Đang tải... (xem toàn văn)
trình bày xử lý hiếu khí nước thải bằng bể AROTEN
Báo cáo thí nghiệm Xử lý nước thải bằng biện pháp sinh học Bài 1: XỬ LÝ HIẾU KHÍ NƯỚC THẢI BẰNG BỂ AEROTEN I.Cơ sở lí thuyết của quá trình xử lý hiếu khí nước thải: I.1.Khái quát về các phương pháp xử lý nước thải và xử lý nứơc thải bằng sinh học: Trong xử lý nước thải có thể phân thành hai biện pháp chủ yếu là biện pháp hóa lí và biện pháp sinh học. • Biện pháp hóa lý: Thường áp dụng xử lý sơ bộ hoặc đối với nước thải có độ màu cao, chứa các kim loại nặng, các hợp chất khó và không thể phân hủy sinh học. • Biện pháp sinh học: thường được áp dụng để xử lí nước thải có tỉ lệ BOD/COD > 0.5 chẳng hạn như nước thải sinh họat, nước thải của các nghành chế biến thủy hải sản, mía đường, thực phẩm, giấy… nhưng với điều kiện trong nước thải không chứa các chất độc với vi sinh vật. Đối với phương pháp sinh học bao gồm xử lý hiếu khí và xử lý yếm khí. I.2.Nguyên lý của quá trình xử lý sinh học hiếu khí: Nguyên lý của quá trình xử lý sinh học hiếu khí là lợi dụng quá trình sống và hoạt động của vi sinh vật hiếu khí và tùy tiện để phân hủy chất hữu cơ và một số chất vô cơ có thể chuyển hóa sinh học được có trong nước thải. Đồng thời các vi sinh vật sử dụng một phần hữu cơ và năng lượng khai thác được từ quá trình oxi hóa để tổng hợp nên sinh khối. I.3.Cơ chế của quá trình: Quá trình xử lý sinh học là quá trình oxi hóa các hợp chất hữu cơ và vô cơ đồng thời tổng hợp sinh khối hay phân hủy nội bào theo các cơ chế cơ bản sau: • Oxi hóa các hợp chất hữu cơ không chứa nitơ: C x H y O z + O 2 CO 2 + H 2 O (x+ y 4 - z 2 ) x y 2 vsv • Oxi hóa các hợp chất có chứa nitơ: C x H y O z N+ O 2 CO 2 + NH 3 + H 2 O (x+ y 4 - z 2 ) - 3 4 x ( ) y-3 2 vsv • Tổng hợp sinh khối: H 2 O C x H y O z N + O 2 NH 3 + C 5 H 7 NO 2 + CO 2 + ( ) x y 4 + - z 2 - 23 2 2 x ( - 10 ) y 2 ( - 7 ) vsv • Phân hủy nội bào: C 5 H 7 NO 2 + O 2 CO 2 + NH 3 + H 2 O 5 5 2 vsv • Quá trình Nitrat hóa: Sinh viên: Nguyễn Đình Mãi Lớp CNMT K26 – Quy Nhơn Trang 1 Báo cáo thí nghiệm Xử lý nước thải bằng biện pháp sinh học NH 3 (NH 4 + ) NO 2 - NO 3 - vsvvsv • Quá trình phản nitrat hóa: NO 3 - NO 2 - N 2 vsv vsv • Oxi hóa các hợp chất chứa lưu huỳnh và photpho: Hîp chÊt cña S, P SO 4 2- , PO 4 3- vsv • Oxi hóa cá hợp chất chứa sắt và mangan: C¸c kim lo¹i nÆng Fe, Mn Fe 3+ , Mn 4+ vsv I.4.Sự tăng trưởng của vi sinh vật: Quá trình tăng trưởng của vi sinh vật trải qua 4 giai đoạn và có thể được mô tả như đồ thị dưới đây Một đồ thị điển hình về sự tăng trưởng của vi khuẩn trong bể xử lý (Nguồn: Wastewater Engineering: treatment, reuse, disposal, 1991) I.5.Động học của quá trình: I.6.Các tác sinh học: Tác nhân sinh học được sử dụng trong quá trình xử lí hiếu khí có thể là vi sinh vật hô hấp hiếu khí hay tùy tiện, nhưng phải đảm bảo các yêu cầu sau: + Chuyển hóa nhanh các hợp chất hữu cơ; + Có kích thước tương đối lớn (50 - 200μm); + Có khả năng tạo nha bào; Sinh viên: Nguyễn Đình Mãi Lớp CNMT K26 – Quy Nhơn Trang 2 Báo cáo thí nghiệm Xử lý nước thải bằng biện pháp sinh học + Không tạo ra các khí độc. Dựa trên các yêu cầu đó thì các chủng vi sinh vật thường đựơc sử dụng như sau: • Vi khuẩn hô hấp hiếu khí: + Pseudomonas(P.putid; P.Stutzen); + Aerobacter; + Bacillus Subtilis (Phát triển trong môi trường giàu protein); + Flavobacterium (Phát triển trong môi trường giàu sắt); + Nitrosomonas (Vi khuẩn nitrit hóa); + Nitrobacter (Vi khuẩn nitrathóa). • Vi khuẩn hô hấp tùy tiện: + Cellulosomonas; + Rhodospeudomonas (Có màu hồng); + Micothrix (vi khuẩn dạng sợi – có màu trắng); + Thiothrix (vi khuẩn dạng sợi – có màu trằng). • Ngoài ra còn có các nguyên sinh động vật: Có kích thước khoảng (30 - 50μm) Trong bể xử lý nó có các vai trò sau. + Bám vào bùn làm cho bùn dễ lắng hơn; + Ăn cặn lơ lửng góp phần làm trong nước; + Làm chỉ thị để đánh giá mức độ cấp khí cho bể. Bao gồm hai dạng chủ yếu: + Trùng tơ (Cillatae); + Trùng roi (Flagellate). I.7.Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình xử lý (Đánh giá đối với mô hình thí nghiệm): • Oxi hòa tan – DO: Đây là thông số vô cùng quan trọng đối với hệ thống xử lý hiếu khí vì nếu thiếu oxi thì vi sinh vật hô hấp hiếu khí dễ bị chết và khi đó các vi sinh vật hô hấp tùy tiện như các vi sinh vật dạng sợi làm phồng bùn, khó lắng dẫn đến giảm hiệu quả của quá trình xử lý. DO tối ưu thường từ 2 – 4 mg/l. Nhưng trên thực tế thì tốt nhất là > 4 mg/l. Cấp khí một cách đầy đủ cho hệ thống xử lý thì ta phải quan tâm kĩ đến bản chất của nước thải cần xử lý chẳng hạn ta có hệ số oxi hóa của một số hợp chất cơ bản sau: Chất Hệ số oxi hóa (k) COD 0.68 BOD 5 1 BOD 1.42 N – NH 4 + 4.32 Sinh viên: Nguyễn Đình Mãi Lớp CNMT K26 – Quy Nhơn Trang 3 Báo cáo thí nghiệm Xử lý nước thải bằng biện pháp sinh học Chất Hệ số oxi hóa (k) N hữu cơ 4.57 Ngoài ra DO còn phụ thuộc vào nhiệt độ. • pH của môi trường: Mỗi vi sinh vật đều có một khoảng pH hoạt động tối ưu của nó. Do đó khi pH thay đổi không phù hợp thì cũng làm cho khả năng xúc tác phản ứng của vi sinh vật thay đổi và làm giảm hiệu quả xử lý. Trong trường hợp pH quá cao hoặc quá thấp có thể làm chết vi sinh vật. Dải pH tối ưu cho xử lý hiếu khí nước thải là từ 6.5 – 8. Để đảm bảo được pH trong khoảng trên trong thực tế trước khi cho nước thải vào bể xử lý vi sinh người ta thường đều hòa lưu lượng, đều hòa pH, đều hòa các chất dinh dưỡng ở bể đều hòa. • Nhiệt độ: Mỗi sinh vật cũng có một khoảng nhiệt độ tối ưu, nếu tăng nhiệt độ quá ngưỡng sẽ ức chế hoạt động của vi sinh vật hoặc bị tiêu diệt hay tạo bào tử. Nhiệt độ cũng ảnh hưởng đến DO: + Khi nhiệt độ tăng DO giảm và vận tốc phản ứng tăng lên. + Khi nhiệt độ giảm DO tăng nhưng ngược lại vân tốc phản ứng giảm. Ảnh hưởng của nhiệt độ đối với tốc độ phản ứng được biểu hiện qua phương trình: r T = r 20 .θ (T -20) Trong đó: + r T :Tốc độ phản ứng ở T o C + r 20 : Tốc độ phản ứng ở 20 o C + θ: Hệ số hoạt động của nhiệt độ + T: Nhiệt độ của nước ( o C). Do đó ta phải lựa chọn nhiệt độ sao cho phù hợp với vận tốc phản ứng và DO. Trong bể aeroten nhiệt độ tối ưu là 20 – 27 o C, nhưng cũng có thể chấp nhận khoảng nhiệt độ 17,5 – 35 o C. • Chất dinh dưỡng: Chất dinh dưỡng trong thải chủ yếu là nguồn cacbon (Gọi là chất nền thể hiện bằng BOD), cùng với N và P là những nguyên tố đa lượng. Ngoài ra còn có các nguyên tố vi lượng như: Mg, Fe, Mn, Co… Tỉ lệ các chất dinh dưỡng phù hợp là C:N:P = 100:5:1 Sinh viên: Nguyễn Đình Mãi Lớp CNMT K26 – Quy Nhơn Trang 4 Bỏo cỏo thớ nghim X lý nc thi bng bin phỏp sinh hc T lờ C/N = 20:1 Nc thi thiu N, P thỡ vi khun dng si phỏt trin to hin tng phng bựn, khụng to bụng sinh hc. Cú th iu chnh bng cỏch b sung urờ, mui amụn, Trong trng hp tha N, P thỡ vi sinh vt s dng khụng ht phi kh cỏc thnh phn ny bng cỏc bin phỏp c bit. F/M Food/Microorganism (BOD/MLSS): T s F/M ti u thng nm trong khong 0.5 0.75 + F/M >1 mụi trng giu dinh dng vi sinh vt tp trung phỏt trin do ú khụng to nha bo vỡ vy bụng sinh hc nh dn n khú lng. ng thi to ra lng bựn ln v phi tn kộm thờm chi phớ cho x lý bựn. + F/M <=1 Vi sinh vt phỏt trin n nh, to nha bo, to bụng sinh hc, h thng x lý hiu qu. + F/M<0.5 mụi trng quỏ nghốo nghốo dinh dng dn n vi sinh vt khụng ngun dinh dng hat ng. Cỏc cht kim hóm: Nn mui vụ c trong nc thi khụng vt quỏ 10g/l, nu l mui vụ c thụng thng thỡ cú th pha loóng nc thi. Cũn nu l cỏc cht c nh kim loi nng thỡ phi cú cỏc bin phỏp kh thớch hp trc khi a vo x lý bng b aeroten. Hm lng sinh khi: Hm lng sinh khi n nh trong b aeroten thng t 500 800mg/l v cú th 1000 1500 mg/l, tựy thuc vo tớnh cht ca nc thi v hat lc ca vi sinh vt. II.Thc nghim x lý nc thi bng b aeroten: II.1.Mụ hỡnh thc nghim: Mễ HèNH TH NGHIM B AEROTEN X Lí GIN ON Sinh viờn: Nguyn ỡnh Mói Lp CNMT K26 Quy Nhn Trang 5 Bơm cấp khí P=60l/ph Nuớc thải vào + pH = 7-8 + SS < 50mg/l COD = 500 - 600 + BOD = 400 - 500 + COD : N:P = 100:5:1 Bể aeroten: V= 50 lít, t = 8 giờ, DO = 2 - 4 mg/l, t o = 20 - 30 oC Nuớc thải ra: COD < 80 mg/l BOD5 < 50 mg/l Báo cáo thí nghiệm Xử lý nước thải bằng biện pháp sinh học II.2.Các thông số cần xác định: II.2.1.Đo pH: Mục đích đo pH nhằm theo dõi pH trong quá trình xử lý để kịp thời điều chỉnh pH về dải giá trị pH thích hợp. pH được đo bằng máy đo pH với điện cực thủy tinh. Trước khi đo phải hiệu chuẩn máy bằng dung dịch chuẩn có pH = 4.01 và pH = 7.0 Đo pH phải đi kèm với nhiệt độ. Cách 2 giờ đo một lần. II.2.2.Đo DO: Đo DO với mục đích theo dõi lượng oxi hòa tan trong bể xử lý xem có đáp ứng được nhu cầu của hệ thống hay không, nhằm kịp thời điều chỉnh thích hợp trong quá trình vận hành. DO cũng được đo bằng máy đo nhanh. DO được đo tại 4 vị trí chéo nhau trong bể và lấy giá trị trung bình. Đo DO cũng đi kèm với nhiệt độ. DO được đo 2 giờ một lần. II.2.3.Phân tích MLSS(Mixed Liquor Suspended Solid): Mục đích của việc phân tích MLSS nhằm xác định nồng độ bùn hoạt tính trong bể aeroten và tính chỉ số thể tích lắng của bùn. Mguyên tắc xác định là phương pháp khối lượng. MLSS được đo 3 lần vào các thời điểm 0h, 4h và 8h. Cách tiến hành: Thao tác Thông số, thể tích, khối lượng… Cân giấy lọc đã sấy ở 105 o C Khối lượng a, gam Lấy mẫu vào ống đong c = 50, ml Lọc mẫu qua giấp đã sấy nhờ bình hút chân không Sấy đến khối lượng không đổi ở 105 o C Thời gian sấy thường là 1h Cân giấy có sinh khối đã sấy Khối lượng b, gam Đây thực chất là cách xác định SS nhung trong bể aeroten cũng có thể xem nhu nồng độ bùn hoạt tính vì cặn hữu cơ chiếm khoảng 80% Công thức tính MLSS MLSS = 6 10 × − c ab , mg/l Trong đó: Sinh viên: Nguyễn Đình Mãi Lớp CNMT K26 – Quy Nhơn Trang 6 Báo cáo thí nghiệm Xử lý nước thải bằng biện pháp sinh học + MLSS: Hàm lượng bùn hoạt tính, mg/l + b: Trọng lượng giấy có sinh khối, g; + a: Trọng lượng giấy không có sinh khối, g; + c: Thể tích mẫu, ml II.2.4.Phân tích SVI: Chỉ số thể tích lắng của bùn (SVI) là đại lượng lượng biểu thị dung tích lắng (tính bằng ml) của 1 gam bùn hoạt tính (khô). SVI được đo ở các thời điểm 0h, 4h, 8h. Cách tiến hành: Thao tác Thể tích, thông số Lấy mẫu vào ống đong hình trụ 1l (Hỗn hợp rắn, lỏng trong bể ) 1,lít Để lắng Thời gian lắng 30 phút Ghi lại thể tích lắng V L, ml Công thức tính: SVI = MLSS V L 1000 × , ml/g Trong đó: + SVI: Chỉ số thể tích lắng của bùn, ml/g + V L : Thể tích lắng của bùn, ml/l + MLSS: Hàm lượng bùn hoạt tính, mg/l. II.2.5.Phân tích BOD 5 : BOD và COD là hai yếu tố quan trọng để đánh giá hiệu quả xử lý của hệ thống. Do đó ta cần phân tích BOD ở thời điểm oh và 8h để đánh giá hiệu suất xử lý như thế nào cũng như đánh giá nứơc ra đạt tiêu chuẩn hay chưa. BOD 5 được xác định bằng thiết bị oxytop, thiết bị này hoạt động dựa trên cảm biến sự giảm áp trong chai chứa mẫu phản ứng của sensor. Quá trình ủ được tiến hành trong hệ kín. Khí CO 2 tạo ra trong quá trình ủ bị hấp thụ vào chất kiềm mạnh làm áp suất bên trong chai giảm dần. Sự giảm áp này được chuyển vào bộ vi xử lý (sensor) và được chuyển thành giá trị BOD tương ứng. Tiến hành phân tích: Thao tác Thể tích, thông số,… Mẫu oh, Lấy mấu vào cốc thủy tinh 200ml, và để lắng 200ml Mẫu 8h, Lấy vào cốc thủy tinh 500mml, để lắng 500ml Sinh viên: Nguyễn Đình Mãi Lớp CNMT K26 – Quy Nhơn Trang 7 Báo cáo thí nghiệm Xử lý nước thải bằng biện pháp sinh học Cho mẫu vào chai ủ đã có con từ (Mẫu oh) 164ml Cho mẫu vào chai ủ đã có con từ (Mẫu 8h) 432ml Cho lẵng cao su lọt vào miệng chai và cho vào 2 viên KOH Đặt và vặn chặt sensor cảm biến BOD Công thức tính BOD 5 : BOD 5 = (D – D’).f.k Trong đó: + BOD 5 : Giá trị BOD của mẫu cần phân tích trong 5 ngày; + D:Giá trị hiện trên sensor sau 5 ngày của mẫu phân tích; + D’:Giá trị hiện trên sensor sau 5 ngày của mẫu trắng; + f: Hệ số phụ thuộc thể tích mẫu; + k: Hệ số pha loãng; II.2.6.Phân tích COD: COD cũng là thông số đánh giá khả hiệu quả xử lý của hệ thống cũng như đánh giá chất lượng nước sau khi qua hệ thống xử lý. Nguyên tắc xác định COD: Lượng oxi tham gia phản ứng được xác định gián tiếp bằng phương pháp dùng các chất ôxy hoá mạnh như KMnO 4 , K 2 Cr 2 O 7 . Phương pháp Bicromat Kali tốt hơn dùng các chất oxi hoá khác do khả năng oxi hoá cao, phạm vi ứng dụng rộng, dễ thao tác, sự ôxi hoá các chất hữu cơ đạt 95 – 100% so với giá trị lý thuyết. Cơ chế phản ứng: Hầu hết các hợp chất hữu cơ bị õi hoá bởi hỗn hợp sôi của bicrômatkali và axit sunfuaric. Chât huu co + + H + + + CO 2 H 2 O H + + + + + Cr 2 O 7 2- 2Cr 3+ Cr 2 O 7 2- 6Fe 2+ 2Cr 3+ 7H 2 O 6Fe 3+ Lựơng Cr 2 O 7 2- dư được chuẩn độ và sử dụng feroin làm chỉ thị. Điểm kết thúc chuẩn độ là điểm khi dung dịch chuyển từ màu xanh lam sang màu nâu đỏ nhạt. Phản ứng tiến hành ở nhiệt độ 150 o C trong khoảng 2 giờ, trong môi trường axit H 2 SO 4 đặc với xúc tác Ag 2 SO 4 . Nhu cầu oxi hoá hoá học dễ dàng xác định được khi biết lượng bicromat kali tham gia phản ứng. COD được đo ở các thời điểm 0h, 2h, 4h, 6h, 8h. Chú ý: + Trước khí đo mẫu vào phải lọc và pha loãng 2 lần. Sinh viên: Nguyễn Đình Mãi Lớp CNMT K26 – Quy Nhơn Trang 8 Báo cáo thí nghiệm Xử lý nước thải bằng biện pháp sinh học + Mẫu đầu ra không lọc và không cần pha loãng. Các bước tiến hành như sau: Thao tác Thể tích, thông số,… Lấy mẫu (0h) V > 10ml Các mẫu (2h, 4h, 6h, 8h) V > 4ml Lọc vào ống nghiệm Pha loãng (đối với mẫu 0h) các mẫu còn lại không pha loãng. Pha loãng hai lần 10ml mẫu đã lọc Lấy vào ống đun đã có sắn 4 ml hỗn hợp làm COD (mỗi thời điểm 2 ống) 2ml Đun Nhiệt độ 150 o C, trong vòng 2 tiếng đồng hồ. Để nguội Đến nhiệt độ phòng Chuẩn độ bằng dung dịch FAS. Đồng thới chuẩn độ mẫu trắng V pt V t Chú ý: Dung dịch FAS phải được chuẩn độ lại hàng ngày. Mẫu trắng chỉ làm ở thời điểm 0h, và lấy chung cho các thời điểm còn lại. Công thức tính COD COD = 2 10008)( ××××− kNVV FASptt , mg/l Trong đó: + COD là lượng COD trong mẫu phân tích, mg/l + V t : Là thể tích FAS chuẩn mẫu trắng, ml + V pt : Là thể tích FAS chuẩn mẫu phân tích, ml + N FAS : Là nồng độ của FAS sau khi chuẩn lại, N + 8: Đương lượng gam của oxi trong K 2 Cr 2 O 7, + k: Hệ số pha loãng, III.Kết quả - tính toán kết quả và đánh giá kết quả thực nghiệm: III.1.Đánh giá chất lượng bùn bằng cảm quan: Ta có thể dựa vào đặc tính màu sắc của bùn để đánh giá sơ bộ về hiệu quả xử lý, về DO trong bể có đủ theo yêu cầu hay không: + Bùn có màu vàng nâu chứng tỏ là bùn chất lượng tốt, Sinh viên: Nguyễn Đình Mãi Lớp CNMT K26 – Quy Nhơn Trang 9 Báo cáo thí nghiệm Xử lý nước thải bằng biện pháp sinh học + Bùn có màu hồng có thể trong bể thiếu oxi, vi sinh vật hô hấp tùy tiện phát triển, + Bùn có màu đen chứng tỏ thiếu oxi trầm trọng, vi sinh vật yếm khí phát triển, + Bùn có màu trắng, vi sinh vật dạng sợi phát triển. + Hiện tượng rã bùn, Trong bể có chất độc, chấ khử trùng dạng oxi hóa mạnh. • Nhận xét: Trong mô hình thí nghiệm, bùn có màu đỏ nâu đro đó cũng có thể đánh giá sơ bộ là hệ thống được cấp oxi đầy đủ. Tuy nhiên để đánh giá quá trình hiệu quả đến mức nào thì phải dựa vào việc đo và phân tích các thông số khác. III.2.Kết quả đo pH: Kết quả các lần đo pH tại 5 thời điểm như sau: Thời điểm(h) Nhiệt độ pH 0 27.3 7.96 2 27 8.56 4 27.1 8.55 6 27.4 8.84 8 27.2 8.87 Sinh viên: Nguyễn Đình Mãi Lớp CNMT K26 – Quy Nhơn Trang 10 0 2 4 6 8 [...]... hồ xử lí cấp 3 Tuy nhiên, với bể cao tải thì nước sau xử lí đạt hiệu quả như trên là rất tốt Bài 2: XỬ LÝ YẾM KHÍ NƯỚC THẢI BẰNG UASB THU BIOGAS UASB (upward-flow anaerobic sludge blanket – dòng chảy ngược qua lớp bùn yếm khí) BIOGAS (Khí sinh học) I Cơ sở lý thuyết của quá trình xử lý yếm khí nước thải thu biogas: I.1.Sơ lược về quá trình xử lý yếm khí nước thải thu biogas và khả năng ứng dụng: Xử lý. .. yếm khí nước thải bằng UASB là một trong những phương pháp sinh học xử lý hiệu quả nước thải giàu chất hữu cơ đồng thời thu khí biogas Sinh viên: Nguyễn Đình Mãi Trang 17 Lớp CNMT K26 – Quy Nhơn Báo cáo thí nghiệm Xử lý nước thải bằng biện pháp sinh học Quá trình này thích hợp với các loại nước thải có chất hữu cơ từ 3000 mg/l đến 10000 mg/l Có thể đến 20000 mg/l Xử lý bằng UASB thích hợp cho xử lý nước. .. gian xử lý C/N . trọng trung bình. + T R > 0.5, Cao tải + T R > 1, Rất cao. Như vậy bể thí nghiệm đã hoạt động trong tình trạng cao tải. III.9.Hệ số oxi hóa: Hệ số. thải không chứa các chất độc với vi sinh vật. Đối với phương pháp sinh học bao gồm xử lý hiếu khí và xử lý yếm khí. I.2.Nguyên lý của quá trình xử lý sinh