Đặng T Hồng Phương và Đtg<br />
<br />
Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ<br />
<br />
95(07): 21 - 26<br />
<br />
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ SỤC KHÍ<br />
ĐẾN QUÁ TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI LỢN<br />
BẰNG PHƯƠNG PHÁP SEQUENCING BATCH REATOR (SBR)<br />
Đặng Thị Hồng Phương1, Phạm Thị Hải Thịnh2, Vũ Thị Thu Huế1<br />
1<br />
<br />
Trường Đại học Nông lâm – ĐH Thái Nguyên,<br />
2<br />
Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam<br />
<br />
TÓM TẮT<br />
Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ sục khí đến quá trình xử lý nước thải chăn nuôi lợn sau quá<br />
trình xử lý yếm khí bằng phương pháp sequencing batch reator (bùn hoạt tính theo mẻ) cho thấy<br />
chế độ sục khí không ảnh hưởng nhiều đến hiệu quả xử lý COD, ở cả 3 chế độ nghiên cứu, hiệu<br />
quả xử lý COD tương đối cao, đạt khoảng 90%. Một mẻ thí nghiệm thực hiện trong 12 giờ. Thời<br />
gian thực hiện quá trình nitrat hóa trong một mẻ thí nghiệm là 6 giờ, hiệu quả oxy hóa amoni đạt<br />
trong khoảng 90 – 99%. Chế độ sục khí 6 giờ/1 mẻ, gồm hai chu trình thiếu khí – hiếu khí cho hiệu<br />
quả xử lý COD, T-N cao và ổn định nhất.<br />
Từ khóa: nước thải chăn nuôi lợn, SBR, thiếu khí – hiếu khí<br />
<br />
ĐẶT VẤN ĐỀ*<br />
Đặc trưng của nước thải chăn nuôi thuộc loại<br />
giàu SS, COD, N, P. Vì vậy, để xử lý nước<br />
thải chăn nuôi, kĩ thuật yếm khí luôn là sự lựa<br />
chọn đầu tiên. Tuy nhiên, loại nước thải này<br />
rất khó xử lý, bởi vì nồng độ hữu cơ cũng như<br />
nitơ trong nước thải rất cao, nếu chỉ xử lý<br />
bằng các quá trình sinh học yếm khí thường<br />
không triệt để, vẫn còn một lượng lớn các<br />
chất hữu cơ, chủ yếu là N, P. Do vậy, sau quá<br />
trình xử lý yếm khí, bước tiếp theo là quá<br />
trình sinh học hiếu khí – thiếu khí kết hợp<br />
cuối cùng có thể là bước xử lý bổ sung nhằm<br />
giảm thiểu tối đa thành phần dinh dưỡng. Một<br />
trong các quá trình hiếu khí và thiếu khí cơ<br />
bản thường được nghiên cứu ứng dụng nhiều<br />
trong xử lý nước thải chăn nuôi lợn đó là<br />
phương pháp sequencing batch reator (SBR)<br />
(bùn hoạt tính theo mẻ).<br />
Nghiên cứu này trình bày một số kết quả đạt<br />
được khi thay đổi chế độ sục khí đến quá<br />
trình xử lý nước thải chăn nuôi lợn sau xử lý<br />
yếm khí bằng phương pháp pháp SBR.<br />
NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP<br />
NGHIÊN CỨU<br />
Đối tượng nghiên cứu<br />
Đối tượng nước thải được chọn là nước thải<br />
từ hộ chăn nuôi lợn quy mô nhỏ. Nước thải<br />
lấy tại hộ gia đình chăn nuôi nhỏ lẻ, ở Gia<br />
Lâm (Hà Nội). Hộ gia đình chăn nuôi khoảng<br />
*<br />
<br />
Email: hongphuong83@gmail.com<br />
<br />
20 con lợn, rửa chuồng 3 lần/ngày, vào mùa<br />
hè rửa 4 lần/ngày. Lượng nước dùng khoảng<br />
1,5 – 2 m3/ngày, có một bể Biogas với thể<br />
tích 7 m3, có một bể chảy tràn 1,5 m3<br />
Nội dung nghiên cứu<br />
- Đánh giá ảnh hưởng của chế độ sục khí<br />
(liên tục, gián đoạn) hiệu quả xử lý COD, N<br />
Phương pháp nghiên cứu<br />
- Phương pháp lấy mẫu: Lấy mẫu theo TCVN<br />
5999:1995.<br />
- Phương pháp phân tích: Phân tích COD,<br />
Amoni, Nitrat, Nitrit, tổng N, P theo QCVN<br />
hiện hành<br />
- Phương pháp thu thập và xử lý số liệu:<br />
Tiến hành theo dõi hàng ngày và ghi lại các<br />
số liệu trong quá trình làm việc, xử lý bằng<br />
Excel. Tính toán các thông số tải lượng COD,<br />
hiệu suất xử lý và tỷ lệ C/N theo các công<br />
thức sau [1]<br />
+ Tính tải lượng COD, T-N: LCOD = CCODvào<br />
(mg/L) * Qvào (L/ngày) / (V * 1000);<br />
LT-N = CT-Nvào (mg/L) * Qvào (L/ngày) / (V *<br />
1000); với Qvào= Q (L/mẻ) *2 (mẻ/ngày)<br />
+ Tính hiệu suất xử lý: COD, NH4+ , T-N:<br />
H = (Cvào- Cra)*100/Cvào; Thời gian lưu:<br />
T = V / Qvào<br />
+ Tính tỷ lệ: C/N = CCODvào/CT-N vào<br />
LCOD, LT-N : Tải lượng COD, N (kg/m3/ ngày);<br />
Q: Lưu lượng (5 L/mẻ);<br />
T: Thời gian lưu nước thải (ngày), V: Thể<br />
tích nước trong bể phản ứng SBR (20L)<br />
21<br />
<br />
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên<br />
<br />
http://www.lrc-tnu.edu.vn<br />
<br />
Đặng T Hồng Phương và Đtg<br />
<br />
Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ<br />
<br />
H: Hiệu suất xử lý ( %);<br />
Cvào: Nồng<br />
độ COD, NH4+ hoặc T-N đầu vào (mg/L).<br />
Cra: Nồng độ COD, NH4+ hoặc T-N đầu ra<br />
(mg/L);<br />
1000: hệ số quy đổi<br />
KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN<br />
Thực nghiệm<br />
Đặc trưng nước thải trong nghiên cứu<br />
Đặc trưng của nước thải trong nghiên cứu<br />
được thể hiện trong Bảng 1:<br />
<br />
95(07): 21 - 26<br />
<br />
Mô hình thiết bị thí nghiệm<br />
Cải tạo hệ thiết bị bùn hoạt tính thành hệ thiết<br />
bị SBR, làm việc gián đoạn như hình 1.<br />
Các chế độ thí nghiệm<br />
- Chế độ 1: Chế độ sục khí gián đoạn 1 chu<br />
trình, sục khí 8 giờ, lắng 2 giờ, xả 1 giờ,<br />
khuấy trộn 2 giờ.<br />
Cơ sở lựa chọn chế độ 1: Nước thải nghiên<br />
cứu có đặc tính hàm lượng N (amoni) cao nên<br />
chọn thời gian sục khí kéo dài để đảm bảo<br />
quá trình nitrat hóa xảy ra hoàn toàn.<br />
<br />
Bảng1: Đặc trưng nước thải chăn nuôi lợn sau xử<br />
lý yếm khí (biogas) [2]<br />
Thông số<br />
Đơn vị<br />
Hàm lượng<br />
pH<br />
6,8 – 7,4<br />
COD<br />
mg/L<br />
450 – 800<br />
N-NH4+<br />
mg/L<br />
246 – 460<br />
mg/L<br />
N-NO30,5 – 4,4<br />
Tổng N<br />
mg/L<br />
250 – 463<br />
Tổng P<br />
mg/L<br />
5,6 – 10,4<br />
TSS<br />
mg/L<br />
1500 – 3000<br />
<br />
- Chế độ 2: Chế độ sục khí gián đoạn 1 chu<br />
trình thực hiện xử lý 5 lít/mẻ, bơm vào 1<br />
giờ, khuấy trộn 3 giờ, sục khí 6 giờ, lắng 1<br />
giờ, xả 1 giờ.<br />
Cơ sở chuyển từ chế độ thí nghiệm 1 sang chế<br />
độ thí nghiệm 2: Tăng thời gian thiếu khí để<br />
khử nitrat đã tạo ra.<br />
- Chế độ 3: Là chế độ sục khí gián đoạn 2 chu<br />
trình hiếu khí – thiếu khí, bơm vào 1 giờ,<br />
khuấy trộn 1 giờ (bắt đầu cùng lúc bơm vào),<br />
sục khí 3 giờ, lắng 2 giờ, khuấy trộn 1 giờ,<br />
sục khí tiếp 3 giờ, lắng 1 giờ và xả 1 giờ. Lưu<br />
lượng 5lít/mẻ.<br />
<br />
Đặc trưng của nước thải chăn nuôi lợn có<br />
chứa chất hữu cơ cao, hàm lượng amoni cao<br />
và chất rắn lơ lửng tương đối cao. Tuy nhiên,<br />
hàm lượng COD không cao nên phải bổ sung<br />
thêm cơ chất để tăng COD cho phù hợp với<br />
mục đích nghiên cứu.<br />
<br />
Máy tính<br />
Bơm nước thải<br />
<br />
pH<br />
Máy<br />
khuấy<br />
<br />
DO<br />
ORP<br />
<br />
Thùng<br />
đựng nước<br />
thải<br />
Lưu<br />
lượng<br />
khí<br />
<br />
Thùng chứa<br />
nước sạch<br />
<br />
Bơm nước ra<br />
Máy thổi khí<br />
<br />
Hình 1. Sơ đồ hệ thiết bị thí nghiệm SBR [3]<br />
<br />
22<br />
<br />
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên<br />
<br />
http://www.lrc-tnu.edu.vn<br />
<br />
Đặng T Hồng Phương và Đtg<br />
<br />
Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ<br />
<br />
95(07): 21 - 26<br />
<br />
Ảnh hưởng của chế độ sục khí đến hiệu quả xử lý COD, N<br />
Hiệu quả xử lý COD<br />
Hiệu quả xử lý COD tại các chế độ thí nghiệm khác nhau thể hiện trên hình 2<br />
COD ra<br />
<br />
Hiệu suất xử lý COD<br />
<br />
100<br />
<br />
1600<br />
<br />
80<br />
<br />
1200<br />
<br />
60<br />
<br />
800<br />
<br />
40<br />
CĐ 1<br />
<br />
CĐ 2<br />
<br />
CĐ 3<br />
<br />
400<br />
<br />
20<br />
<br />
0<br />
<br />
Hiệu suất xử lý COD, %<br />
<br />
COD, mg/l<br />
<br />
COD vào<br />
<br />
2000<br />
<br />
0<br />
0<br />
<br />
10<br />
<br />
20<br />
<br />
30<br />
<br />
40<br />
<br />
50<br />
<br />
60<br />
<br />
70<br />
<br />
80<br />
<br />
Thời gian, ngày<br />
<br />
Hình 2. Ảnh hưởng của chế độ sục khí đến hiệu suất xử lý COD<br />
<br />
Chế độ sục khí ảnh hưởng không lớn đến hiệu suất xử lý COD. Ở cả 3 chế độ đều cho hiệu suất<br />
xử lý đạt 85 – 90% và tương đối ổn định. Nồng độ đầu ra thấp, hầu hết trong khoảng 150 mg/L<br />
(đạt QCVN40:2011/BTNMT, cột B). Tuy nhiên chế độ 3 vẫn cho kết quả ổn định hơn cả.<br />
Hiệu quả xử lý Nitơ<br />
Hiệu quả xử lý N-NH4+<br />
Ảnh hưởng của thời gian sục khí/ngừng sục khí đến hiệu suất sử lý NH4+ tương đối rõ rệt, thể<br />
hiện ở hình 3<br />
NH4+ vào<br />
<br />
NH4+ ra<br />
<br />
Hiệu suất xử lý NH4+<br />
<br />
100<br />
<br />
+<br />
<br />
NH4 , mg/l<br />
<br />
500<br />
<br />
+<br />
<br />
80<br />
<br />
Hiệusuất xửlý NH4 , %<br />
<br />
600<br />
<br />
400<br />
60<br />
300<br />
40<br />
200<br />
CĐ 1<br />
<br />
CĐ 2<br />
<br />
CĐ 3<br />
<br />
20<br />
<br />
100<br />
0<br />
<br />
0<br />
0<br />
<br />
10<br />
<br />
20<br />
<br />
30<br />
40<br />
50<br />
Thời gian, ngày<br />
<br />
60<br />
<br />
70<br />
<br />
80<br />
<br />
Hình 3. Ảnh hưởng của chế độ sục khí đến hiệu quả xử lý NH4+<br />
<br />
- Tại chế độ 1, sục khí 8 giờ thì hiệu quả xử lý đạt khoảng 80%, nồng độ NH4+ ra < 100 mg/L;<br />
23<br />
<br />
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên<br />
<br />
http://www.lrc-tnu.edu.vn<br />
<br />
Đặng T Hồng Phương và Đtg<br />
<br />
Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ<br />
<br />
95(07): 21 - 26<br />
<br />
- Tại chế độ 2 và chế độ 3, hiệu quả xử lý đạt tương đối cao trên 90 – 99%, nồng độ NH4+ ra < 20<br />
mg/L.<br />
Sự chuyển hóa NO2Ảnh hưởng của chế độ sục khí đến sự chuyển hóa NO2- thể hiện trên hình 4.<br />
NO2- vào<br />
<br />
NO2- ra<br />
<br />
100<br />
CĐ 1<br />
<br />
CĐ 2<br />
<br />
CĐ 3<br />
<br />
NO2-, mg/l<br />
<br />
80<br />
60<br />
40<br />
20<br />
0<br />
0<br />
<br />
10<br />
<br />
20<br />
<br />
30<br />
<br />
40<br />
<br />
50<br />
<br />
60<br />
<br />
70<br />
<br />
80<br />
<br />
Thời gian, ngày<br />
<br />
Hình 4. Ảnh hưởng của thời gian sục khí/ngừng sục khí đến sự chuyển hóa NO2-<br />
<br />
Sự chuyển hóa NO3Ảnh hưởng của thời gian sục khí/ngừng sục khí được thể hiện ở hình 5.<br />
NO3- vào<br />
<br />
NO3- ra<br />
<br />
250<br />
<br />
NO3-, mg/l<br />
<br />
200<br />
150<br />
CĐ 1<br />
<br />
CĐ 2<br />
<br />
CĐ 3<br />
<br />
100<br />
50<br />
0<br />
0<br />
<br />
10<br />
<br />
20<br />
<br />
30<br />
<br />
40<br />
<br />
50<br />
<br />
60<br />
<br />
70<br />
<br />
80<br />
<br />
Thời gian, ngày<br />
Hình 5. Ảnh hưởng của thời gian sục khí/ngừng sục khí đến sự chuyển hóa NO3-<br />
<br />
Ảnh hưởng của thời gian sục khí/ngừng sục khí khá rõ rệt đến quá trình chuyển hóa Nitrat. Thời<br />
gian ngừng sục khí ít thì quá trình khử nitrat không đủ để thực hiện hết, vì thế tại chế độ 1 NO3đầu ra tương đối cao. Tuy nhiên đến chế độ 2, 3 thì với thời gian ngừng sục khí lên tới 6 giờ thì<br />
khả năng khử nitrat là rất tốt. Ở chế độ 3 nồng độ nước đầu ra hầu hết đạt dưới 30 mg/L.<br />
24<br />
<br />
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên<br />
<br />
http://www.lrc-tnu.edu.vn<br />
<br />
Đặng T Hồng Phương và Đtg<br />
<br />
Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ<br />
<br />
95(07): 21 - 26<br />
<br />
Hiệu quả xử lý T-N<br />
T-N vào, mg/l<br />
<br />
T-N ra, mg/l<br />
<br />
Hiệu suất xử lý T-N, %<br />
100.0<br />
<br />
T-N, mg/l<br />
<br />
500<br />
<br />
80.0<br />
<br />
400<br />
60.0<br />
CĐ 1<br />
<br />
CĐ 3<br />
<br />
CĐ 2<br />
<br />
300<br />
40.0<br />
200<br />
20.0<br />
<br />
100<br />
0<br />
<br />
Hiệu suất xử lý T-N, %<br />
<br />
600<br />
<br />
0.0<br />
0<br />
<br />
10<br />
<br />
20<br />
<br />
30<br />
<br />
40<br />
<br />
50<br />
<br />
60<br />
<br />
70<br />
<br />
80<br />
<br />
Thời gian, ngày<br />
<br />
Hình 6. Ảnh hưởng của chế độ sục khí đến hiệu quả xử lý T-N<br />
<br />
Tại chế độ 1 thì hiệu suất của hệ thống chỉ đạt<br />
khoảng 20 – 30%, tới chế độ 2 thì hiệu suất<br />
đã lên tới khoảng 70%. Và sang chế độ 3 thì<br />
hiệu suất xử lý T-N đã đạt tới khoảng 75 –<br />
80%. Như vậy có thể nhận thấy, tỷ lệ thời<br />
gian sục khí và ngừng sục khí là 1 : 1, và<br />
trong một mẻ thí nghiệm xảy ra hai chu trình<br />
thiếu khí – hiếu khí là đạt hiệu quả xử lý nitơ<br />
cao nhất.<br />
KẾT LUẬN<br />
- Chế độ sục khí không ảnh hưởng nhiều đến<br />
hiệu quả xử lý COD, ở cả 3 chế độ nghiên<br />
cứu, hiệu quả xử lý COD tương đối cao, đạt<br />
khoảng 90%.<br />
- Thời gian thực hiện quá trình nitrat hóa<br />
trong một mẻ thí nghiệm 12 giờ là 6 giờ,<br />
hiệu quả oxy hóa amoni đạt trong khoảng<br />
90 – 99%.<br />
<br />
- Hiệu quả xử lý T-N tại chế độ thời gian sục<br />
khí 6 giờ/1 mẻ 12 giờ bao gồm hai chu trình<br />
thiếu khí – hiếu khí là cao nhất, đạt hơn 80%.<br />
- Kết quả nghiên cứu này cho thấy chế độ sục<br />
khí 6 giờ/1 mẻ, 1 mẻ là 12 giờ, gồm hai chu<br />
trình thiếu khí – hiếu khí cho hiệu quả xử lý<br />
COD, T-N cao và ổn định nhất.<br />
TÀI LIỆU THAM KHẢO<br />
[1] Lương Đức Phẩm (2002), Giáo trình công<br />
nghệ xử lý nước thải bằng biện pháp sinh học,<br />
Nhà xuất bản Giáo dục, Hà Nội<br />
[2] Lê Công Nhất Phương (2007), Nghiên cứu<br />
triển khai ứng dụng xử lý ammonium trong nước<br />
thải nuôi heo với công suất 20 m3/ngày và nuôi<br />
dưỡng sinh khối có nhóm vi khuẩn Anammox.<br />
[3] Nguyễn Hữu Trung (2010), Báo cáo đề tài cấp<br />
cơ sở chọn lọc Viện Công nghệ môi trường<br />
“Nghiên cứu xử lý đồng thời thành phần hữu cơ và<br />
dinh dưỡng trong nước thải chăn nuôi lợn bằng<br />
phương pháp SBR”.<br />
<br />
25<br />
<br />
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên<br />
<br />
http://www.lrc-tnu.edu.vn<br />
<br />
Thêm vào BST
Báo xấu
Download
Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ
