Khảo sát thời gian lưu nước của bể AAO phù hợp để xử lý nước thải sau hầm ủ biogas

- KHẢO SÁT THỜI GIAN LƯU NƯỚC CỦA BỂ AAO PHÙ HỢP ĐỂ XỬ LÝ NƯỚC THẢI SAU HẦM Ủ BIOGAS.
- Nước thải hầm ủ biogas, qui trình AAO, thời gian lưu nước, xử lý nước thải.
- Nghiên cứu được thực hiện nhằm đánh giá quy trình xử lý AAO có khả năng loại bỏ chất hữu cơ, đạm và lân đến mức thấp nhất, đồng thời khảo sát một số thông số vận hành phù hợp để xử lý nước thải hầm ủ biogas đạt quy chuẩn xả thải cho phép.
- Các kết quả vận hành mô hình AAO với nước thải có nồng độ COD, TKN, TP đầu vào lần lượt là mg/L mg/L và mg/L, tải nạp BOD trung bình 1,12 kg/m 3 .ngày -1 , nước thải đầu ra đạt QCVN 62-MT:2016/BTNMT (cột A) và QCVN 40:2011/BTNMT (cột A) với hiệu suất xử lý COD, TKN, TP lần lượt là và 93,21%.
- Ở thời gian lưu nước 9 giờ, tải nạp BOD trung bình 1,25 kg/m 3 .ngày -1 , nồng độ nước thải đầu ra chỉ đạt cột B do chỉ tiêu BOD 5 và COD chỉ đạt cột B của QCVN 62-MT:2016/BTNMT.
- Kết quả nghiên cứu cho thấy tổng thời gian lưu nước của bể AAO để xử lý nước thải sau biogas khả thi nhất là 10 giờ.
- Khảo sát thời gian lưu nước của bể AAO phù hợp để xử lý nước thải sau hầm ủ biogas.
- Tuy nhiên, việc xử lý chất thải ở hầu hết các trang trại chăn nuôi heo chỉ dừng ở mức sử dụng hầm ủ biogas.
- Sau quá trình xử lý này, nồng độ chất hữu cơ giảm khoảng 50 - 60%, dưỡng chất giảm khoảng 30 - 40% nên các thông số ô nhiễm của nước thải vẫn còn cao gây ô nhiễm cho nguồn tiếp nhận, ảnh hưởng đến chất lượng sống và sức khỏe cộng đồng dân cư..
- (2010), sử dụng hệ vi sinh vật (VSV) tăng trưởng lơ lửng, công đoạn xử lý yếm khí giúp phân hủy các hợp chất hữu cơ, đồng thời một lượng lớn lân vô cơ được phóng thích từ việc cắt mạch poly-phosphate sẽ được hấp thu khi nước thải di chuyển tới công đoạn xử lý hiếu khí.
- Ở công đoạn hiếu khí, oxy được cung cấp để oxy hóa các hợp chất hữu cơ và nitrate hóa đạm amonni trong nước thải.
- Quy trình này được sử dụng rộng rãi do nước thải sau xử lý có nồng độ chất hữu cơ, đạm và lân rất thấp, tạo ít bùn nhất so với các quy trình khác.
- Từ những đặc điểm của nước thải sau khi xử lý bằng hầm ủ biogas và những ưu điểm của quy trình AAO, nghiên cứu này được tiến hành nhằm đánh giá khả năng áp dụng công nghệ AAO xử lý nước thải hầm ủ biogas đạt yêu cầu xả thải, khảo sát các thông số thiết kế và vận hành quy trình AAO phù hợp, góp phần bảo vệ môi trường quanh các trang trại chăn nuôi..
- 2.1.1 Nước thải từ công trình biogas.
- Nước thải sử dụng trong thí nghiệm được lấy tại.
- Nước thải được thu thập khoảng từ 6 - 9 giờ sáng vì đây là thời gian vệ sinh chuồng trại nên nồng độ các chất ô nhiễm cao..
- Trại chăn nuôi nơi lấy nước thải thí nghiệm nằm ở ấp Thị Tứ, thị trấn Phong Điền, huyện Phong Điền, thành phố Cần Thơ có các thông tin vận hành như sau:.
- Thu thập 20 L nước thải bể bùn hoạt tính từ hệ thống xử lý nước thải của Công ty Hải sản 404.
- Nuôi cấy vi sinh trong điều kiện phòng thí nghiệm với tỉ lệ bùn và nước thải là 1 : 1..
- 2.1.3 Mô hình AAO.
- trong hỗn dịch nước thải của mô hình xử lý (MLSS)*.
- thể tích hoạt động của mô hình AAO θ (giờ): thời gian lưu nước.
- Để phù hợp với khả năng thu thập nước thải (khoảng 100 - 150 L/ngày), thiết kế mô hình nghiên cứu ở quy mô phòng thí nghiệm nhưng vẫn đảm bảo mô phỏng đầy đủ các quá trình diễn ra trong bể AAO thực tế.
- Các thông số kỹ thuật của mô hình trong Hình 1..
- Hình 1: Mô hình AAO (1) ngăn yếm khí.
- Chiều cao mô hình (m .
- Thể tích mô hình (L .
- Để có thể đánh giá chính xác hiệu quả xử lý của mô hình AAO, một bể lắng dòng ngược USBF được bố trí nối tiếp với bể AAO để hỗ trợ quá trình lắng cặn trong nước thải.
- Mô-tơ khuấy: tăng xáo trộn hỗn dịch bùn nước thải ở ngăn yếm khí và ngăn thiếu khí..
- Bình Mariotte: bình thể tích 80 L chứa nước thải có cột nước thiết kế bằng ống nhựa trong để theo dõi mực nước trong bình, van điều chỉnh lưu lượng, ống nhựa dẫn nước vào bể xử lý..
- Nước thải hầm biogas được loại bỏ một phần chất rắn để tránh gây nghẹt van và đường ống của bộ thí nghiệm, và được đưa từ bình Mariotte chảy vào bể phản ứng với lưu lượng điều chỉnh theo thời gian tồn lưu nước định hướng.
- 2.2.2 Tiến hành thí nghiệm định hướng Nước thải hầm ủ biogas có nồng độ chất hữu cơ và dưỡng chất cao nên để loại bỏ chúng cần thời gian lưu đủ dài để quá trình phân hủy các chất hữu cơ, các quá trình nitrate hóa, khử nitrate được diễn ra..
- Tiến hành phân tích COD của nước thải đầu vào và đầu ra của mô hình trong 3 ngày liên tục, đồng thời phân tích MLSS, hàm lượng vật chất rắn bay hơi của nước thải (MLVSS) ở các ngăn của mô hình xử lý..
- Nếu nồng độ COD đầu ra của mô hình không đạt QCVN 62-MT:2016/BTNMT, tăng thời gian lưu hay điều chỉnh các thông số vận hành.
- So sánh kết quả thu được với quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải chăn nuôi QCVN 62- MT:2016/BTNMT và quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp QCVN 40:2011/BTNMT, nếu kết quả thu được đạt các quy chuẩn này và có hiệu suất xử lý cao, thí nghiệm tiếp theo sẽ tăng lưu lượng đầu vào nhằm giảm thời gian lưu nước.
- Nếu kết quả thí nghiệm có hiệu suất xử lý còn vượt các quy chuẩn này, thí nghiệm tiếp theo sẽ điều chỉnh thông số vận hành (DO, MLSS, MLVSS) hoặc giảm lưu lượng đầu vào để tăng thời gian lưu nước và xử lý của mô hình..
- 3.1 Tính chất nước thải thí nghiệm.
- Thành phần và tính chất nước thải hầm ủ biogas thường khác nhau, lượng nước thải phát sinh luôn biến động và bị ảnh hưởng bởi số lần, lượng nước.
- Do đó mẫu được lấy trong khoảng thời gian từ 6 - 9 giờ của 3 ngày liên tiếp, tiến hành phân tích các thông số ô nhiễm chủ yếu để đánh giá chất lượng nước thải và xem xét điều chỉnh những giá trị cần thiết khi xử lý sinh học..
- Bảng 4: Thành phần tính chất nước thải túi ủ biogas.
- Nước thải khi lấy có màu vàng đục (do thời gian tồn lưu của túi ủ biogas quá ngắn, cộng với lượng phân và thức ăn dư thừa nạp vào túi ủ nên nước thải không có màu đen hay nâu sậm đặc trưng), có mùi hôi và có chứa cặn lắng, chất lơ lửng..
- Giá trị pH của nước thải có giá trị trung bình là 6,88 nằm trong khoảng từ 6 - 7 thích hợp cho quá trình phân hủy sinh học (Monnet, 2003).
- Do đó, không cần điều chỉnh pH của nước thải trước khi đưa vào vận hành hệ thống xử lý..
- Tỷ lệ BOD 5 : COD thích hợp cho quá trình xử lý sinh học (Lê Hoàng Việt và Nguyễn Võ Châu Ngân, 2016)..
- Vì vậy, cần loại bỏ lượng dưỡng chất dư thừa, đảm bảo nước thải đầu ra đạt quy chuẩn xả thải.
- Hàm lượng đạm trong nước thải cao cần phải áp dụng các quá trình khử đạm và đạm hóa để loại bỏ dưỡng chất này.
- Hàm lượng lân trong nước thải cũng khá cao cần có quá trình yếm khí kết hợp hiếu khí để loại lân khỏi nước thải.
- Do nước thải đi qua túi ủ biogas, một phần chất rắn đã được giữ lại trong hầm ủ nên nồng độ SS trung bình là 122,7 mg/L <.
- 150 mg/L, thích hợp cho vào bể xử lý sinh học mà không cần qua giai đoạn lắng sơ cấp..
- Với các điều kiện như trên loại nước thải hầm ủ biogas này phù hợp để xử lý bằng biện pháp sinh học..
- Để đánh giá tính ổn định của mô hình đối với sự biến thiên về nồng độ ô nhiễm của nước thải đầu vào, tiến hành thu mẫu nước thải đầu vào và đầu ra để phân tích, theo dõi COD trong 3 ngày liên tiếp..
- Bảng 5: Nồng độ nước thải đầu vào và đầu ra của mô hình trong 3 ngày (θ = 9 giờ).
- lệch chuẩn Kết quả phân tích COD của nước thải đầu vào có nồng độ cao đạt mg/L, nhưng COD đầu ra có nồng độ thấp chỉ còn mg/L..
- Trong bể AAO, hàm lượng COD được xử lý chủ yếu tại vùng yếm khí, tại đó VSV yếm khí sẽ hấp thụ các chất hữu cơ hòa tan có trong nước thải, phân hủy và chuyển hóa chúng thành các hợp chất ở dạng khí bằng các phương trình hóa học như sau:.
- Nồng độ COD trong nước thải sau xử lý đã đạt QCVN 62-MT:2016/BTNMT (cột B) và không biến động nhiều.
- 3.2.2 Kết quả vận hành mô hình AAO ở θ = 10 giờ.
- Sau khi thay đổi các thông số vận hành và mô hình đã hoạt động ổn định, lấy mẫu nước thải đầu vào và đầu ra của mô hình trong 3 ngày liên tục để phân tích..
- Bảng 6: Nồng độ của nước thải đầu vào và đầu ra mô hình AAO (θ = 10 giờ).
- Chỉ tiêu Đơn vị Chất lượng nước thải (n = 3) Hiệu suất.
- Bảng 7: Thông số vận hành mô hình AAO (θ = 10 giờ).
- Thời gian lưu nước θ (giờ .
- Giá trị pH của nước thải sau xử lý cao hơn nước thải đầu vào chứng tỏ quá trình khử đạm diễn ra tốt, làm tăng lượng kiềm trong nước thải và nâng giá trị pH.
- Mặc dù pH của nước thải sau hệ thống tăng nhưng vẫn nằm trong khoảng cho phép từ 6 - 9 theo QCVN 62-MT:2016/BTNMT (cột A)..
- Việc giữ lại SS trong lớp bùn ở bể lọc dòng ngược USBF làm giảm đáng kể hàm lượng SS trong nước thải đầu ra..
- Hình 2: Thông số chất lượng của nước thải trước và sau xử lý (θ = 10 giờ).
- COD và BOD 5 trong nước thải đầu vào có nồng độ ô nhiễm rất cao lần lượt là mg/L và mg/L.
- Nồng độ các chất hữu cơ trong nước thải giảm nhiều chủ yếu nhờ vào quá trình phân hủy các chất hữu cơ của VSV ở các điều kiện yếm khí, thiếu khí và hiếu khí thành các chất khí, các chất vô cơ đơn giản, và tạo nên năng lượng cho quá trình tổng hợp tế bào của chúng.
- Hiệu suất xử lý COD trong nghiên cứu này rất cao đạt 90,03% tương đương với các nghiên cứu trước đây trên nước thải tổng hợp đạt 90% (Michael et al., 1997), và đạt 89%.
- trên nước thải sinh hoạt (Zhang et al., 2013)..
- Nước thải đầu vào có nồng độ TKN khá cao đạt mg/L, tồn tại chủ yếu ở dạng đạm amonni và đạm hữu cơ.
- Điều này là do quá trình đạm hóa diễn ra tốt, lượng đạm amonni của nước thải được oxy hóa thành đạm nitrate trong ngăn hiếu khí, một phần được các VSV dị dưỡng chuyển hóa vào bên trong tế bào để tổng hợp tế bào vi khuẩn mới.
- cho nước thải tổng hợp, và nước thải sinh hoạt của Zhang et al.
- Hiệu suất xử lý TKN cao là do nước thải chăn nuôi đã được xử lý trước bằng quá trình yếm khí ở bể biogas, khi đó một phần nitrate đã được khử trước..
- Nồng độ TP trong nước thải đầu vào có giá trị trung bình là mg/L, sau quá trình xử lý giảm nhiều chỉ còn mg/L đạt QCVN 40:2011/BTNMT (cột A).
- Tương tự TKN, trong nghiên cứu này hiệu suất loại bỏ TP đạt 93,21%, tương đương với hiệu suất 99% trên nước thải sinh hoạt (Zhang et al., 2013), nhưng cao hơn hẳn hiệu suất 49% trên nước thải tổng hợp (Michael et al., 1997)..
- BTNMT, bể AAO đã hoạt động một thời gian dài, ổn định nên nghiên cứu tiến hành giảm thời gian lưu nước xuống còn 9 giờ cho thí nghiệm tiếp theo để đánh giá xem ở thời gian lưu nước này nước thải đầu ra còn đạt loại A hay không..
- 3.2.3 Kết quả vận hành mô hình AAO ở θ = 9 giờ.
- Để giảm tổng thời gian tồn lưu nước còn 9 giờ, lưu lượng nước thải đầu vào được nạp tăng lên với các thông số vận hành được trình bày ở Bảng 9.
- Sau 3 ngày vận hành để vi khuẩn thích nghi với điều kiện mới, tiến hành lấy mẫu nước thải đầu vào và đầu ra của mô hình trong 3 ngày liên tục để phân tích và đánh giá..
- Bảng 8: Nồng độ của nước thải đầu vào và đầu ra mô hình AAO (θ = 9 giờ).
- Chỉ tiêu Đơnvị Nước thải (n = 3) Đầu vào Đầu ra Hiệu suất.
- Bảng 9: Thông số vận hành mô hình AAO (θ = 9 giờ).
- Kết quả đo đạc pH của nước thải sau hệ thống xử lý có giá trị cao hơn nước thải đầu vào.
- Mặc dù pH của nước thải sau hệ thống tăng nhưng vẫn nằm trong khoảng cho phép từ 6 - 9 được quy định trong QCVN 62-MT:2016/BTNMT (cột A).
- Nguyên nhân làm pH tăng tương tự ở phần thảo luận về kết quả xử lý ở thời gian lưu nước 10 giờ..
- Qua 3 ngày phân tích liên tiếp chỉ tiêu SS đầu vào là mg/L, nhưng ở đầu ra giảm nhiều chỉ còn mg/L đạt QCVN 62- MT:2016/BTNMT (cột A) với hiệu suất xử lý 99,71%.
- thích tương tự phần thảo luận về kết quả xử lý ở thời gian lưu nước 10 giờ..
- Nồng độ COD và BOD 5 trong nước thải đầu vào có sự biến động tương đối cao, lần lượt là mg/L và mg/L.
- Hiệu suất xử lý COD đạt 82,36% thấp hơn nghiên cứu trước đây trên nước thải tổng hợp đạt 90% (Michael et al., 1997), và nước thải sinh hoạt đạt 89% (Zhang et al., 2013)..
- Hình 3: Thông số chất lượng của nước thải trước và sau xử lý (θ = 9 giờ) Nước thải đầu vào có nồng độ TKN là 126,10.
- Trong nước thải đầu ra của hệ thống, chỉ tiêu TKN giảm đáng kể chỉ còn mg/L đạt QCVN 62- MT:2016/BTNMT (cột A) với hiệu suất loại bỏ TKN là 67,83%, tương đương với nghiên cứu của.
- (1997) đạt 66% cho nước thải tổng hợp, nhưng thấp hơn nghiên cứu trên nước thải sinh hoạt của Zhang et al.
- Nồng độ TP trong nước thải đầu vào có giá trị trung bình mg/L, sau quá trình xử lý hàm lượng TP trong nước thải đã giảm nhiều chỉ còn mg/L đạt QCVN 40:2011/BTNMT (cột.
- A) với hiệu suất loại bỏ TP là 88,62%, thấp hơn hiệu suất 99% trên nước thải sinh hoạt (Zhang et al., 2013), nhưng cao hơn hẳn hiệu suất 49% trên nước thải tổng hợp (Michael et al., 1997)..
- Như vậy, sau khi vận hành bể AAO ở tổng thời gian lưu nước 9 giờ, nước thải đầu ra chỉ đạt loại B của QCVN 62-MT:2016/BTNMT (cột B), do đó không tiến hành thí nghiệm ở thời gian lưu nước ngắn hơn..
- Quy trình AAO có thể ứng dụng xử lý nước thải sau hầm ủ biogas để loại bỏ nồng độ chất hữu cơ, đạm và lân.
- Kết quả nghiên cứu cho thấy, ở thời gian lưu nước của bể AAO là 10 giờ, tải nạp BOD trung bình 1,12 kg BOD/m 3 .ngày -1 , nước thải đầu vào có nồng độ COD, TKN, TP lần lượt mg/L mg/L và mg/L cho nước thải đầu ra có nồng độ ô nhiễm đạt cột A theo quy định xả thải của QCVN 62-MT:2016/BTNMT và QCVN 40:2011/BTNMT..
- Để tăng tính ứng dụng của bể AAO cần tiếp tục nghiên cứu và hoàn thiện hơn bằng việc đánh giá hiệu suất loại bỏ nồng độ chất hữu cơ, dưỡng chất với thời gian lưu phù hợp ở từng giai đoạn của quy trình hoặc có thể nghiên cứu kết hợp với các loại giá thể bám dính để tăng hiệu quả xử lý của quy trình..
- Thông tư số 04/2016/TT-BTNMT ngày 29/4/2016 ban hành Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải chăn nuôi QCVN 62-MT:2016/ BTNMT.
- Thông tư số 47/2011/TT-BTNMT ngày ban hành Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp QCVN 40:2011/ BTNMT.
- Giáo trình Kỹ thuật xử lý nước thải