nghiên cứu mô hình xử lý nước thải sinh hoạt khu dân cư Tân Quy Đông - quận 7 bằng bùn hoạt tính và lọc sinh học có vật liệu bám dính ngập trong nước

trình bày nghiên cứu mô hình xử lý nước thải sinh hoạt khu dân cư Tân Quy Đông - quận 7 bằng bùn hoạt tính và lọc sinh học có vật liệu bám dính ngập trong nước

Trang 1

Chương 4: NGHIÊN CỨU MÔ HÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI SINH HOẠT KHU DÂN CƯ TÂN QUY ĐÔNG – QUẬN 7 BẰNG BÙN HOẠT TÍNH VÀ LỌC SINH HỌC CÓ VẬT LIỆU

BÁM DÍNH NGẬP TRONG NƯỚC

4.1 MÔ HÌNH BÙN HOẠT TÍNH

4.1.1 Mục đích

- Tìm hiểu phương pháp xử lý nước thải bằng bùn hoạt tính như thế nào?

- Xác định hiệu suất cao nhất của quá trình xử lý nước thải

- Tìm hiểu cách xác định thông số động học

4.1.2 Mô tả mô hình

Hình 4.1: Mô hình bùn hoạt tính

- Nguyên lý chung của quá trình bùn hoạt tính (oxy hoá sinh hoá hiếukhí với sự tham gia của bùn hoạt tính)

- Hình dạng và kích thước mô hình để xác định các thông số động họccho quá trình bùn hoạt tính (activated sludge) được thể hiện ở hình vẽ

MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM BÙN HOẠT TÍNH

Trang 2

- Mô hình bằng kính tấm có thể tích nước hữu ích 10 lít tương ứng vớichiều cao lớp nước 0.3m Khí đưa vào nước bằng máy nén khí SHARKW, vàđược khuếch tán qua cục đá bọt dài 20cm.

4.1.3 Phương pháp thực hiện

1 Thí nghiệm 1: Xác định các thông số bùn:

- Lấy thể tích V1 (bùn), sấy ở 1050C và xác định mSS

- Tiếp tục sấy ở 5500C, xác định VS

- Nồng độ bùn xác định:

m SS

1

2 Thí nghiệm 2: Chạy giai đoạn thích nghi:

- Bùn nuôi cấy ban đầu cho vào mô hình với hàm lượng SS vàokhoảng 2000 mg/l

- Thể tích bể chứa là V(lít), muốn hàm lượng bùn trong V (lít) nướcthải là 2000 mg/l (C) thì thể tích bùn cần lấy là :

b b

C

C V

V  .

- Đo COD nước thải đầu vào = a (mg/l)

- Chọn thời gian chạy 1 ngày  tải lượng COD: a.10-3 kg/m3.ngày

- Giai đoạn thích nghi được kết quả cho vào bảng sau(dừng thí nghiệmkhi COD tương đối ổn định)

- Vẽ đồ thị biểi diễn hiệu quả khử COD theo thời gian đối với thínghiệm thích nghi và nhận xét

3 Thí nghiệm 3: Giai đoạn tăng tải trọng

- Cuối giai đoạn thích nghi, xác định các thông số COD sau 24 giờ,MLSS, pH Đánh dấu mức bùn lắng sau 30 (mức bùn lắng này ứng với SSkhoảng 2000 mg/l) Xác định khả năng lắng của bùn bằng chỉ tiêu SVI

Trang 3

Cách xác định SVI:

+ Lấy 1 lít mẫu được lấy từ bình phản ứng (sau khi thích nghi bùn)+ Khả năng lắng của bùn được đo bằng cách đổ hỗn hợp đến vạch 1lít, để lắng trong 30 phút, sau đó được thể tích bị chiếm bởi bùn lắng

+ SS được xác định bằng cách lọc, sấy khô và cân trọng lượng

+ SVI là thể tích bằng ml bị chiếm giữ bởi 1 gam bùn hoạt tính saukhi để lắng 30 phút hỗn hợp trong bể phản ứng, được tính:

) / (

1000

l mg SS

- Tăng tải trọng COD ứng với thời gian là 24h, 12h, 8h, 6h, 4h, 2h

- Ở mỗi tải trọng xác định COD, pH, SS

- Khi hiệu quả COD ở tải trọng nào đó ổn định trong thời gian tốithiểu 3 ngày, tiếp tục tăng tải cao hơn Quá trình tăng tải kết thúc khi hiệuquả COD giảm Lúc đó hiện tượng quá tải xảy ra

- Lập bảng số liệu mô hình tĩnh sắp xếp theo thời gian lưu nước tăngdần và vẽ đồ thị biểu diễn mô hình tĩnh sắp xếp theo thời gian lưu nước tăngdần và nhận xét

- Lập bảng số liệu mô hình tĩnh sắp xếp theo tải trọng tăng dần , vẽ sơđồ theo tải trọng tăng dần và nhận xét

4 Thí nghiệm 4: Chạy mô hình động và xác định các thông số động học:

- Chạy tải trọng động ứng với thời gian lưu nước(24h): lập bảng sốliệu, vẽ đồ thị quan hệ thời gian và hiệu quả khử COD, COD vào và ra

- Chạy tải trọng động ứng với thời gian lưu nước(12h): lập bảng sốliệu, vẽ đồ thị quan hệ thời gian và hiệu quả khử COD, COD vào và ra

- Chạy tải trọng động ứng với thời gian lưu nước(8h): lập bảng số liệu,vẽ đồ thị quan hệ thời gian và hiệu quả khử COD, COD vào và ra

Trang 4

4.1.4 Kết quả chạy mô hình thí nghiệm bùn hoạt tính

4.1.4.1 Giai đoạn chạy thích nghi

Ngày Thời gian

(h)

Tải trọng(kgCOD/m3.ngd)

CODtrước xử lý (mg/l)

CODsau xử lý(mg/l)

Hiệusuất (%)

MLSS(mg/l)

Hình 4.2: Biểu đồ biểu diễn hiệu quả xử lý COD giai đoạn thích nghi

Biểu đồ biểu diễn hàm lượng MLSS (24h)

0 500 1000

Trang 5

Chỉ số SVI: Vbùn lắng = 70 ml, SS =0.039 g

=> SVI = (V*1000/SS) = 70 / 0.039 = 1794.87 ml/g

4.1.4.2 Giai đoạn chạy tĩnh

a T i tr ải trọ ọng 24 h

Ngày Thời gian

(h) (kgCOD/mTải trọng3.ngđ) COD

trước xử lý (mg/l) COD

sau xử lý(mg/l) suất (%)Hiệu MLSS(mg/l)

Bảng 4.2: Số liệu mô hình bùn hoạt tính giai đoạn chạy tĩnh tải trọng 24 giờ

Đồ thị biểu diễn hiệu quả khử COD (24h)

Hình 4.5: Biểu đồ biểu diễn MLSS giai đoạn chạy tĩnh tải trọng 24 giờ

Chỉ số SVI : Vbùn lắng = 40 ml, SS = 0.0214 g => SVI = 1869.15 ml/g

b T i tr ải trọ ọng 12h

Trang 6

Ngày Thời

gian (h)

Tải trọng(kgCOD/m3.ngđ)

CODtrước xử lý(mg/l)

Hiệusuất (%)

MLSS(mg/l)

Chỉ số SVI : Vbùn lắng = 50 ml, SS = 0.0365 g  SVI = 1369.86 ml/g

c T i tr ng 6h ải trọ ọ

Ngày Thời

gian (h)

Hiệusuất (%)

MLSS(mg/l)

Trang 7

Hình 4.8: Biểu đồ biểu diễn hiệu quả xử lý COD giai đoạn chạy tĩnh tải trọng 6 giờ

0 1000

Chỉ số SVI : Vbùn lắng = 45 ml, SS = 0.02431 g =>SVI = 1851.09 ml/g

Trang 8

d T i tr ải trọ ọng 4h

Ngày Thời gian

(h)

CODtrước xử lý (mg/l)

Hiệusuất (%)

MLSS(mg/l)1

0 50

Trang 9

Hình 4.12: Biểu đồ biểu diễn hiệu quả xử lý COD giai đoạn chạy tĩnh tải trọng 2 giờ

0 500

4.1.4.3 Giai đoạn chạy động

a T i tr ải trọ ọng 24

Ngày Thời

gian (h)

Hiệusuất (%)

MLSS(mg/l)

Trang 10

2 24 0.341 341 222 34.89 620

Bảng 4.7: Số liệu mô hình bùn hoạt tính giai đoạn chạy động tải trọng 24 giờ

0 50

Hình 4.15: Biểu đồ biểu diễn MLSS giai đoạn chạy động tải trọng 24 giờ

Chỉ số SVI : Vbùn lắng = 60 ml, SS = 0.0328 g =>SVI =1829.26 ml/g

Trang 11

b T i tr ải trọ ọng 12 h

Ngày Thời

gian (h)

Hiệusuất (%)

MLSS(mg/l)

0 50 100

Chỉ số SVI: Vbùn lắng = 65 ml, SS = 0.0322 g => SVI = 2018.63 ml/g

c T i tr ải trọ ọng 6 h

Ngày Thời Tải trọng CODtrước xử CODsau xử lý Hiệu suất MLSS

Trang 12

gian (h) (kgCOD/m3.ngđ) lý (mg/l) (mg/l) (%) (mg/l)

Biểu đồ biểu diễn hiệu quả khử COD (6h)

4.1.5 Xác định các hệ số động học:

Các hệ số động học của quá trình sinh học hiếu khí bao gồm hằng sốbán vận tốc Ks, tốc độ sử dụng cơ chất tối đa K, tốc độ sinh trưởng vùng tối đa

Trang 13

m, hệ số sản lượng tối đa Y và hệ số phân huỷ nội bào Kd Các thông số nàyđược xác định theo 2 phương trình sau:

d c

s

K X

S S Y

K S K

K S S X

.(

[ 1

1 1

* )

(

0 0



Trong đó: X: Hàm lượng bùn hoạt tính MLSS, mg/l (SS)

: Thời gian lưu nước, ngày

b: Thời gian lưu bùn, ngày (b = Tb)

S0: Hàm lượng COD ban đầu (mg/l)S: Hàm lượng COD ở thời gian lưu nước Dựa vào số liệu thí nghiệm bằng phương pháp hồi quy tuyến tính, xácđịnh mối quan hệ bậc nhất (y= ax + b) giữa các thông số động học trên quaviệc tìm hệ số a và b của đường thẳng y= ax + b

Lập bảng chọn lựa như sau: Cột S:

- Lấy từ lúc bắt đầu chạy với t = 1 ngày đến khi COD bắt đầu giảm(chạy động)

- Lấy tiếp giá trị khi chạy với t = 0,5 ngày ở COD max

- Lấy tiếp giá trị ở thời điểm chạy tĩnh (tăng tải trọng) với t = 24(h), t

Trang 14

Bảng 4.10: Các thông số xác định hệ số động học mô hình bùn hoạt tính

Vẽ đường thẳng hồi quy tuyến tính quan hệ giữa thông số U = (S0 - S)/(.X) và 1/Tb

Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữ (So - S)/X.Tb & 1/Tb

Hình 4.20: Biểu đồ biểu diễn mối quan hệ giữa (So-S)/X.Tb và 1/Tb

Từ đó ta có dạng: y = 0.2571x + 0.5429

 Kd = 0.5429

- Vẽ đường thẳng hồi quy tuyến tính quan hệ giữa 1/U = X/ (S0 – S)và 1/S

Trang 15

Đồ thị biểu diễn quan hệ giữa 1/S & 1/U

257 0 8929 3 1 1 1

K a K a K K

b K K b

- Xác định hiệu suất cao nhất của quá trình xử lý nước thải

- Tìm hiểu cách xác định thông số động học

4.2.2 Mô tả mô hình

Trang 16

Hình 4.22: Mô hình bám dính

4.2.3 Phương pháp thực hiện

- Vận hành khởi động mô hình thí nghiệm với nước thải sinh hoạt khudân cư Tân Quy Đông – Quân 7 Chạy thích nghi để tạo ra lớp màng vi sinhvật trên bề mặt vật liệu lọc (giá thể dính bám)

- Sau giai đoạn chạy thích nghi (6 ngày), một lớp màng vi sinh vậtđược tạo thành trên bề mặt vật liệu lọc Chọn 3 vị trí van 1, van 2, van 3 ứngvới tải trọng thể tích bề mặt khác nhau để tiến hành thí nghiệm nghiên cứu.Lần lượt vận hành bể lọc với từng tải trọng khác nhau đến khi bể lọc đạt trạngthái ổn định Trạng thái ổn định là trạng thái mà ở đó nồng độ cơ chất trongnước thải sau xử lý (COD, BOD, …) không thay đổi theo thời gian

- Mẫu nước thải được lấy tại 3 vị trí dọc theo chiều cao lớp vật liệulọc Các chỉ tiêu phân tích là: pH, SS, COD theo dõi sự thay đổi cho đế khi đạtđược kết quả thích hợp

- Vẽ các đường biểu diễn hiệu quả xử lý COD, SS theo từng tải trọngkhác nhau và theo chiều cao của lớp vật liệu lọc (mức 1, mức 2, mức 3)

- Xác định các thông số động học của quá trình sinh học bám dính của

bể lọc sinh học

4.2.4 Kết quả thí nghiệm chạy mô hình dính bám

Thùng chứa nước thải đầu ra

Ống xả đáy

Sục khí

Bơm nước thải

Vật liệu bám dính

Van xả

Thùng chứa nước thải

Gía đỡ mô hình 0.2m

0.15m m

0.8 m

0.15m m

Trang 17

4.2.4.1. Giai đoạn chạïy thích nghi

Ngày Thời

gian

(h)

Tải trọng (kgCOD/m 3 ngđ)

Bảng 4.11: Số liệu mô hình bám dính giai đoạn thích nghi

Biểu đồ biểu diễn hiệu quả khử COD M1 (24h)

0 50

Hình 4.23: Biểu đồ biểu diễn hiệu quả xử lý COD giai đoạn thích nghi M1

0 50

Trang 18

0 50

Hình 4.25: Biểu đồ biểu diễn hiệu quả xử lý COD giai đoạn thích nghi M3

0 200

Hình 4.26: Biểu đồ biểu diễn MLSS giai đoạn thích nghi

4.2.4.2 Giai đoạn chạïy tĩnh

a Tải trọng 24h

Ngày Thời

gian (h)

Tải trọng (kgCOD/m 3 ng đ)

Trang 19

Bảng 4.12: Số liệu mô hình bám dính giai đoạn chạy tĩnh tải trọng 24 giờ

Hình 4.27: Biểu đồ biểu diễn hiệu quả xử lý COD giai đoạn chạy tĩnh M1

tải trọng 24 giờ

Trang 20

0 100

Trang 21

0 50

Trang 22

0 50

Trang 23

0 50 100

0 50

Trang 24

Trang 25

COD vào

(mg/l)

Trang 26

0 50 100 150 200 250 300

Trang 27

0 50 100 150 200 250

0 50 100

4.2.4.3 Giai đoạn chạy động

a T i tr ải trọ ọng 24 h

Ngày Thời

gian (h)

CODtrước xử lý

(mg/l)

CODsau xử lý

(mg/l)

Hiệu suất(%)

MLSS(mg/l)

Trang 28

(mg/l)

CODsau xử lý

(mg/l)

Hiệu suất(%)

MLSS(mg/l)

Trang 29

(mg/l)

CODsau xử lý

(mg/l)

Hiệu suất(%)

MLSS(mg/l)

Trang 30

Hình 4.51: Biểu đồ biểu diễn hiệu quả xử lý COD giai đoạn chạy động

0 50 100

4.2.5 Xác định các hệ số động học:

Xác định các thông số động học K và n trong công thức củaEckenfelder

Công thức Eckenfelder:

KD Q n

e e S

Q : Tải trọng thuỷ lực bề mặtK: Hằng số tốc độ phản ứngn: Độ dốc của đướng thẳng hồi quy

Trang 31

D: Chiều cao lấy mẫuĐể tìm số mũ n và hằng số tốc độ phản ứng K, lấy logarit cơ số e cả haivế phương trình trên:

D Q

K S

S

n L

theo D ứng với mỗi QL

Chiều cao D (m) Se/So (%) QL (m3/m2/ngày)

Bảng 4.20: Số liệu xác định các thông số động học của bể lọc sinh học

Biểu đồ biểu diễn của Se/So theo D

D (m) Se/So (%) Ql (m3/m2/ngày)

Hình 4.53: Biểu đồ biểu diễn Se/So theo D

Trang 32

Hệ số gốc s của các đường thẳng trên bằng D

Bảng 4.21: Kết quả tính toán độ dốc s

Vẽ đường biểu diễn của các giá trị s trên trục tung theo các giá trị QLtương ứng trên trục hoành Sử dụng phương pháp phân tích hồi quy tuyến tínhsẽ xác định được độ dốc n của đường hồi quy

5 0 ln 5 1 ln

086 0 ln 12 0 ln

Bảng 4.22: Kết quả tính toán các đại lượng đặc trưng

Hệ số gốc K của đường thẳng hồi quy tuyến tính:

8 1 6 0

24 37 ln 47 64 ln

Trang 33

335exp 0.4570.750.50 33  = 40 mg/l

Tiêu đề	Nghiên cứu mô hình xử lý nước thải sinh hoạt khu dân cư Tân Quy Đông - quận 7 bằng bùn hoạt tính và lọc sinh học có vật liệu bám dính ngập trong nước
Tác giả	Nguyễn Công Hanh
Người hướng dẫn	Th.s Lâm Vĩnh Sơn
Chuyên ngành	Xử lý nước thải
Thể loại	Khóa luận tốt nghiệp

Định dạng
Số trang	33
Dung lượng	1,01 MB