nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi heo

Chương 4 Nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi heo ở trại Xuân Thọ III bằng quá trình
lọc sinh học kị khí


43








4.1 Sơ lược nội dung và phương pháp nghiên cứu

Nước thải sau bể biogas được lấy về. Để lắng 2 giờ để loại bỏ cặn lơ lửng dễ lắng.
¾ Xác định thành phần tính chất nước thải sau lắng.
¾ Tiến hành chạy trên mô hình thí nghiệm lọc sinh học kị khí tĩnh.
- Xác định khả năng xử lý đối với nước thải chăn nuôi sau bể biogas.
- Xác định đặc tính xử lý theo thời gian của mô hình thí nghiệm.
- Xác định các thông số động học
¾ Tiến hành chạy trên mô hình thí nghiêm lọc sinh học kị khí động.
- Xác định hiệu quả xử lý ứng với các thời gian lưu nước khác nhau. Từ đó chọn ra
thời gian lưu nước tốt nhất.
- Xác định tải trọng tối ưu ứng với thời gian lưu nước tốt nhất
Từ các kết quả thu được, ứng dụng các lý thuyết đ
ã biết để giải thích và rút ra kết luận.

Chương 4 Nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi heo ở trại Xuân Thọ III bằng quá trình
lọc sinh học kị khí


44

4.2 Xác định thành phần tính chất nước thải
Bảng 4.1: Thành phần tính chất nước thải sau lắng


Chỉ tiêu Kết quả phân tích Đơn vị
pH 7.23 - 8.07

COD 1300 - 1700 mg/l
BOD
5
845 - 1190 mg/l
SS 200 - 400 mg/l
N-NH
3
304 - 471 mg/l

N-tổng 512 - 594 mg/l
P-tổng 13.8 - 62 mg/l

4.3 Mô hình thí nghiệm và nguyên tắc hoạt động
4.3.1 Mô hình thí nghiệm












Chương 4 Nghiên cứu xử lý nước thải chăn ni heo ở trại Xn Thọ III bằng q trình
lọc sinh học kị khí


45

Hình 4.1: Mơ hình lọc kị khí tĩnh
















Hình 4.2: Mơ hình lọc kị khí động


Bơm đònh lượng
Nước ra
Lớp vật liệu

lọc sơ dừa
Nước vào
Van xả đáy
Van lấy
nước
Van xả đáy
Bơm
Lớp vật liệu
lọc sơ dừa
Van lấy
mẫu
Chương 4 Nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi heo ở trại Xuân Thọ III bằng quá trình
lọc sinh học kị khí


46

Mô hình tĩnh và động được làm từ các bình nhựa trong, có kích thước:
• Đường kính: 330 mm
• Chiều cao bình: 450 mm
• Thể tích bình: 20 lít
Các thông số ban đầu của mô hình lọc kị khí tĩnh và động:
• Vật liệu lọc: sơ dừa, dạng sợi
• Đăc tính của sơ dừa:
9 Đường kính một sợi: 0.435 mm
9 Khối lượng riêng của sơ dừa đã nén chặ
t: 234.3 kg/m
3

• Tổng chiều cao lớp lọc sơ dừa: 350 mm

• Tổng thể tích sơ dừa trong nước: 4 lít
• Khối lượng sơ dừa: 1kg
• Tổng thể tích chứa nước: 14 lít.
• Tổng thể tích sơ dừa và nước trong mô hình: 18 lít
4.3.2 Nguyên tắc hoạt động
9 Mô hình lọc kị khí tĩnh:

Ban đầu nước thải được bơm vào mô hình thông qua van xả đáy. Sau đó nước
được bơm tuần hoàn từ đỉnh xuống đáy mô hình trong suốt thời gian khảo sát. Khi hiệu
quả xử lý đạt mức ổn định, nước được tháo ra ngoài qua van xả đáy.
Tại vị trí van lấy mẫu, tiến hành lấy mẫu phân tích.
9 Mô hình lọc kị khí động:

Nước được bơm xuống đáy mô hình thông qua bơm định lượng. Khi hết thời gian
lưu nước trong mô hình, nước tràn ra ngoài theo van lấy nước.
Tiến hành lấy mẫu đầu vào hệ thống ngay tại vị trí đầu ra của bơm, và đầu ra hệ
thống ngay tại vị trí van lấy nước.
4.4 Phương pháp thí nghiệm
4.4.1 Thí nghiệm trên mô hình tĩnh
9 Giai đoạn thích nghi

Mục đích là tạo ra lớp màng vi sinh dính bám lên lớp vật liệu lọc để xử lý nước
thải.
Giai đoạn thích nghi bắt đầu với nồng độ COD = 600mg/l. Nước thải được bơm
tuần hoàn trong suốt thời gian thích nghi.Để đẩy nhanh quá trình thích nghi, thúc đẩy quá
Chương 4 Nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi heo ở trại Xuân Thọ III bằng quá trình
lọc sinh học kị khí


47

trình hình thành màng vi sinh dính bám lên sơ dừa, tiến hành bổ sung bùn lấy từ hệ thống
phân huỷ khị khí. Bùn lấy về, rây qua lưới lọc, loại bỏ rác và sạn sau đó cho vào mô hình
sao cho hàm lượng VSS ban đầu là 10-12g VSS/1 lít nước thải.
Giai đoạn thích nghi kết thúc khi hiệu quả xử lý ổn định và hình thành lớp màng vi
sinh dính bám trên sơ dừa.
Giai đoạn thích nghi của mô hình thí nghiệm kéo dài trong 2 tuần, 1 tuần cho 1 lần
thay nước với nồng độ COD = 600 mg/l. Trong giai đoạn thích nghi, ti
ến hành đo các chỉ
tiêu COD, pH.
9 Giai đoạn tăng nồng độ

Sau khi thích nghi, tiến hành tăng nồng độ và theo dõi hiệu quả xử lý ở các nồng
độ COD = 600 mg/l , 1200 mg/l, 1500 mg/l. Thời gian theo dõi là 2 ngày.
Mỗi nồng độ chạy trong 2 tuần. Cuối mỗi nồng độ, tiến hành theo dõi đặc tính xử
lý của mô hình theo thời gian.
Ở mỗi nồng độ, tiến hành phân tích các chỉ tiêu COD, BOD
5
, pH, N-NH
3
,PO
4
3-
, N
tổng. Nhưng do điều kiện thí nghiệm không cho phép để thực hiện phân tích các chỉ tiêu
BOD
5
,PO
4
3-
, N tổng một cách thường xuyên nên các thông số kiểm soát thường xuyên

cho cả mô hình tĩnh và động là COD, N-NH
3,
pH.
4.4.2 Thí nghiệm trên mô hình động
9 Giai đoạn thích nghi:

Tương tự như mô hình tĩnh. Nước thải được bơm tuần hoàn trong suốt quá trình
thích nghi bằng bơm định lượng với lưu lượng 28.8 lít/ngày đến khi hình thành lớp màng
vi sinh và hiệu quả xử lý ổn định.
9 Giai đoạn ổn định:

Tiến hành khảo sát hiệu quả xử lý của mô hình ở các thời gian lưu nước khác nhau,
theo thứ tự giảm dần thời gian lưu: HRT = 24giờ, 12giờ, 8giờ và 4 giờ. Với HRT = 24 giờ,
tiến hành tăng dần nồng độ đến khi đạt được nồng độ thực COD = 1500 mg/l và hiệu quả
xử lý ổn định thì giảm dần thời gian lưu nước.
Trong quá trình thí nghiệm, thực hiện phân tích thường xuyên các chỉ
tiêu: COD,
pH, NH
3
.

4.5 Kết quả thí nghiệm và thảo luận
4.5.1 Mô hình tĩnh
4.5.1.1 Theo dõi hiệu quả xử lý ứng với các nồng độ COD khác nhau


Chương 4 Nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi heo ở trại Xuân Thọ III bằng quá trình
lọc sinh học kị khí

48
H
N-
NH3
(%)
-9.3
17.2
15.1
18.0
-6.8
-19.4
15.9
- 4.7
10.1
39.3
16.9
-3.7
-10.8
22.8
12.1
11.7
-15.6
12.8
8.7
8.9
2.6
N-NH
3r
mg/l
(HRT=

2 ngày)
223.0
213.0
260.5
174.0
189.0
289.0
224.5
326.0
320.0
253.0
247.0
320.0
210.0
237.0
291.0
321.0
367.0
344.5
396.0
364.0
352.0
N-NH
3v
mg/l
204.0
258.0
307.0
212.5
117.0

242.0
209.0
311.5
356.0
279.0
298.0
349.0
190.0
307.0
327.5
363.5
317.5
395.0
433.5
399.5
361.5
pH
r
(HRT=
2 ngày)
7.85
7.88
7.48
7.66
7.58
7.86
7.68
7.94
7.84
7.73

7.73
8.10
7.75
7.51
7.70
7.51
7.68
7.57
7.68
7.93
7.64
pH
r
(HRT=
1 ngày)
7.84
7.65
7.58
7.58
7.84
7.65
7.45
7.84
8.06
8.02
7.85
8.09
7.89
7.30
7.61

7.55
7.60
7.60
7.52
7.87
7.57
pH
V
7.77
7.38
7.62
7.52
7.21
7.74
7.42
7.81
7.57
7.68
7.92
7.59
7.57
7.42
7.52
7.30
7.62
7.73
7.41
7.82
7.62
H

COD
(%)
(HRT=
2 ngày)
29.5
40.3
68.0
68.1
65.9
67.1
68.9
68.0
69.6
69.7
71.3
78.5
71.4
70.3
63.7
67.0
67.5
67.8
68.5
70.0
67.8
H
COD
(%)

(HRT=

1 ngày)
15.7
34.2
66.0
66.3
65.9
67.1
68.9
68.0
65.0
68.2
62.7
78.5
71.4
70.3
64.0
62.0
65.0
66.9
66.1
68.1
67.8
COD
r
(HRT=
2 ngày)
470
398
192
208

250
224
204
339
343
340
315
206
324
302
523
504
520
476
483
445
502
COD
r
(HRT=
1 ngày)
562
439
204
220
250
238
204
339
395

357
409
206
324
302
518
580
560
490
520
474
502
COD
v

667
667
600
652
733
680
655
1059
1129
1123
1097
960
1134
1018
1440

1527
1600
1480
1532
1484
1557
Bảng 4.2: Kết quả chạy mô hình tĩnh ở các nồng độ COD khác nhau


COD=
600
mg/l
COD=
1000
mg/l
COD=
1500
mg/l
Chương 4 Nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi heo ở trại Xuân Thọ III bằng quá trình
lọc sinh học kị khí


49
0
200
400
600
800
1000
1200

1400
1600
1800
012345678910111213141516171819202122
COD (mg/l)
COD vào COD ra (HRT=1 ngày) COD ra (HRT=2 ngày)
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22
COD (mg/l)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
Hiệu quả xử lý (%)
COD vào Hiệu quả xử lý (HRT=1 ngày)

Hiệu quả xử lý (HRT=2 ngày)
HRT: thời gian lưu nước.















Đồ thị 4.1: Sự biến đổi COD ở các nồng độ khác nhau

Đồ thị 4.2: Hiệu quả xử lý COD ở các nồng độ khác nhau

Chương 4 Nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi heo ở trại Xuân Thọ III bằng quá trình
lọc sinh học kị khí


50
0
100
200
300
400
500
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22
N-NH
3
(mg/l)
N-NH3 vào
N-NH3 ra (HRT=2 ngày)
0
100
200
300
400
500
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22

N-NH3 (mg/l)
-30
-20
-10
0
10
20
30
Hiệu quả xử lý (%)
N-NH3 vào
Hiệu quả xử lý (% )













Đồ thị 4.3: Sự biến đổi N-NH
3
ở các nồng độ khác nhau

Đồ thị 4.4: Hiệu quả xử lý N-NH
3
ở các nồng độ khác nhau




Chương 4 Nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi heo ở trại Xuân Thọ III bằng quá trình
lọc sinh học kị khí


51
4.0
4.5
5.0
5.5
6.0

6.5
7.0
7.5
8.0
8.5
012345678910111213141516171819202122
pH
pH vào
pH ra (HRT=2ngày)














Đồ thị 4.5: Sự biến đổi pH ở các nồng độ COD khác nhau

Nhận xét:
Trong giai đoạn thích nghi ban đầu, tại COD = 600 mg/l, hiệu quả xử lý COD sau
1 ngày lưu nước chỉ đạt 15-34%, sau 2 ngày lưu nước chỉ đạt 35-40%. Hiệu quả xử lý
thấp do vi sinh vật chưa thích nghi và chưa dính bám tốt. Sau giai đoạn thích nghi, hiệu
quả xử lý tăng lên và đạt ổn định .

9 T
ại nồng độ COD = 600 mg/l, hiệu quả xử lý COD sau 1 ngày lưu nước 1
khoảng 65-69%, sau 2 ngày lưu nước khoảng 65-68%.
9 Tại nồng độ COD = 1000 mg/l, hiệu quả xử lý COD sau 1 ngày lưu nước
khoảng 65-71%, sau 2 ngày lưu nước khoảng 68%-71%.
9 Tại nồng độ COD = 1500 mg/l, hiệu quả xử lý COD sau 1 ngày lưu nước:
64-67%, sau 2 ngày lưu nước: 66-68%.
Nhìn trên đồ thị, ta thấy rõ sự ổn định về hiệu suất xử lý khi tăng COD từ
600 mg/l
lên 1000 mg/l và 1500 mg/l.
Hiệu quả xử lý COD ở cả 3 nồng độ khá cao 65-70% (sau khi đã qua 1 bậc xử lý kị
khí trong bể biogas). Ở mỗi nồng độ, không có sự khác biệt đáng kể về hiệu xuất xử lý
COD sau 1 ngày lưu nước và 2 ngày lưu nước. Điều này có thể giải thích do nước thải
chăn nuôi là loại nước thải dễ phân hủy sinh học; hơn nữa, sau khi qua bể biogas, một
phần các chất h
ữu cơ đã bị phân hủy, những chất khó phân huỷ cũng đã được vi khuẩn
thuỷ phân, lên men và vi khuẩn acid hoá chuyển thành các hợp chất đơn giản, dễ phân
Chương 4 Nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi heo ở trại Xuân Thọ III bằng quá trình
lọc sinh học kị khí


52
hủy, thuận lợi cho hoạt động phân huỷ của hệ vi sinh kị khí trong quá trình lọc kị khí. Do
đó tốc độ methane hoá trong quá trình lọc kị khí xãy ra nhanh hơn, hiệu quả xử lý ở các
nồng độ khá cao và ổn định sau thời gian xử lý là 1 ngày.
Vậy ta có thể chọn thời gian lưu nước là 1 ngày.
pH tăng ít từ 0.03 đến 0.3 đơn vị. N-NH
3
ứng

với thời gian lưu nước 2 ngày biến
động (tăng hoặc giảm) 20-40 mg/l. Sự biến động này là do ảnh hưởng của NH
3
sinh ra
trong quá trình kị khí và NH
3
do vi khuẩn sử dụng để tổng hợp tế bào.
4.5.1.2.Theo dõi sự biến đổi các thông số theo thời gian ứng với các nồng độ COD
khác nhau
a. Nồng độ COD = 600 mg/l
Bảng 4.3: Sự biến đổi các thông số theo thời gian tại COD = 600 mg/l

Giờ
COD
(mg/l)
Hiệu quả xử lý
H
COD
(%)
pH
N-NH
3
(mg/l)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17

18
776
565
426
353
311
345
334
353
338
310
296
310
310
268
240
240
240
240
240
0
27.2
45.1
54.5
59.9
55.5
57.0
54.5
56.4
60.1

60.1
65.5
69.1
69.1
69.1
69.1
69.1
69.1
69.1
7.98
-
7.71
-
7.77
-
8.00
-
8.07
-
7.95
-
7.98
-
8.08
-
8.04
-
8.07
250
-

275
-
263
-
242
-
225
-
210
-
222
-
231
-
216
-
222
Chương 4 Nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi heo ở trại Xuân Thọ III bằng quá trình
lọc sinh học kị khí


53
0
100
200
300
400
500
600
700

800
900
02468101214161820
Giờ
COD (mg/l)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
Hiệu quả xử lý (%)
COD
Hiệu quả xử lý
pH
6.00
6.50
7.00
7.50
8.00
8.50
0 2 4 6 8 101214161820
Giờ

Đồ thị 4.6: Sự biến đổi COD theo thời gian tại nồng độ 600mg/l












Đồ thị 4.7: Sự biến đổi pH theo thời gian tại nồng độ COD = 600 mg/l

Chương 4 Nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi heo ở trại Xuân Thọ III bằng quá trình
lọc sinh học kị khí


54
0
50
100
150
200
250
300
02468101214161820
Giờ
N-NH3 (mg/l)
N-NH3



Đồ thị 4.8: Sự biến đổi N-NH
3
theo

thời gian tại nồng độ COD = 600 mg/l

Nhận xét:
Hiệu quả xử lý COD khá cao, gần 70%. Trong 4 giờ đầu, COD giảm nhanh từ 776
mg/l xuống còn 311 mg/l, hiệu quả xử lý đạt 60%. Sau đó, COD giảm chậm hơn ở các giờ
tiếp theo. Sau 14 giờ lưu nước, COD chỉ còn 240 mg/l, ứng với hiệu suất xử lý là 69% và

đạt ổn định ở các giờ còn lại.
Trong 4 giờ đầu pH giảm đồng thời COD cũng giảm. pH đầ
u vào là 7.98, pH sau 4
giờ lưu nước giảm còn 7.77 (giảm 0.2 đơn vị), sau đó pH tăng lên và dao động nhẹ xung
quanh giá trị pH = 8.
N-NH
3
trong vài giờ đầu tăng 10 – 20 mg/l, sau đó giảm dần ở thời gian tiếp theo.