hoàn toàn có tải trọng đặc trưng là 0,5

– 6,0 kgVS/m3 (Lâm Minh Triết, 2008)

Hình 2.6: Sơ đồ làm việc của quá trình kị khí xáo trộn hoàn toàn

2.3.5 Quá trình tiếp xúc kị khí

Tương tự như hệ thống bùn hoạt tính hiếu khí, quá trình tiếp xúc kị khí

gồm hai gian đoạn: (1) phân hủy kị khí xáo trộn hoàn toàn; (2) lắng hoặc tuyển

nổi tách riêng phần cặn sinh học và nước thải sau xử lí Bùn sinh học sau khi

được tách ra sẽ tuần hoàn trở lại bể phân hủy kị khí

Hàm lượng vi sinh vật trong bể tiếp xúc kị khí dao động trong khoảng

4000 – 6000mg/l

Các hệ thống tiếp xúc kị khí có thể hoạt động tốt ở tải trọng hữu cơ từ

0,5- 10 kgCOD/m3/ngày với thời gian lưu nước từ 12 giờ đến 5 ngày

* Ưu điểm:

Lượng sinh khối trong quá trình này có thể kiểm soát được và không phụ

thuộc vào lưu lượng nước thải, vì vậy thời gian lưu bùn cũng có thể khống chế

được và không liên quan đến thời gian lưu nước Khi thiết kế cho quá trình

này ta có thể chọn thời gian lưu bùn thích hợp cho phát triển sinh khối, khi đó

có thể tăng được tải trọng và giảm thời gian lưu nước

* Nhược điểm:

Quá trình tiếp xúc kị khí sử dụng hệ thống lắng trọng lực phụ thuộc nhiều

vào tính chất bông bùn kị khí Các bọt khí biogas sinh ra trong quá trình phân

hủy kị khí thường dính bám vào các hạt bùn làm giảm tính lắng của bùn

Hình 2.7: Sơ đồ làm việc của quá trình tiếp xúc kị khí

2.3.6 Quá trình kị khí lớp bông bùn dòng chảy ngược (UASB)

UASB là bể xử lý sinh học kị khí dòng chảy ngược qua lớp bùn, phát

triển mạnh ở Hà Lan Trong bể UASB các chất bẩn hữu cơ trong nước thải

được giữ lại và bị oxy hóa trong điều kiện yếm khí ngay trong lớp bùn hoạt

tính kị khí ở vùng đáy bể Các chất khí tạo thành trong quá trình lên men trong

lớp bùn này sẽ nổi lên, cuốn theo các hạt bùn và được tách khỏi chúng khi va

phải tấm chắn khí phía trên Các hạt bùn được rơi trở lại tầng cặn Khí được

thu và dẫn ra ngoài về thùng chứa khí Nước thải sau khi lắng tách bùn cặn

được thu về máng nước trong phía trên và dẫn ra khỏi bể

* Ưu điểm:

Xử lý bằng phương pháp kị khí là phương pháp được ứng dụng để xử lý

các loại chất thải có hàm lượng hữu cơ tương đối cao, thời gian lưu nước trong

bể ngắn, khả năng phân hủy sinh học tốt, nhu cầu năng lượng phục vụ vận

hành bể thấp và sản sinh năng lượng mới Ngoài ra bể UASB có cấu tạo không

phức tạp, không yêu cầu có giá thể sinh vật

* Nhược điểm:

Khó kiểm soát trạng thái và kích thước các hạt bùn cặn, trạng thái tầng

bùn hoạt tính kị khí không ổn định khi điều kiện môi trường thay đổi

* Điều kiện vận hành:

Vì quá trình phân hủy kị khí dưới tác dụng của bùn hoạt tính là quá trình

sinh học phức tạp trong môi trường không có oxi, nên bùn nuôi cấy ban đầu

phải có độ hoạt tính mêtan Độ hoạt tính mêtan càng cao thì thời gian khởi

động (thời gian vận hành ban đầu đạt đến tải trọng thiết kế) càng ngắn

Trước khi vận hành bể UASB cần phải xem xét thành phần tính chất nước

thải cần xử lý cụ thể

¾ Hàm lượng chất hữu cơ

Khi COD nhỏ hơn 100 mg/l, xử lý nước thải bằng UASB không thích

hợp Khi COD lớn hơn 50.000mg/l cần pha loãng nước thải hoặc tuần hoàn

nước đầu ra

¾ Hàm lượng cặn lơ lửng

UASB không thích hợp đối với nước thải có hàm lượng SS lớn Khi nồng

độ cặn lơ lửng lớn hơn 3000 mg/l, cặn này khó có thể phân hủy sinh học được

trong thời gian lưu nước ngắn và sẽ tích lũy dần trong bể, gây trở ngại cho quá

trình phân hủy nước thải Tuy nhiên, nếu lượng cặn này bị cuốn trôi ra khỏi bể

thì không có trở ngại gì Cặn lơ lửng sẽ lưu lại trong bể hay không tùy thuộc

vào kích thước hạt cặn và hạt bùn nuôi cấy Khi kích thước của hai loại cặn

này gần như nhau, cặn lơ lửng sẽ tích lại trong bể Khi sử dụng bùn hạt, cặn lơ

lửng sẽ dễ dàng bị cuốn trôi ra khỏi bể Đôi khi, lượng cặn lơ lửng này có thể

bị phân hủy trong bể Lúc đó, cần biết tốc độ phân hủy của chúng để tính thời

gian lưu cặn trong bể (Lâm Minh Triết, 2008)

¾ Khả năng phân hủy sinh học của nước thải

Cần phải tiến hành định lượng COD trước trong mô hình tĩnh và theo dõi

sản lượng khí mêtan sinh ra hoặc lượng COD còn lại trong thời gian dài (40

ngày) Khi đó có thể đánh giá được khả năng phân hủy sinh học của nước thải

¾Tính đệm

Xác định tính đệm của nước thải bằng cách thêm một lượng axit acetic

vào 1 lít nước thải thô

Lượng axit acetic thêm vào tương đương với 1g COD/l hoặc 40% hàm

lượng COD nước thải thô khi hàm lượng COD nước thải thô nhỏ hơn 2,5g/l

Khi pH của nước thải sau khi thêm axit acetic lớn hơn hoặc bằng 6,5 có

thể kết luận nước thải có tính đệm tốt

¾ Chất dinh dưỡng

Nhu cầu dinh dưỡng cho sự sinh trưởng của vi khuẩn kị khí thường thấp

hơn so với vi khuẩn hiếu khí nhưng không thể thiếu

Nồng độ N, P và S được tính theo biểu thức ( COD/Y): N: P: S = (50/Y):

5: 1: 1 ( trong đó Y là hệ số sản lượng trung bình phụ thuộc vào nước thải)

- Nước thải không dễ axit hóa có Y = 0,15

- Nước thải dễ axit hóa có Y = 0,03

¾ Hàm lượng chất độc

UASB không thích hợp với nước thải có hàm lượng amonia lớn hơn 2.000

mg/l hoặc nước thải có hàm lượng sunphate vượt quá 500 mg/l (tỉ số

COD/SO42- ≤ 5) (Lâm Minh Triết, 2008)

Hình 2.8: Sơ đồ làm việc của quá trình kị khí lớp bông bùn dòng chảy ngược

(UASB)

Chương 3 PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

3.1 Đối tượng nghiên cứu

Nghiên cứu ảnh hưởng của pH lên hiệu quả xử lý nước thải thủy sản Việt

An bằng mô hình UASB(Upward-flow Anaerobic Sludge Blanket)

3.2 Thời gian nghiên cứu

Từ ngày 08/01/2011 đến ngày 08/04/2011

3.3 Mục tiêu nghiên cứu

Đánh giá hiệu quả xử lý các thông số COD, BOD5, SS, PO43-, NH4+, trong

nước thải thủy sản bằng mô hình bể UASB (Upward-flow Anaerobic Sludge

Blanket) và xác định nồng độ pH tối ưu của nước thải để xử lý tốt các thông

số: COD, BOD5, SS, PO43-, NH4+

3.4 Nội dung nghiên cứu

- Thu thập dữ liệu để tính toán các thông số thiết kế của bể

- Chuẩn bị vật liệu

- Đi lấy mẫu nước thải và bùn vi sinh

- Phân tích nước thải đầu vào và bùn vi sinh

- Xây dựng mô hình

- Chạy mô hình

- Phân tích nước thải đầu ra

- Phân tích số liệu của các thông số COD, BOD5, SS, CH4, CO2, PO43-,

NH4+

- Tổng hợp và xử lý số liệu

- Viết báo cáo

3.5 Phương tiện và vật liệu nghiên cứu

- Máy vi tính, máy in, máy đo các chỉ tiêu của nước thải

- Phần mềm Word, Excel, Autocad

- Sách và các tài liệu tham khảo có liên quan

- Beca trong

- Thùng nhựa, can nhựa chứa nước thải

- Ống nhựa dẫn nước

- Máy bơm

- Nước thải thủy sản ( 40 lít/ ngày.đêm = 0,04 m3/ngày.đêm)

- Bùn vi sinh

- Hóa chất: H2SO4, NaOH, KOH, K2Cr2O7, FAS, Ferroin

3.6 Phương pháp nghiên cứu

3.6.1 Thu mẫu

Vị trí thu mẫu nước thải được lấy sau bể tuyển nổi của hệ thống xử lý

nước thải của công ty Việt An

Nước thải được lấy lúc 10 giờ, mỗi lần lấy 160 lít

Dùng ca hứng nước thải dưới ống xả nước từ bể tuyển nổi sang bể sinh

học và đổ vào can nhựa 30 lít đã được tráng nước thải từ trước Nước thải đem

về trữ lạnh ở 4oC và phân tích các chỉ tiêu trong phòng thí nghiệm của trường

Đại học An Giang, Khoa Kỹ thuật – Công Nghệ – Môi Trường

Bùn kỵ khí được lấy bằng bùn đáy ao nuôi thủy sản ở phường Bình

Khánh – TP Long Xuyên – An Giang

3.6.2 Các bước thực hiện thí nghiệm

Phương pháp mô hình được thực hiện qua các bước sau:

* Bước 1: Xác định thành phần nước thải đầu vào bao gồm các chỉ tiêu: pH,

SS, COD, BOD5, NH4+, PO43-

* Bước 2: Thiết kế mô hình

a Xác định kích thước bể

- Lượng COD cần khử: COD = CODv - CODr

- Lượng COD cần khử trong ngày (G): G = Q × COD

- Chọn tải trọng xử lý trong bể UASB : L = 3 kg COD/m3ngày (với L:

Tải trọng COD (kgCOD/m3.ngày))

- Thể tích phần xử lý yếm khí cần thiết (Vykhi): Vykhi =

3

G L

G =

Chọn v =0,06m/h (với v là tốc độ nước dâng lên trong bể)

- Diện tích bề mặt cần thiết của bể (F): F =

v Q

- Chiều cao phần xử lý yếm khí: H1 =

Nước thải khi đi vào ngăn lắng sẽ được tách khí bằng các tấm tách khí

đặt nghiêng so với phương ngang một góc 45o- 60º Chọn góc nghiêng giữa

tấm chắn khí với phương ngang là 60º các tấm này đặt song song nhau.Tổng

chiều cao toàn bộ ngăn lắng H nglang(kể cả chiều cao vùng lắng) và chiều cao

dự trữ chiếm trên 30% chiều cao bể

c Tính toán khe hở giữa các tấm chắn khí và tấm hướng dòng

Chọn khe hở giữa các tấm chắn khí và giữa tấm chắn khí với tấm

hướng dòng là như nhau

Tổng diện tích giữa các khe hở này chiếm 15-20% tổng diện tích bể

- Chiều rộng: b1 = (Hnglang – H2)/sin60o

- Chiều cao: γ1= b1 x sin60o

)()( + 3 − 1+γ1

* Tấm hướng dòng

Tấm hướng dòng cũng được đặt nghiêng một góc 60o so với phương

ngang cách tấm chắn khí 7,5mm Khoảng cách giữa hai tấm chắn khí là R =4X

Tấm hướng dòng có chức năng chặn bùn đi lên phần xử lý yếm khí lên

phần lắng nên độ rộng đáy D giữa tấm hướng dòng phải lớn hơn R

Chọn đoạn nhô ra của tấm hướng dòng nằm bên dưới khe hở, mỗi bên

nhô ra 7,5mm

e Tính toán hệ thống phân phối nước

Chọn 0,025m2 cho một vị trí phân phối nước

Số vị trí phân phối nước trong mỗi đơn nguyên: n =

025,0

F

* Bước 3: Chuẩn bị vật liệu

Chuẩn bị nước thải

Nước thải được lấy vào lúc 10 giờ (lấy vào thời điểm này đến khi kết

thúc thí nghiệm) đem về phòng thí nghiệm khoa Kỹ Thuật – Công Nghệ - Môi

Trường Lưu lượng nước thải được lấy theo nội dung các thí nghiệm, nước

thải đem về phòng thí nghiệm phân tích các thông số như: pH, SS, COD,

BOD5, NH4+, PO43-

Chuẩn bị bùn vi sinh

Bùn kỵ khí được lấy bằng bùn đáy ao nuôi thủy sản Bùn sau khi lấy về

được sàn lọc để loại bỏ các tạp chất như đá, rác, lá cây trước khi đưa vào mô

hình, chỉ số SS = 36125 mg/l, TS = 9%

TS

V C

14

36125× =

(1lít bùn ≈1,5kg => 5,6kg ≈3,7 lít bùn)

Trong đó: C ss: Hàm lượng bùn trong bể, kg/m3

: Thể tích ngăn phản ứng V r

TS: Hàm lượng chất rắn trong bùn nuôi cấy ban đầu

Hình 3.1: Bùn kỵ khí Chuẩn bị vật liệu thiết kế

- Beca trong

- Can nhựa, thùng nhựa, bình nhựa chứa khí

- Dây nước biển dùng để dẫn khí, ống nhựa dẫn nước

- Máy bơm định lượng

* Bước 4: Cách tiến hành thí nghiệm:

Cho bùn kỵ khí và nước thải vào đầy bể để lắng 1 ngày, sau khi lắng chiều

cao lớp bùn đo được 9,5 cm, sau đó mở ống nước ở đầu ra cho nước tự chảy

đến ngang mặt ống để đảm bảo không có oxi trong bể

Chạy mô hình cho bùn thích nghi khoảng 10 ngày chạy liên tục với nước

thải có giá trị pH từ 6,5 – 8 (nước thải thủy sản không thay đổi pH)

Sau thời gian chạy mô hình cho bùn thích nghi thì tiến hành thay đổi giá

trị pH của nước thải, mỗi lần thay đổi giá trị pH sẽ tiến hành chạy thích nghi

với giá trị đó 2 ngày mới lấy mẫu phân tích

- Thí nghiệm 1: pH = 5, phân tích nước thải đầu vào khi mới đem, mỗi

ngày lấy 40 lít chạy mô hình, phần nước thải còn lại đem trữ lạnh Sau đó theo

dõi nước thải đầu ra trong 4 ngày, mỗi ngày lấy mẫu 1 lần để phân tích các chỉ

tiêu: SS, COD, BOD5, NH4+, PO4

- Thí nghiệm 2: pH = 7, phân tích nước thải đầu vào khi mới đem, mỗi

ngày lấy 40 lít chạy mô hình, phần nước thải còn lại đem trữ lạnh Sau đó theo

dõi nước thải đầu ra trong 4 ngày, mỗi ngày lấy mẫu 1 lần để phân tích các chỉ

tiêu: SS, COD, BOD5, NH4+, PO4

- Thí nghiệm 3: pH = 9, phân tích nước thải đầu vào khi mới đem, mỗi

ngày lấy 40 lít chạy mô hình, phần nước thải còn lại đem trữ lạnh Sau đó theo

dõi nước thải đầu ra trong 4 ngày, mỗi ngày lấy mẫu 1 lần để phân tích các chỉ

tiêu: SS, COD, BOD5, NH4+, PO4

3-* Bước 5:

Sau khi kết thúc thí nghiệm, thu mẫu khí để xác định thông số khí CO2, CH4

3.6.3 Phân tích các thông số

Bảng 3.1 : Phương pháp phân tích các thông số

STT Thông số Đơn vị Phương pháp phân tích

2 SS mg/l Lọc qua giấy lọc cỡ lỗ 0,45 μm

3 COD mg/l Phương pháp Closed Reflux (đun kín bằng

Bicrommat Kali)

4 BOD5 mg/l Phương pháp oxy hóa ướt

5 NH4+ mg/l Xác định bằng phương pháp Indophenol blue

6 PO43- mg/l Xác định bằng phương pháp molibden blue

3.6.4 Phương pháp xử lý số liệu

- Phương pháp so sánh hiệu suất xử lý của các thí nghiệm với nhau và

tìm ra giá trị pH thích hợp để xử lý tối ưu các thông số: SS, COD, BOD5,

NH4+, PO4

- Dùng phần mềm hỗ trợ: Word, Excel để tổng hợp và phân tích số liệu

và vẽ đồ thị

Chương 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

4.1 Xác định tính chất nước thải của công ty cổ phần Việt An

Nước thải thủy sản được lấy sau bể tuyển nổi của hệ thống xử lý nước

thải của công ty CP Việt An và phân tích các chỉ tiêu trong phòng thí nghiệm

4.1.1 Thành phần và tính chất nước thải:

Bảng 4.1: Thành phần tính chất của nước thải làm cơ sở để thiết kế mô hình

STT Chỉ tiêu Đơn vị Giá trị

- Hàm lượng COD của nước thải thủy sản: 760 mg/l

- Lưu lượng nước thải là 40 lít/ngày.đêm = 0,04 m3/ngày.đêm

- Lấy hiệu suất khử COD là 60%, được chọn trong khoảng trung bình (43

÷ 78% ) (Lâm Minh Triết, 2008)

ECOD = − × 100 = 60 %

v

r v

COD

COD COD

CODr= COD v −0,6COD v =760−456=304mg/l

- Lượng COD cần khử: COD = CODv - CODr = 760 - 304 =456 mg/l

- Lượng COD cần khử trong ngày: G = Q × COD = 0,04×456×10-3 =

0,018 kg/ngày

- Chọn tải trọng xử lý trong bể UASB: L = 3 kg COD/m3ngày (với L: Tải

trọng COD (kgCOD/m3.ngày))

Chọn v =0,06m/h (với v là tốc độ nước dâng lên trong bể)

- Diện tích bề mặt cần thiết của bể (F):

F = 0,03

06,024

04,

10 75 ,

Nước thải khi đi vào ngăn lắng sẽ được tách khí bằng các tấm tách khí đặt

nghiêng so với phương ngang một góc 45o- 60º Chọn góc nghiêng giữa tấm

chắn khí với phương ngang là 60º các tấm này đặt song song nhau.Tổng chiều

cao toàn bộ ngăn lắng H nglang(kể cả chiều cao vùng lắng) và chiều cao dự trữ

chiếm trên 30% chiều cao bể