báo cáo thực hành xử lý chất thải

Quá trình hoà tan sẽ tạo các hạt polime Al13, với điện tích vượt trội 7+, các hạt polime này trung hoà điện tích hạt keo và gây keo tụ rất mạnh, ngoài ra tốc độ thuỷ phân của chúng cũng

Bài 1: LẮNG - LẮNG KEO TỤ BẰNG PAC

1 Mục đích:

- Xác định hàm lượng SS của mẫu nước thải sau khi lắng keo tụ bằng phèn PAC so với không dùng chất keo tụ PAC Từ đó xác định liều lượng phèn (PAC) tối ưu của quá trình keo tụ

2 Cơ sở lý thuyết:

Cơ chế của quá trình keo tụ: Đối với hệ phân tán có diện tích bề mặt riêng lớn (các

hạt luôn có xu hướng co cụm lại tạo hạt lớn hơn để giảm năng lượng bề mặt Về nguyên tắc do độ phân tán lớn, diện tích bề mặt riêng lớn, hạt keo có xu thế hút nhau nhờ các lực

bề mặt Mặt khác, do các hạt keo cùng loại nên các hạt keo luôn tích điện cùng dấu (đặc trưng bởi thế zeta) nên các hạt keo tụ luôn đẩy nhau bởi lực đẩy tĩnh điện giữa các hạt cùng dấu theo định luật Culong, xu hướng này làm hạt keo không thể hút nhau để tạo hạt lớn hơn và lắng càng xuống nhờ trọng lực như những hạt không tích điện Hiện tượng các hạt keo cùng loại có thể hút nhau tạo thành những tập hợp hạt có kích thước và khối lượng đủ lớn để có thể lắng xuống do trọng lực trong thời gian đủ ngắn được gọi là hiện tượng keo tụ Các hoá chất gây keo tụ thường là các loại muối vô cơ và được gọi là chất keo tụ Trong thí nghiệm này ta sử dụng hóa chất là PAC

PAC tồn tại dưới dạng polime vô cơ là poli nhôm clorua (polime aluminium chloride), thường viết tắt là PAC (hoặc PACl) PAC có công thức tổng quát

là [Al2(OH)nCl6.nxH2O]m Quá trình hoà tan sẽ tạo các hạt polime Al13, với điện tích vượt trội (7+), các hạt polime này trung hoà điện tích hạt keo và gây keo tụ rất mạnh, ngoài ra tốc độ thuỷ phân của chúng cũng chậm hơn Al3+ rất nhiều, điều này tăng thời gian tồn tại của chúng trong nước nghĩa là tăng khả năng tác dụng của chúng lên các hạt keo cần xử

lí, giảm thiểu chi phí hoá chất Kích thước hạt polime lớn nên bông cặn hình thành cũng

to và chắc hơn khi sử dụng phèn nhôm, thuận lợi cho quá trình lắng tiếp theo

 Yếu tố ảnh hưởng đến quá trình keo tụ:

- pH: Giá trị pH tối ưu nằm trong khoảng 6,5-7

- Nhiệt độ: Nhiệt độ nước tốt nhất là: 25 – 30°C

- Hàm lượng cặn có trong nước thải

- Hàm lượng chất keo tụ cho vào

- Tốc độ khuấy.

- Chất cản trở trong nước

- Nồng độ hóa chất keo tụ

3 Dụng cụ, thiết bị và hóa chất:

 Dụng cụ: cốc thủy tinh 1000ml, bình tam giác, bình định mức 50ml, giấy lọc

 Hóa chất: PAC 5%

- Cách pha chế: cân chính xác 5g PAC cho vào cốc thủy tinh Thêm nước cất (50 ml) khuấy tan rồi cho dung dịch vào bình định mức, định mức 100ml, ta được dung dịch PAC 5%

 Mô hình Jartest

1: Công tắc nguồn điện

2: Công tắc đèn

3: Hộp điều khiển tốc độ khuấy

4: Tuabin cánh khuấy

5: Cánh khuấy

6: Cốc thủy tinh 1000ml

4 Cách tiến hành:

- Đánh dấu giấy lọc, đem sấy trong 2 giờ và cách ẩm 30 phút

- Rửa các dụng cụ bằng nước máy, tráng lại nước cất, lau chùi cánh khuấy

- Cho lần lượt 1000ml nước thải vào 6 cốc 1000ml có đánh dấu thứ tự từ 1 đến 6

- Thêm lần lượt PAC 5% vào 6 cốc trên với lượng như bảng sau:

- Đưa 6 cốc vào giàn Jartest, bật máy khuấy với tốc độ 15-30 vòng/phút trong thời gian 1-2 phút

- Sau đó điều chỉnh tốc độ khuấy với tốc độ 120-150 vòng/ phút trong thời gian từ 2-3 phút

- Sau đó, tắt giàn khuấy, để lắng 30 phút

- Cân giấy lọc, chuẩn bị bình tam giác, phễu để lọc Lấy 50ml nước trên bề mặt ở mỗi cốc lọc qua giấy lọc như hình vẽ bên dưới

- Sấy giấy lọc trong 2h, cách ẩm 30 phút Cân giấy lọc

5 Kết quả thí nghiệm:

Khối lượng giấy trước và sau khi lọc

Bảng1.1: Khối lượng trước và sau của giấy lọc

m sau

m trước

Khối

lượng

chất lơ

 Tính toán kết quả:

Hàm lượng chất rắn lơ lửng có trong mẫu nước được tính theo công thức:

[SS] =m sau−m trước

V 1000 (mg/l)

Trong đó:

mtrước : khối lượng giấy lọc trước khi lọc (mg)

msau: khối lượng giấy lọc sau khi lọc (mg)

V: thể tích mẫu đem đi lọc V=50ml

Bảng1.2: Nồng độ chất rắn lơ lửng

Nồng độ chất rắn

 Tính toán hiệu suất xử lý:

H = S 1−Si S 1 100 %

Với S1: hàm lượng SS bình số 1 ứng với lượng PAC cho vào bằng 0 ml

Si: ứng với hàm lượng PAC cho vào từng cốc 2, 3, 4, 5, 6 tương ứng 1ml, 2 ml, 3ml, 4ml, 5ml

Bảng1.3: Hiệu suất xử lý

Cốc Lượng PAC cho vào( mg/

l)

Hiệu suất (%)

Biểu đồ hiệu xuất xử lý SS

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Hiệu suất xử lý ( %)

Hiệu suất xử lý ( %)

6 Giải thích kết quả:

Nhận xét: Khi lượng PAC cho vào cốc tăng đần thì hàm lượng SS giảm dần, hiệu

suất xử lý tăng dần Hiệu suất cao nhất là 90.83 %, tại VPAC =5ml

Vậy lượng PAC 5% tối ưu để xử lý 1000ml nước thải là 5ml

Mẫu 4 số liệu msau>mtrước

Nguyên nhân sai số:

+ Sai số do quá trình cân giấy lọc

+ Sai số trong quá trình thực hiện phân tích

+ Sai số do dụng cụ phân tích

+Chất lượng giấy lọc không đảm bảo

Bài 2: XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG BỂ AEROTANK (SBR)

1 Mục đích:

Xác định lượng bùn hoạt tính và thời gian sục khí tối ưu cho quá trình xử lý nước thải

2 Cơ sở lý thuyết:

a Cơ sở lý thuyết của phương pháp hiếu khí:

- Các phương pháp hiếu khí dựa trên nguyên tắc là các vi sinh vật hiếu khí phân hủy

các chất hữu cơ trong điều kiện có oxy hòa tan

Vi sinh vật

Chất hữu cơ O2 H2O + CO2 + NH3 + …

- Quá trình xử lý sinh học hiếu khí nước thải gồm ba giai đoạn sau:

+ Oxy hóa các chất hữu cơ:

CxHyOz + O2 -Enizyme -> CO2 + H2O + H

+ Tổng hợp tế bào mới:

CxHyOz + NH3 + O2 -Enizyme -> CO2 + H2O + C5H7NO2+H

+ Phân hủy nội bào:

C5H7NO2 + 5O2 -Enizyme -> 5CO2 + 2H2O + NH3 ± H

- Mục đích của quá trình sinh học trong nước thải:

+ Chuyển hóa những chất hòa tan và những chất dễ phân hủy sinh học thành những sản phẩm cuối cùng có thể chấp nhận được

+ Hấp phụ và kết tụ cặn lơ lửng và chất keo không lắng thành bông sinh học hay màng sinh học

+ Chuyển hóa hoặc khử các chất dinh dưỡng (như nitơ, photpho)

+ Trong một số trường hợp, khử những hợp chất và thành phần hữu cơ dạng vết

- Vai trò của vi sinh vật trong xử lý nước thải là khử chất hòa tan, COD và ổn định

hợp chất hữu cơ trong nước thải Chúng oxy hóa các chất hòa tan và những họp chất hữu cơ chứa carbon thành những sản phẩm đon giản và tăng sinh khối

- Quá trình oxy hóa sinh học hiếu khí là quá trình xử lý sinh học được thực hiện bởi

các vi sinh vật trong điều kiện cung cấp đủ oxy Những hiện tượng cơ bản xảy ra trong quá trình oxy hóa sinh học là:

+ Tổng hợp tế bào

+ Duy trì hoạt động sống của tế bào.

+ Sinh trưởng, sinh sản, tích lũy chất dinh dưỡng, bài tiết sản phẩm

 Công nghệ SBR:

Bể SBR là bể phản ứng làm việc theo mẻ dạng công trình xử lý bùn hoạt tính nhưng 2 giai đoạn sục khí và lắng được thực hiện trong cùng một bể, hoạt động theo chu kỳ gián đoạn Hệ thống SBR là hệ thống xử lý sinh học nước thải chứa hợp chất hữu cơ và nito cao

- Các bước xử lý trong chu kỳ hoạt động được thực hiện như sau:

 Pha làm đầy (filling): nước thải được đưa vào bể SBR đủ một lượng đã quy định trước, nước thải vào sẽ mang một lượng thức ăn cho các vi khuẩn trong bùn hoạt tính, tạo môi trường có các phản ứng sinh hóa xảy ra Nước đưa vào bể có thể làm việc theo 3 chế độ: làm đầy tĩnh, khuấy trộn hoặc thông khí

 Pha sục khí (khử BOD) (reaction): các quá trình nitrit hóa, nitrat hóa và phân giải các hợp chất hữu cơ được tiến hành nhờ vào việc cung cấp khí trong bể Trong pha này còn xảy ra quá trình nitrat hóa, amoniac trong nước thải sẽ được chuyển hóa thành nitrit

và nitrat

 Pha lắng trong (settling): sau khi quá trình oxi hóa xảy ra, các thiết bị sục khí ngừng hoạt động, quá trình lắng được diễn ra trong môi trường tĩnh hoàn toàn Bông bùn được lắng xuống đáy bể và nước nổi lên trên tạo lớp màng phân các bùn và đặc trưng, đồng thời sẽ xảy ra quá trình phản nitrat, nitrat và nitrit được tạo ra ở pha trên sẽ bị khử nito

 Xả cặn dư và xả nước ra (discharge): nước nổi trên bề mặt sau một thời gian lắng

sẽ được tháo ra khỏi bề SBR , lượng cặn dư cũng được xả ra theo

 Chờ tiếp nhận nước thải mới, thời gian chờ có thể phụ thuộc vào thời gian vận hành

 Xả bùn dư là một giai đoạn quan trọng không thuộc 5 giai đoạn cơ bản trên, nhưng

nó cũng ảnh hưởng lớn đến năng suất của hệ Lượng và tần suất xả bùn được xác định bởi năng sất yêu cầu, cũng giống như hệ hoạt động liên tục thông thường Trong hệ hoạt động gián đoạn, việc xả bùn thường được thực hiện ở giai đoạn lắng hoặc giai đoạn tháo

nước trong Đặc điểm duy nhất là ở bể SBR không cần tuần hoàn bùn hoạt hoá Hai quá trình làm thoáng và lắng đều diễn ra ở ngay trong một bể, cho nên không có sự mất mát bùn hoạt tính ở giai đoạn phản ứng và không phải tuần hoàn bùn hoạt tính từ bể lắng để giữ nồng độ

- Ưu và nhược điểm của công nghệ SBR:

+ Ưu điểm:

 Không cần bể lắng và tuần hoàn bùn

 Trong pha làm đầy, bể SBR đóng vai trò như bể cân bằng vì vậy bể SBR có thể chịu được tải trọng cao và sốc tải

 Ít tốn diện tích xây dựng do các quá trình cân bằng cơ chất, xử lý sinh học và lắng được thực hiện trong cùng một bể

 TSS đầu ra thấp, hiệu quả khử photpho, nitrat hóa và khử nitrat hóa cao

 Quá trình kết bông tốt do không có hệ thống gạt bùn cơ khí

 Hệ thống có điều khiển hoàn toàn tự động

 Chi phí đầu tư và vận hành thấp

 Dễ dàng bảo trì, bảo dưỡng thiết bị (các thiết bị ít) mà không cần phải tháo nước cạn bể Chỉ tháo nước khi bảo trì các thiết bị như: cánh khuấy, mô-tơ, máy thổi khí, hệ thống thổi khí

 Có thể hạn chế được sự phát triển của vi khuẩn dạng sợi thông qua việc điều chỉnh

tỷ số F/M và thời gian thổi khí trong quá trình làm đầy

+ Nhược điểm:

 Nếu như quá trình lắng bùn xảy ra sự cố thì sẽ dẫn bùn trôi ra theo đường ống

 Người vận hành phải có kỹ thuật cao

 Có thể xảy ra quá trình khử nitrat trong pha lắng nếu thời gian lưu bùn dài Điều này sẽ dẫn đến hiện tượng bùn nổi do bị khí nito đẩy lên và xảy ra nghiêm trọng vào những ngày có nhiệt độ cao

b Nguyên tắc phân tích COD bằng phương pháp Kali Pemanganat:

- Dựa vào khả năng oxy hóa mạnh của KMnO4 trong môi trường axit.

- Dựa vào lượng KMnO4 cho vào mẫu nước thử ban đầu và lượng KMnO4 còn lại sau phản

ứng ta có thể xác định được lượng chất hữu cơ có trong mẫu nước thử

- Cơ chế phản ứng:

+ Trong môi trường axit MnO4- tham gia phản ứng oxy hoá các hợp chất hữu cơ:

MnO4- + 5e + 8H+ = Mn2+ + 4H2O

+ Lượng MnO4 còn dư sau phản ứng được xác định bằng dung dịch (COOH)2

2MnO4- + 5(C2O4)2- + 16H+ = 2Mn2+ + 10CO2 + 8H2O

3 Dụng cụ,thiết bị và hóa chất cần chuẩn bị:

* Dụng cụ, thiết bị: 2 bình có dung tích 6 lít, bơm sục khí, ống đong 100ml, cốc

các loại, bếp điện, bình định mức 50ml, bình tam giác 250 ml, nhiệt kế 1000C, buret 25

ml, pipet các loại

* Hóa chất: KMnO4 0,01N

(COOH)2 0,01N H2SO4 1:2

4 Cách tiến hành:

Cho lần lượt lượng bùn 0.6 lít và 1.2 lít vào hai bình có dung tích 6 lít Cho nước thải đầu vào vào 2 bình sao cho hai bình đều có mức nước là 6 lít

Lấy mẫu đầu vào để phân tích COD, đồng thời sục khí cho hai bình vừa cấp nước thải

Lần lượt lấy 100ml mẫu sau các khoảng thời gian 15 phút, 30 phút, 1 giờ, 1.5 giờ,

2 giờ, 2.5 giờ Cho các mẫu lấy được vào các ống đong 100ml để lắng trong 20 phút Dùng giấy lọc lọc phần nước trên mẫu vừa lắng Rồi đem phân tích COD Quy trình phân tích COD bằng KMnO4 như sau:

- Các bước tiến hành:

Cho vào bình tam giác dung tích 250 ml (đã rửa sạch và sấy khô) 50 ml mẫu nước cần thử (nếu mẫu nước thử có nồng độ chất hữu cơ lớn hơn 10 mg/l thì phải pha loãng); thêm vào 5ml H2SO4 1:2; thêm đúng 10 ml dung dịch KMnO4 0,01N (mẫu nước

có màu hồng) Sau đó đun sôi 10 phút trên bếp điện, nhấc xuống chờ cho nhiệt độ hạ xuống 80 - 900C rồi thêm vào 10 ml dung dịch (COOH)2 0,01N lắc đều cho mẫu nước mất màu (không màu) rồi dùng dung dịch KMnO4 0,01N để chuẩn độ cho đến khi mẫu

nước chuyển từ không màu sang màu hồng nhạt thì kết thúc chuẩn độ Ghi kết quả lượng KMnO4 đã tiêu tốn: V1

Thay mẫu nước thử bằng 50 ml nước cất để thí nghiệm một mẫu trắng Các bước tiến hành thí nghiệm được thực hiện tương tự như trên; lượng KMnO4 0,01N tiêu tốn là:V2

Chú ý: Tiến hành chuẩn độ ở nhiệt độ 80-90 0 C

5 Tính toán kết quả:

Hàm lượng COD (lượng oxy cần thiết để oxy hóa chất hữu cơ) có trong mẫu nước được tính theo công thức sau:

[X]¿(V1−V2) N 8

V K 1000= (mg/l) Trong đó:- V1: Lượng dung dịch KMnO4 0,01N tiêu tốn để chuẩn mẫu nước thử (ml)

- V2: Lượng dung dịch KMnO4 0,01N tiêu tốn để chuẩn mẫu nước cất (ml)

- N: Nồng độ đương lượng của dung dịch KMnO4

- V: Thể tích mẫu nước đem thử (ml)

- 8: Đương lượng gam của oxy (g)

- K: Hệ số pha loãng mẫu

6 Kết quả:

Bảng 2.1: Kết quả COD và hiệu suất - Bình 1(Nồng độ bùn 10%)

Mẫu

trống

Mẫu đầu vào

Thời gian sục khí

VKMnO4

Hệ số

pha

Hàm

lượng

COD

(mg/l)

Hiệu

suất xử

Bảng 2.2: kết quả COD và hiệu suất - Bình 2(Nồng độ bùn 20%)

Mẫu

trống Mẫu đầuvào

Thời gian sục khí

VKMnO4

Hệ số

pha

loãng

Hàm

lượng

COD

(mg/l)

Hiệu

suất xử

Biểu đồ hiệu suất xử lý

0

2

4

6

8

10

12

Hiệu xuất xử lý COD

Hiệu suất xử lý bình 1 (%) - - Hiệu suất xử lý bình 2(%)

-7 Giải thích kết quả:

Nhận xét: Nhìn vào biểu đồ ta thấy COD giảm dần theo thời gian ở mỗi bể Hiệu

suất cao nhất 48.89% ở thời gian thổi khí sau 2h với bình có nồng độ bùn 10% Hiệu suất

xử lý cao nhất 54.44% ở 2h30 với bình có nồng độ bùn là 20% Tuy nhiên đồ thị có những đoạn không tuyến tính do kết quả phân tích sai lệch

Kết luận: Như vậy nếu nồng độ bùn hoạt tính càng lớn thì phân hủy chất hữu cơ càng

nhanh, nồng độ COD giảm Tuy nhiên sau một thời gian lượng chất hữu cơ hết vi sinh vật chết lượng COD lại tăng

II.5 Nguyên nhân gây sai số

- Sai số do người phân tích:

+Thao tác khi phân tích

+ Sai số do quá trình chuẩn độ

+ Sai do quá trình pha loãng

- Sai số do dụng cụ

- Sai số do hóa chất

- Sai số do cung cấp oxi cho bình bùn hoạt tính không đều.

Bài 3: MÔ HÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI THỦY SẢN

1 Giới thiệu:

Mô hình xử lý sử dụng gel PAV kết hợp với bùn hoạt tính để xử lý nước thải thủy sản với công suất 4 m3/ ngày đêm

 Sơ đồ công nghệ:

Nước đầu vào

Bể chứa nước thải ( bể điều hòa)

Bể tách dầu – mỡ

Bể aeroten

Bể lắng

Bể khử Nito

Bùn hồi lưu

Nước đầu ra Bùn dư

2 Chức năng của từng công trình:

 Bể điều hòa:

Cấu tạo: bể có hình trụ tròn, bố trí nổi, ngoài ra có lắp thêm cánh khuấy, sục khí và bơm đảo trộn

Bể điều hòa có nhiệm vụ điều hòa lưu lượng và nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải để đảm bảo các công trình phía sau hoạt động ổn định

 Bể tách dầu - nước

Cấu tạo: có 3 ngăn:

- Ngăn thứ nhất: có 1 sọt chắn rác nhỏ, nước thải được bơm từ bể điều hòa đi qua ngăn thứ nhất thì rác có kích thước lớn sẽ bị giữ lại ở sọt khác Ở bể này nước chuyển động từ trên xuống

- Ngăn thứ 2: có bơm để hút dầu ra khỏi bể Nước thải chuyển động từ ngăn thứ nhất qua theo hướng từ dưới lên, dầu mỡ nhẹ hơn nước sẽ nổi lên, sao đó dung bơm hút dầu mỡ được bơm vào thùng chứa dầu

- Ngăn thứ 3: chứa nước thải sau khi đã tách dầu

Chức năng: tách dầu ra khỏi nước nhờ chênh lệch tỷ trọng của dầu và nước

 Bể khử nitơ:

Dùng để khử Nito ở dạng NH4+ về dạng khí nito tự do bằng phương pháp thiếu khí

 Bể aerotank:

Cấu tạo:

- Bể aerotank có 4 thiết bị đo nhanh gồm: 2 đầu dò pH, 1 thiết bị đo DO và 1 thiết bị đo OPR Số liệu sau khi đo được truyền về hệ thống

- Bể có 2 ngăn: + Ngăn 1: Đệm sinh học PVA (polyvinyl alcohol) tăng hiệu quả xử lý

+ Ngăn 2: Đảo trộn bùn hoạt tính

- Bể có dung tích 2m3

Chức năng: Các chất hữu cơ dễ bị phân hủy sinh học được vi sinh vật hiếu khí sử dụng như một chất dinh dưỡng để sinh trưởng và phát triển Qua đó thì sinh khối vi sinh ngày càng gia tăng và nồng độ ô nhiễm của nước thải giảm xuống

 Bể lắng:

Cấu tạo: