VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
VẬT LIỆU
Hình 3.1: Mô hình thí nghiệm tạo bùn hạt hiếu khí
Bể thí nghiệm tạo bùn hạt được thiết kế với tỷ lệ 1:4 nhằm khảo sát hiệu quả xử lý chất hữu cơ trong nước thải sinh hoạt Mô hình nghiên cứu bao gồm bể phản ứng hình hộp với kích thước dài 160mm, rộng 160mm và cao 460mm, cho tổng thể tích 11,776 lít Tất cả các thành phần của bể đều được làm bằng kính dày 7 mm.
Thuyết minh mô hình thí nghiệm
Mô hình thí nghiệm là 1 bể, nước thải đầu vào đổ nước trực tiếp và đầu ra được xả van, van nước thải được làm bằng nhựa PVC
Dưới đáy bể được lắp đặt các ống sục khí nhằm đảm bảo lưu lượng khí vào bể ổn định ở mức 4 lít/phút, tương ứng với vận tốc khí nâng 4 cm/s, theo nghiên cứu của Nguyễn Phước Dân, Trần Tây Nam và Nguyễn Trọng Lực về việc tạo bùn hạt hiếu khí để khử COD và Ammonia Đồng thời, nước thải được duy trì ở mức pH từ 6 đến 7.
Bùn giống để tạo hạt có thể được lấy từ bùn hoạt tính thông thường tại Xí Nghiệp Xử Lý Nước Thải Thủ Dầu Một, địa chỉ số 11, đường Ngô Văn Trị, khu phố 6, phường Phú Thọ, Tp Thủ Dầu Một, tỉnh Bình Dương.
Hình 3.3: Bùn giống 3.1.3 Hạt vỏ sò
Vỏ sò: hạt vỏ sò phơi nắng khô ráo và nghiền nhỏ đƣợc làm chất mang, cho khoảng 300g cho vào trong bể
Hình 3.4: Hạt vỏ sò nghiền
3.2.1 Phân tích và lấy mẫu
Chỉ tiêu COD đƣợc phân tích hằng ngày để đánh giá khả năng xử lý chất hữu cơ của mô hình
Tiến hành đo chỉ tiêu bùn MLSS cũng nhƣ chỉ số SVI mỗi ngày để đánh giá trạng thái cũng nhƣ khả năng lắng của bùn
BẢNG 3.1 Các tải trọng thí nghiệm
Thí nghiệm đƣợc thực hiện theo thứ tự các tải trọng trong bảng 3.1, lần lƣợt là 0,2 kg COD/m 3 ngày, 0,4 kg COD/m 3 ngày, 0,6 kg COD/m 3 ngày, 1,2 kg COD/m 3 ngày
Trong giai đoạn thích nghi, nước thải có tải trọng 0,2 kg COD/m³.ngày được đưa vào bể thí nghiệm trong khoảng 1 phút Quá trình sục khí được thực hiện với lưu lượng kiểm soát qua các van khí, đạt vận tốc dòng khí 4 lít/phút Nghiên cứu này tập trung vào việc tạo bùn hạt hiếu khí nhằm khử COD và Ammonia trong bể phản ứng khí nâng từng mẻ luân phiên.
Nguyễn Phước Dân, Trần Tây Nam và Nguyễn Trọng Lực đã chỉ ra rằng lực nâng 4 cm/s giúp ổn định bùn và hỗ trợ sự phát triển của vi sinh vật Sau giai đoạn thích nghi, bùn vi sinh lắng tốt với bông bùn lớn, cho phép tăng tải trọng nước thải lên 0,4 kg COD/m³/ngày, 0,6 kg COD/m³/ngày và 1,2 kg COD/m³/ngày Dòng khí sục vào bể được duy trì ổn định với lưu lượng 4 lít/phút, kết hợp với việc ngừng sục khí trong 10 phút để hình thành hạt Tại mỗi tải trọng, các chỉ số COD, pH, MLSS và SVI được đo để đánh giá khả năng xử lý và độ lắng của bùn, từ đó cải thiện phương pháp kiểm soát bùn.
3.2.3 Phương pháp xử lý số liệu
Tải trọng hữu cơ (OLR)
OLR: tải trọng hữu cơ, kg COD/m 3 ngày
Q: lưu lượng đầu vào, m 3 ngày
C: nồng độ COD đầu vào, kg/m 3
HRT: thời gian lưu nước của bể, ngày
Thể tích bùn lắng sau 30 phút (ml/l) x 1000 SVI (ml/g) MLSS (mg/l) Trong đó:
MLSS: nồng độ bùn hoạt tính trong dung dịch, thông thường nồng độ bùn hoạt tích trong các nhà máy xử lý nước thải thường dao động từ 50 đến
V đ : thể tích FAS chuẩn độ mẫu nước cất, có đun (ml)
V m : thể tích FAS chuẩn độ mẫu nước thải cần phân tích (ml)
V o : thể tích FAS chuẩn độ mẫu nước không đun (ml)
V mẫu : thể tích dung dịch mẫu nước thải (ml)
MLSS = Trong đó: m 0 : khối lƣợng giấy lọc ban đầu (đã sấy khô đến khối lƣợng không đổi), g m 1 : khối lƣợng giấy lọc đã lọc mẫu đƣợc sấy khô ở 105 0 C trong 1 giờ, g
V: thể tích mẫu đem phân tích
KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN
KẾT QUẢ Error! Bookmark not defined.2 1 Sự hình thành bùn hạt hiếu khí (tải trọng 0,2 kg COD/m 3 ngày)
4.1.1 Sự hình thành bùn hạt hiếu khí (tải trọng 0,2 kg COD/m3.ngày)
4.1.1.1 Khả năng xử lý COD của bùn trong quá trình thích nghi
Quá trình thích nghi với tải trọng 0,2 kg COD/m³.ngày là bước quan trọng để ổn định bùn hoạt tính và khởi đầu cho sự phát triển của bùn Việc đánh giá hiệu quả của bùn thông qua các chỉ tiêu xử lý giúp xác định khả năng xử lý nước thải Bên cạnh đó, quá trình này cũng đóng vai trò thiết yếu trong việc hình thành hạt bùn.
Hình 4.1: Mối quan hệ giữa COD vào và COD ra và hiệu suất đạt đƣợc trong giai đoạn thích nghi
Trong giai đoạn thích nghi, hiệu suất xử lý COD chỉ đạt trung bình 37%, với nồng độ COD vào cao nhất là 291,2 mg/l và thấp nhất là 229 mg/l Nồng độ COD ra ghi nhận cao nhất là 237,2 mg/l và thấp nhất là 141 mg/l Hiệu suất xử lý cao nhất đạt 60% khi nồng độ COD đầu ra là 141 mg/l.
Hiệu suất xử lý nước thải trong các hệ thống hiện tại chỉ đạt 60%, cho thấy sự kiểm soát bùn chưa tốt và bùn chưa ổn định So với hiệu suất 80% được ghi nhận trong nghiên cứu của Đỗ Văn Điền về ứng dụng công nghệ bùn hạt hiếu khí trong xử lý nước thải giết mổ gia súc, kết quả này vẫn còn hạn chế.
4.1.1.2 Khả năng xử lý pH
COD vào COD ra H % cod
Trong quá trình tải trọng thích nghi, pH có sự ổn định với biến động không đáng kể, luôn duy trì ở mức thấp hơn pH đầu vào và đạt ngưỡng gần trung tính cho nước thải đầu ra.
4.1.2 Sự hình thành hạt hiếu khí (tải trọng 0,4 kg COD/m 3 ngày)
Sau giai đọan thích nghi tăng tải trọng lên đến 0,4 kg COD/m 3 ngày Ở giai đoạn này, hạt bùn bắt đầu đƣợc hình thành
4.1.2.1 Một số hình ành về quá trình hình thành hạt a Hình thái bông cặn b Các sinh vật lớn hình thành c Vi sinh vật bám trên thành bể
Hình 4.3: Các hình ảnh về giai đoạn tạo hạt
Hạt bắt đầu hình thành khi tải trọng đạt 0,4 kg COD/m³.ngày, với sự xuất hiện của bông bùn trong toàn bộ bể Chỉ số SVI ghi nhận 70 ml/g và MLSS đạt 3700 mg/l, cho thấy bùn hoạt động hiệu quả.
4.1.2.2 Hiệu suất xử lý COD (tải trọng 0,4 kg COD/m 3 ngày)
Hình 4.4: Hiệu suất xử lý COD của tải trọng 0,4 kg COD/m 3 ngày
Hiệu suất xử lý đạt trung bình 61% (61% > 37%), hiệu xuất xử lý cao nhất đạt 65% và thấp nhất đạt 55% Nồng độ COD vào cao nhất 291 mg/l và thấp nhất đạt
270 mg/l Nồng độ COD ra đạt trung bình 110 mg/l, nồng độ COD ra cao nhất đạt
120 mg/l và nồng độ COD ra thấp nhất đạt 99 mg/l
4.1.2.3 Hiệu xuất xử lý pH
Hình 4.5: pH của quá trình hình thành hạt (tải trọng 0,4 kg COD/m 3 ngày)
Sự thay đổi pH khi tải trọng là 0,4 kg/m³.ngày không khác biệt nhiều so với tải trọng thích nghi 0,2 kg/m³.ngày, với pH luôn thấp hơn pH trong nước thải đầu vào và tiến gần đến giá trị trung tính.
4.1.2.4 Kích thước hạt (tải trọng 0,4 kg COD/m 3 ngày)
COD VÀO COD RA H % COD
Hình 4.6: Kích thước hạt giữa bùn giống và bùn sau 3 tuần
Hình 4.7: Kích thước hạt bùn theo thời gian
Kích thước thước hạt bùn được đo kĩ lưỡng, tỉ mỉ hằng ngày bằng thước kẻ
Kích thước hạt thay đổi tương đối rõ rệt theo thời gian, bùn giống có kích thước 0,1 mm thì sau 3 tuần hạt bùn đã có kích thước đạt 0,2 – 0,3 mm
Trong 10 ngày đầu, kích thước hạt tăng trung bình 0,01 mm/ngày, đạt 0,09 mm vào ngày đầu tiên và 0,3 mm vào ngày cuối cùng Trong 3 ngày tiếp theo, tốc độ tăng nhanh hơn, khoảng 0,02 mm/ngày Cuối cùng, kích thước hạt ngày cuối gấp 3,33 lần so với kích thước ngày đầu.
Kích thước hạt a Bùn giống b Bùn khoảng 3 tuần
4.1.3 Giai đoạn hình thành hạt tải trọng 0,6 kg COD/m 3 ngày
Hình 4.8: Hạt bùn đƣợc hình thành
Hình 4.9: Kích thước hạt hình thành theo thời gian
Tải trọng 0,6 kg COD/m³.ngày thúc đẩy mạnh mẽ quá trình tạo hạt bùn và kích thước của chúng Trong 6 ngày đầu, kích thước hạt bùn tăng trung bình khoảng 0,02 mm/ngày Đặc biệt, từ ngày 6 đến ngày 7, kích thước hạt tăng đột biến với tốc độ 0,16 mm/ngày, cho thấy sự phát triển mạnh mẽ trong giai đoạn giữa của tải trọng, sau đó tăng nhẹ khoảng 0,01 mm/ngày.
4.1.3.2 Mối quan hệ giữa MLSS và chỉ số SVI
HÌNH 4.10: Quan hệ giữa MLSS và chỉ số SVI
MLSS và SVI có sự giảm dần tỷ lệ thuận, với nồng độ MLSS cao nhất ghi nhận là 3700 mg/l và thấp nhất là 3016 mg/l Chỉ số SVI cũng cho thấy sự biến đổi tương tự, với giá trị cao nhất đạt được.
146 ml/g và thấp nhất 124 ml/g Theo “Chỉ số SVI, SVI nằm trong khoảng từ 100 đến 200 ml/g là tốt nhất” của “Nguyễn Đức An”
Chỉ số SVI của tải trọng 0,6 kg COD/m 3 ngày là 124 ml/g và 146 ml/g Vậy bùn hoạt động tốt
4.1.3.3 Hiệu xuất xử lý COD
Quan hệ giữa MLSS và SVI
Hình 4.11: Hiệu xuất xử lý COD của tải trọng 0,6 kg COD/m 3 ngày
Hiệu suất xử lý COD trung bình đạt 80%, cho thấy hiệu quả xử lý bùn tốt Nồng độ COD đầu vào dao động từ 270 mg/l đến 291 mg/l, trong khi nồng độ COD đầu ra trung bình là 56,3 mg/l, với giá trị cao nhất đạt 64 mg/l và thấp nhất là 54 mg/l.
4.1.4 Giai đoạn hình thành hạt tải trọng 1,2 kg/m 3 ngày
Hình 4.12: Hạt bùn đƣợc hình thành tải trọng 1,2 kg/m 3 ngày
Hiệu suất xử lý COD
COD VÀO COD RA H % COD
Hình 4.13: Kích thước hạt theo từng ngày
Tải trọng 1,2 kg COD/m³.ngày cho thấy sự gia tăng kích thước đáng kể so với tải trọng 0,6 kg/m³.ngày Kích thước cuối của hạt ở tải trọng 1,2 kg/m³.ngày đạt 1,12 mm, lớn hơn 1,4 lần so với kích thước cuối của tải trọng 0,6 kg/m³.ngày, chỉ là 0,76 mm, và kích thước này đạt 0,56 lần so với kích thước trong.
Nghiên cứu của Trần Quang Lộc và cộng sự tại Viện Tài nguyên và Môi trường – Đại học Huế tập trung vào sự hình thành và phát triển của bùn hạt hiếu khí dưới các tải trọng hữu cơ khác nhau trong bể theo mẻ luân phiên Cụ thể, nghiên cứu được thực hiện với tải trọng hữu cơ 2,4 kg COD/m³.ngày và kích thước bùn đạt 2 mm, nhằm đánh giá hiệu quả xử lý và khả năng phát triển của bùn hạt trong điều kiện này.
4.1.4.2 Mối quan hệ giữa MLSS và SVI
Hình 4.14: Quan hệ giữa MLSS và SVI
Nồng độ MLSS và chỉ số SVI có sự biến động rõ rệt, với nồng độ MLSS cao nhất đạt 3026 mg/l và thấp nhất là 3006 mg/l Chỉ số SVI trung bình dao động từ 60 ml/g đến 63 ml/g Theo tiêu chuẩn của Nguyễn Đức An, chỉ số SVI từ 50 đến 100 ml/g được đánh giá là tốt nhất.
SVI của tải trọng 1,2 kg COD/m 3 ngày là 60 ml/g đến 63 ml/g đạt trong khoảng (50 < SVI < 100 ml/g) là tốt nhất (tốt hơn SVI của tải trọng 0,6 kg
Quan hệ giữa MLSS và SVI
4.1.4.3 Hiệu xuất xử lý COD (tải trọng 1,2 kg COD/m 3 ngày)
Hình 4.15: Hiệu xuất xử lý COD
Hiệu suất xử lý COD đạt 85%, là mức cao nhất trong các tải trọng thử nghiệm Nồng độ COD đầu vào dao động từ 270 mg/l đến 291 mg/l, trong khi nồng độ COD đầu ra cao nhất là 44 mg/l và thấp nhất là 40 mg/l Mức hiệu suất cao nhất 85% tương ứng với nồng độ COD đầu ra 40 mg/l, trong khi hiệu suất thấp nhất 84% tương ứng với nồng độ COD đầu ra 44 mg/l Điều này cho thấy bùn được hình thành có khả năng xử lý COD tốt và ổn định trong tải trọng 1,2 kg COD/m³.ngày.
COD VÀO COD RA H % COD
