Nghiên cứu đánh giá khả năng xử lý nước thải sinh hoạt sử dụng mô hình UASB.

GVHD : GVC. TS Trần Thị Mỹ Diệu

SVTH: Đoàn Quang Minh & Phan Nguyễn Nguyệt Minh

DOWNLOAD

XEM TRỰC TUYẾN POWER POINT

XEM TRỰC TUYẾN BÀI WORD

Đề tài: Nghiên cứu đánh giá khả năng xử lý nước thải sinh hoạt sử dụng mô hình UASB.

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI SINH HOẠT

1.1 ĐỊNH NGHĨA

Nước thải sinh hoạt là nước được thải bỏ sau khi sử dụng cho các mục đích sinh hoạt của cộng đồng : tắm , giặt giũ , tẩy rửa, vệ sinh cá nhân , …Chúng thường được thải ra từ các căn hộ , cơ quan , trường học , bệnh viện, chợ và các công tŕnh công cộng khác.

Lượng nước thải sinh hoạt của một khu dân cư phụ thuộc vào dân số , vào tiêu chuẩn cấp nước và đặc điểm của hệ thống thoát nước. Tiêu chuẩn cấp nước sinh hoạt cho một khu dân cư phụ thuộc vào khả năng cung cấp nước của các nhà máy nước hay các trạm cấp nước hiện có.Các trung tâm đô thị thường có tiêu chuẩn cấp nước cao hơn so với các vùng ngoại thành và nông thôn , do đó lượng nước thải sinh hoạt tính trên một đầu người cũng có sự khác biệt giữa thành thị và nông thôn.

Trong nước thải sinh hoạt các chất hữu cơ trong nước thải sinh hoạt chiếm khoảng 50 – 60 % tổng các chất gồm các chất hữu cơ thực vật như cặn bã thực vật, rau, hoa, quả, giấy … và các chất hữu cơ động vật như chất thải bài tiết của người và động vật, xác động vật … Các chất hữu cơ trong nước thải theo đặc tính hóa học gồm chủ yếu là protein (chiếm 40 – 60%), hydrat cacbon (25-50%), các chất béo, dầu mỡ. Ure cũng là chất hữu cơ quan trọng trong nước thải sinh hoạt (Lâm Minh Triết, 2008). Nồng độ các chất hữu cơ thường được xác định thông qua chỉ tiêu BOD và COD. Ngoài ra trong nước thải còn chứa các chất hoạt tính bề mặt mà điển hình là các chất tẩy tổng hợp (Alkyl bezen sunfonat) rất khó phân hủy sinh học và gây hiện tượng sủi bọt trong các trạm xử lý nước thải.

Các chất vô cơ trong nước thải chiếm 40 – 42% gồm chủ yếu là cát, đất sét, các axit, bazơ  vô cơ, dầu khoáng..

Trong nước thải sinh hoạt có mặt nhiều vi khuẩn, virút, nấm, rong tảo, trứng giun sán… Trong số các dạng vi sinh vật đó có thể có cả các vi trùng gây bệnh như lỵ, thương hàn, ecoli, coliform…với số lượng từ 10⁵ – 10⁶ con trong 1 ml.

1.2 TIÊU CHUẨN THẢI NƯỚC

Lượng nước thải sinh hoạt tại các cơ sở dịch vụ, công trình công cộng  phụ thuộc vào loại công trình, chức năng, số người tham gia, phục vụ trong đó. Tiêu chuẩn thải nước của một số loại  cơ sở dịch vụ và công trình công cộng này được nêu trong bảng 1.1. 

Bảng 1.1 Tiêu chuẩn thải nước của  một số cơ sở dịch vụ và công trình công cộng.

Nguồn nước thải	Đơn vị tính	Lưu lượng, l/ngày
Nhà ga, sân bay	Hành khách	7,5-15
Khách sạn	Khách	152-212
	Nhân viên phục vụ	30-45
Nhà ăn	Người ăn	7,5-15
Siêu thị	Người làm việc	26-50
Bệnh viện	Giường bệnh	473-908 ( 500-600)
	Nhân viên phục vụ	19-56
Trường Đại học	Sinh viên	56-113
Bể bơi	Người tắm	19-45
Khu triển lãm, giải trí	Người tham quan	15-30

Nguồn: Metcalf&Eddy. Wastewater Engineering Treatment, Disposal, Reuse. Third Eđition ,1991.

1.3 THÀNH PHẦN VÀ TÍNH CHẤT CỦA NƯỚC THẢI SINH HOẠT

1.3.1 Thành phần

Tùy vào mức độ phát triển của khu vực, mức sống cũng như thói quen sinh hoạt của người dân mà thành phần nước thải ở các khu vực cũng sẽ khác nhau

Bảng 1.2 Thành phần nước thải sinh hoạt ở TP. Hồ Chí Minh

Chỉ tiêu	Đơn vị	Kết quả
pH	-	6,7 - 7
Tổng chất rắn hòa tan (TDS)	mg/l	89
Amonia N_NH3	mg/l	0,5 - 25
N_Tổng	mg/l	5,9 - 12,9
Nhu cầu oxy hóa học (COD)	mg/l	75 - 300
Nhu cầu oxy sinh học (BOD)	mg/l	42 - 200
Photphat P_PO43-	mg/l	2,3
P_Tổng	mg/L	1,6
Chất rắn lơ lửng (SS)	mg/l	32 - 200
Tổng Coliform	#/100 ml	2,4 x 105

Nguồn: CENTEMA tháng 09/2003

1.3.2 Tính chất

 Nước thải sinh hoạt có những tính chất như:

• Màu nước thải sinh hoạt thường do sự phân hủy của các chất thải hữu cơ: Màu xanh là sự phát triển của tảo lam trong nước. Màu vàng biểu hiện của sự phân giải và chuyển đổi cấu trúc sang các hợp chất trung gian của các hợp chất hữu cơ. Màu đen biểu hiện của sự phân giải gần đến mức cuối cùng của các chất hữu cơ.

• Mùi: Mùi của nước thải chủ yếu là do sự phân huỷ các hợp chất hữu cơ trong thành phần có nguyên tố N, P và S. Xác của các vi sinh vật, thực vật có Prôtêin là hợp chất hữu cơ điển h́nh tạo bởi các nguyên tố N, P, S nên khi thối rữa đă bốc mùi rất mạnh.

•  Độ dẫn điện: Các muối tan trong nước phân li thành các ion làm cho nước có khả năng dẫn điện. Độ dẫn điện phụ thuộc vào nồng độ và độ linh động của các ion. Do vậy, độ dẫn điện cũng là một yếu tố đánh giá mức độ ô nhiễm nước.

  

CHƯƠNG 2

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 TỔNG QUAN.

Quá trình phây hủy kỵ khí các chất hữu cơ là quá trinh sinh hóa phức tạp tạo ra hàng tram sản phẩm trung gian và phản ứng trung gian trong điều kiện kỵ khí. Phương trình phản ứng sinh hóa trong điều kiện kỵ khí có thể biểu diễn như sau:

 Chất hữu cơ  CH₄ + CO₂ + H₂ + NH₃ + H₂S + Tế bào mới

Hỗn hợp khí sinh ra thường có thành phần như sau:

-       Methane (CH₄) : 55-65%

-       Carbon dioxide (CO₂) : 35-45%

-       Nitrogen (N₂) : 0-3%

-       Hydrogen (H₂) : 0-1%

-       Hydrogen Sulphide (H₂S) 0-1%

-        

Quá trình này xảy ra theo 4 giai đoạn sau: Thủy phân,Acid hóa, Acetate hóa, Mathane hóa

Các chất thải hữu cơ chứa nhiều chất hữu cơ cao phân tử như proteins, chất béo, carbohydrates, celluloses, lignin,…trong giai đoạn thủy phân, sẽ được cắt mạch tạo những phân tử đơn giản hơn, dễ phân hủy hơn. Các phản ứng thủy phân sẽ chuyển hóa protein thành amino acids, carbohydrate thành đường đơn, và chất béo thành các acid béo. Trong giai đoạn acid hóa, các chất hữu cơ đơn giản lại được tiếp tục chuyển hóa thành acetic acid, H2 và CO2. Các acid béo dễ bay hơi chủ yếu là acetic acid, propionic acid và lactic acid. Bên cạnh đó, CO2 và H2, methanol, các rượu đơn giản khác cũng được hình thành trong quá trình cắt mạch carbohydrate. Vi sinh vật chuyển hóa methan chỉ có thể phân hủy một số loại cơ chất nhất định như CO2 + H2, formate, acetate, methanol, methylamines, và CO. Các phương trình phản ứng thường xảy ra như sau:

-       4H₂ + CO₂ à CH₄ + 2H₂O

-       4HCOOH à CH₄ + 3CO₂ + 2H₂O

-       CH₃COOH à CH₄ + CO₂

-       4 CH₃OH à 3CH₄ + CO₂ + H₂O

-       4 (CH₃)₃N + H₂O à 9CH₄ + 3CO₂ + 6H₂O +NH₃

2.2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QUÁ TRÌNH XỬ LÝ KỊ KHÍ.

2.2.1 Giai đoạn thủy phân

Trong giai đoạn này, dưới tốc độ của emzim do vi khuẩn tiết ra, các phức chất và các chất không tan ( protein, lipid), chuyển hóa thành các phức đơn giản hoặc chất hòa tan (đường, amino axit, axit béo…). Quá trình này xảy ra chậm, tốc độ thủy phân phụ thuộc vào pH và kích thước hạt, đặc tính của cơ chất

2.1.2 Giai đoạn axit hóa

Trong giai đoạn này, vi khuẩn lên men chuyển hóa các chất hòa tan thành các chất hòa tan thành chất đơn giản như acid béo dễ bay hơi, alcohol, acid lactic…

Cellulose à acetate + rượu

Lipid à  acid hữu cơ

Protein à H2 ,CO2 NH3 ,H2S

2.1.3Giai đoạn acetat hóa

Vi khuẩn acetate chuyển hóa các sản phẩm của giai đoạn trên thành acetate, H₂, CO­­₂ và sinh khối mới.

2.1.4 Giai đoạn metan hóa

Acetate, H₂, CO­­₂ , acid formic và methanol chuyển hóa thành methane và sinh khối mới. Trong giai đoạn này, khoảng 72% lượng CH₄ được chuyển hóa từ H₂ và còn lại 28% CH₄ từ Acetic Acid

Chuyển hóa thành đường, aminoaxit

H2 , CO2 , axit hữu cơ, rượu,Butyric, propionic, latic, acetic acids,…

H2 , CO2 ,acetic acids,…

Methane, CO2

Thủy Phân (Hydrolysis) )

Acid hóa (Acidogenesis)

Acetate hóa (Acetogenesis)

Methanen hóa (Methanogenesis)

2.1.5 Vi sinh vật tham gia quá trình phân hủy kị khí

Bốn nhóm vi khuẩn chính tham gia vào quá trình:

-       Nhóm vi sinh vật thủy phân chất hữu cơ – Hydrolytic bacteria (chiếm hơn 50% tổng số VSV)

Ø  Protein, cellulose, lignin, lipid à acid amin, glucose, acid béo, glycerol.

Ø  Quá trình có sự xúc tác của enzyme ngoại bào: cellulase, protease, lipase

-       Nhóm vi sinh vật lên men acid – Fermentative acidogenic bacteria

Ø  Đường, acid amin, acid béo à Acid hữu cơ , alcol và kentons

-       Nhóm vi sinh vật acetic – Acetogenic bacteria bao gồm các loài Clostridium spp., Peptococcus anaerobus, Bifidobacterium spp., Desulphovibrio spp., Corynebacterium spp., Lactobacillus, Actonomyces, Staphylococcus và Escherichia coli.

Ø  Chuyển hóa acid béo, alcol → acetate,CO₂ và H₂.

Ø  Đòi hỏi thế Hydro thấp.

Ø  Thế hidro cao: acetate tạo thành giảm, các chất chuyển hóa thành acid propionic, butyric, ethanol → metan giảm.

Ø  Mối quan hệ cộng sinh giữa vi khuẩn acetic và vi khuẩn metan.

-       Nhóm vi sinh vật sinh methane gồm các loài dạng hình que (Methanobacterium, Methanobacillus), dạng hình cầu (Methanococcus, Methanosarcina).

Ø  VK metan hydrogenotrophic:

CO₂ + 4H₂ → CH₄ + 2H₂O

Ø  Vk metan acetotrophic:

CH₃COOH → CH₄ + CO₂

Ø  Methylotrophic methanogens:

3CH₃OH + 6H+ → 3CH₄ + 3H₂O

4(CH₃)₃ – N + 6H₂O → 9CH₄ + 3CO₂ + 4NH₃

Ø  NhómVK metan bao gồm cả gram âmvà gram dương, tăng trưởng chậm.

Ø  Thời gian thế hệ:

3 ngày ở 350C.

50 ngày ở 100C

CHƯƠNG 3

NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

3.1 MÔ HÌNH UASB

UASB là viết tắc của cụm từ Upflow anearobic sludge blanket, tạm dịch là bể xử lý sinh học dòng chảy ngược qua tầng bùn kỵ khí. UASB được nghiên cứu và phát triển vào cuối những năm 1970 bởi Tiến sĩ Gatze Lettinga và các đồng nghiệp tại trường đại học Wageningen (Hà Lan).Lúc đầu công nghệ UASB được xây dựng thí điểm để xử lý nước thải của một nhà máy sản xuất đường từ củ cải ở Hà Lan. Sau đó công nghệ này nhanh chóng được phát triển và ứng dụng quy mô lớn xử lý nước thải cho các nhà máy đường, chế biến tinh bột khoai tây, và các ngành công nghiệp thực phẩm khác cũng như các nhà máy tái chế giấy trên khắp đất nước Hà Lan vào cuối những năm 1970. Năm 1980, công nghệ UASB được công bố và ứng dụng rộng rãi trên thế giới.UASB được thiết kế cho nước thải có nồng độ ô nhiễm chất hữu cơ cao và thành phần chất rắn thấp .UASB có 2 đặc điểm chính sau:

-       Cả ba quá trình, phân hủy – lắng bùn – tách khí, được lắp cùng một công trình.

-       Tạo thành các loại bùn hạt có mật độ vi sinh vật rất cao và tốc độ lắng lớn hơn rất nhiều so với bùn hoạt tính hiếu khí dạng lơ lửng

3.1.1 Cấu tạo mô hình bể UASB

Bể UASB được chia thành 2 vùng chính:

Vùng chứa bùn phân hủy kỵ khí: Là lớp bùn hoạt tính chứa các VSV kỵ khí có khả năng phân hủy các hợp chất hữu cơ, nước thải vào được cho chảy qua lớp bùn này để xử lý.

Vùng lắng: nằm phía trên lớp bùn kỵ khí. Nước thải sau khi phân hủysẽ di chuyển lên vùng này để thực hiện quá trình lắng cặn.

Mô hình bể UASB để thí nghiệm gồm:

-       Số lượng : 2 mô hình

-       Mô hình làm bằng ống nhựa PVC, mỗi ống có đường kính 8 cm,cao 129 cm

-       Trên mỗi ống có 10 van lấy mẫu nước thải cách nhau 10 cm

-       Có 1 van dẫn nước vào ( xả sự cố dưới đáy)

-       1 máy bơm định lượng

-       Hệ thống phân phối nước vào, hệ thống máng răng cưa thu nước ra

-       Hệ thống thu khí, bình hấp thụ khí chứa dung dịch NaOH 5% và một số hệ thống phụ trợ khác….

Hình 3.1: Sơ đồ cấu tạo UASB

3.1.2 Nguyên tắc hoạt động

UASB là quá trình xử lý sinh học kỵ khí, trong đó nước thải sẽ được phân phối từ dưới lên và được khống chế vận tốc phù hợp. Cấu tạo của bể UASB thông thường bao gồm: hệ thống phân phối nước đáy bể, tầng xử lý và hệ thống tách pha.

Nước thải được phân phối từ dưới lên, qua lớp bùn kỵ khí, tại đây sẽ diễn ra quá trình phân hủy chất hữu cơ bởi các vi sinh vật, hiệu quả xử lý của bể được quyết định bởi tầng vi sinh này.Khí sinh ra trong điền kiện kỵ khí sẽ tạo nên dòng tuần hòa cục bộ giúp cho quá trình hình thành và duy trì bùn sinh học dạng hạt.Khí sinh ra từ lớp bùn sẽ dính bám vào các hạt bùn và cùng một số khí tự do khác sẽ nổi lên trên bề mặt bể. Hệ thống tách pha phía trên bể tách các pha rắn – lỏng và khí, qua đó thì các chất khí sẽ được dẫn qua ống hấp thu chứa dung dịch NaOH 5-10%, bùn sau khi tách khỏi bọt khí rơi xuống đáy bể và nước sau xử lý sẽ tràn theo máng rang cưa dẫn đến công trình tiếp theo.

Trong thực tế ta không có bùn hạt ban đầu nên ta phải vận hành với bùn ở bể tự hoại trước. Thời gian đầu, ta thực hiện với tải trọng khoảng 3 kg COD/m³.ngđ và bơm nước với vận tốc nhỏ. Mỗi khi hệ thống đạt trạng thái ổn định, ta tăng tải trọng lên gấp đôi cho đến khi đạt tải trọng 15-20 kg COD/m³.Thời gian này kéo dài khoảng 3-4 tháng. Sau đó, bể sẽ hoạt động ổn định và có khả năng chịu tải cao, cũng như nồng độ chất thải khá cao. Khí methane sinh ra sẽ được hấp thu, lượng bùn sinh ra rất nhỏ và có hiệu quả xử lý cao (khoảng 85-95%)

3.1.3 Ưu, nhược điểm

v Ưu điểm

Quá trình xử lý sinh học kỵ khí bằng mô hình UASB có những ưu điểm so với quá trình bùn hoạt tính hiếu khí như:

-       Xử lý các loại nước thải có nồng độ ô nhiễm hữu cơ rất cao, COD= 15000mg/l.

-       Hiệu suất xử lý COD có thể đến 85-95%.

-       Cả ba quá trình, phân hủy – lắng bùn – tách khí, được lắp cùng một công trình.

-       Ít tốn năng lượng vận hành, chỉ tốt năng lượng bơm nước lên

-       Ít bùn dư, giảm chu phí xử lý bùn

-       Bùn sinh ra dễ tách nước

-       Nhu cầu dinh dưỡng thấp

-       Có khả năng thu hồi năng lượng từ khí methane

-       Có khả năng hoạt động theo mù vì bùn kỵ khí có thể hồi phục và hoạt động được sau một thời gian ngưng không nạp liệu

   

v Nhược điểm

-       Quá trình ổn định bể ban đầu ( giai đoạn nuôi và phát triển bùn hạt) tốn nhiều thời gian, khó kiểm soát được quá trình xử lý.

-       Tăng sinh khối chậm

-       Nhạy cảm với nhiệt độ, pH, chất độc

-       Dễ mất ổn định

3.1.4 Phạm vi áp dụng

Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học kỵ khí với mô hình UASB ứng dụng cho hầu hết tất cả các loại nước thải có nồng độ COD từ mức trung bình đến cao: thủy sản fillet, chả cá Surimi, thực phẩm đóng hộp, dệt nhuộm, sản xuất bánh tráng, sản xuất tinh bột…

Hiện nay, tại Việt Nam mô hình bể UASB được sử dụng phổ biến để xử lý kị khí nước thải của các công ty, doanh nghiệp, các nhà máy, các ngành công nghiệp, đặc biệt là nước thải có chứa nồng độ COD cao. Tuy nhiên chưa có nghiên cứu nào chuyên sâu về việc áp dụng mô hình UASB để xứ lý nước thải sinh hoạt.

3.2 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG

Hiệu suất của bể UASB bị phụ thuộc vào các yếu tố như: nhiệt độ, pH, các chất độc hại trong nước thải…

3.2.1 Ảnh hưởng của pH

pH là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến toàn bộ quá trình phân hủy kị khí.pH thích hợp cho quá trình kị khí dao động trong khoảng 6,6 – 7,6. Nếu nước thải có pH< 6,2 thì VSV chuyển hóa methane sẽ bị ức chế, không hoạt động được. Do đó cần phải cung cấp đủ độ kiềm (1000 – 5000 mg/l) để đảm bảo pH của nước luôn lớn hơn 6,2.

Tuy rằng vi khuẩn tạo acid có thể chịu được pH thấp khoảng 5,5 nhưng vi khuẩn tạo methane bị ức chế ở pH đó. pH trong mô hình có khi hạ xuống thấp hơn 6,2 do sự tích tụ quá độ các acid béo do bị nạp quá tải hoặc do các độc tố trong nguyên liệu nạp ức chế hoạt động của vi khuẩn methane. Trong trường hợp này lập tức ngưng nạp mô hình để vi khuẩn sinh methane sử dụng hết các acid dư, khi mô hình ổn định bình thường trở lại người ta mới nạp lại nguyên liệu. Ngoài ra người ta có thể dùng vôi để trung hòa pH

3.2.2 Nhiệt độ

Quá trình phân hủy các chất hữu cơ ở điều kiện kị khí là một quá trình phức tạp với sự tham gia của hàng trăm vi sinh vật. Nhiệt độ và sự biến đổi của nhiệt độ trong ngày và các mùa ảnh hưởng đến tốc độ phân hủy chất hữu cơ. Nhiệt độ tối ưu khoảng 30 - 35 ^oC. Khi nhiệt độ tăng lên 10 ^oC thì tốc độ phân hủy của vi sinh vật sẽ tăng lên gấp đôi. Chúng có thể tiến hành phân hủy theo 3 mức nhiệt độ sau

- Psychrophilic: 10-20 ^oC

- Mesophilic: 30-35 ^oC

- Thermophilic: 50-55 ^oC

Khi nhiệt độ tăng tốc độ sinh khí tăng nhưng ở nhiệt độ trong khoảng 40 - 45^oC thì tốc độ sinh khí giảm vì khoảng nhiệt độ này không thích hợp cho vi khuẩn phát triển, nhiệt độ trên 60^oC tốc độ sinh khí giảm đột ngột và quá trình sinh khí bị kềm hãm hoàn toàn ở 65^oC trở lên.

3.2.3 Hàm lượng chất hữu cơ

Nồng độ chất hữu cơ trong nước thải vào bể UASB được xác định theo COD :

- Khi COD < 100 mg/l thì không thích hợp để sử dụng bể UASB, lúc đó có thể nghiên cứu sử dụng bể Aerotank hoặc công trình khác.

- Khi COD > 50000 mg/l thì cần pha loãng nước thải đầu vào với nguồn nước khác hoặc tuần hoàn nước thải đầu ra quay lại pha loãng với nước thải đầu vào để nhằm giảm nồng độ COD trong nước thải.

3.2.4 Các yếu tố gây ức chế đến quá trình phân hủy kị khí

UASB không thích hợp sử dụng đối với nước thải có hàm lượng ammonia lớn hơn 2000 mg/l hoặc nước thải có hàm lượng sulfate lớn hơn 500 mg/1.

Khi hàm lượng sulfate cao nên tách quá trình phân hủy kị khí thành 2 quá trình riêng biệt: quá trình acid hóa và quá trình methane hóa ( xây 2 bể riêng biệt).

Nồng độ muối cao trong nước thải cũng gây ành hưởng không tốt đến quá trình phân hủy của vi sinh vật methane. Khi nồng độ muối trong khoảng 5000-15000 mg/l thì có thể xem là độc tố của vi sinh vật.

Ngoài ra sự xuất hiện của một số kim loại nặng( Co, Ni, Fe, Zn, Mn, Al, Se, Mo, Cu) với nồng độ vượt mức có thể gây ức chế sự hoạt động của vi sinh vật.

3.3 CHỈ TIÊU PHÂN TÍCH

3.3.1 HRT

Thời gian lưu nước ảnh hưởng rất nhiều đến quá trình hình thành bùn hạt của hệ thống (vì ban đầu ta phải vận hành với bùn hoạt tính trong bể tự hoại) và đủ thời gian cho vi sinh vật thực hiện quá trình phân hủy kỵ khí. Thời gian lưu nước của quá trinh phân hủy kị khí lớn hơn rất nhiều so với quá trình phân hủy hiếu khí

Bảng 3.1 Thời gian lưu nước có thể áp dụng để xử lý nước thải sinh hoạt trong các thiết bị UASB cao 4m.

Nhiệt độ (oC)	HRT (thời gian lưu nước – giờ)	Thời gian lưu nước cực đại (giờ) tính trong trường hợp peak flow trong 4-6 giờ
16-29	10-14	7-9
22-26	7-9	5-7
>26	6-8	4-5

Nguồn: Metcaft & Eddy, 2003

3.3.2 pH

pH là một thuật ngữ được sử dụng rộng rãi để biểu diễn mức độ axit hoặc kiềm trong dung dịch.

pH được sử dụng để đánh giá các giai đoạn đang xảy ra của quá trình xử lý và hiệu quả của chúng.

Đo pH đầu vào và ra của nước thải trước và sau mỗi lần chạy mô hình. Điện cực hydro là điện cực chuẩn để đo pH. Tuy nhiên viêc sử dụng điện cực hidro sẽ không thuận lợi và thích hợp trong một số trường hợp, đặc biệt khi đo đạc bên ngoài hoặc đối với các dung dịch có chứa chất hấp phụ như platin den. Ngày nay việc sử dụng điệc cực thủy tinh để đo pH đã trở thành phương pháp tiêu chuẩn để đo pH mà không bị ảnh hưởng của hầu hết các ion khác.

3.3.3 BOD

v Ý nghĩa

BOD được sử dụng rộng rãi trong kỹ thuật môi trường. Nó là chỉ tiêu xác định mức độ ô nhiễm của nước thải sinh hoạt và công nghiệp qua chỉ số oxy dùng để khoáng hóa các chất hữu cơ…

Ngoài ra BOD còn là một trong những chỉ tiêu quan trọng nhất để kiểm soát ô nhiễm dòng chảy.

BOD còn liên quan đến việc đo lượng oxy tiêu thụ do vi sinh vật khi phân hủy chất hữu cơ có trong nước thải. Do đó BOD còn được ứng dụng để ước lượng công suất các công trình xử lý sinh học cũng như đánh giá hiệu quả của các công trình đó.

v Nguyên tắc

Sử dụng loại chai DO đặc biệt có thể tích 300 ml, cho mẫu vào đầy chai. Đo hàm lượng oxy hòa tan (DO) ban đầu và sau 5 ngày ủ ở nhiệt độ 20⁰C. Lượng oxy chênh lệch do vi sinh vật sử dụng chính là BOD.

v Các ảnh hưởng

Vi sinh vật nitrate hóa sẽ sử dụng oxy để oxy hóa nitơ NH3 thành NO2- và NO3-, do đó có thể làm thiếu hụt oxy hòa tan trong nước dẫn đến việc đo BOD không còn chính xác.

3.3.4 COD

v Ý nghĩa

COD là một trong những chỉ tiêu đặc trưng dùng để kiểm tra ô nhiễm của nguồn nước thải và nước mặt, đặc biệt là các công trình xử lý nước thải.

v Nguyên tắc

Hầu hết tất cả các chất hữu cơ đều bị phân hủy khi đun sôi trong hỗn hợp cromic và acid sulfuric:

         C_nH_aO_b + c CrO₇^2- + 8c H⁺ ® n CO₂ + (a + 8c) H₂O + 2c Cr³⁺          (1)

Với c = 2/3n + a/6 – b/3

Lượng potassium dicromate biết trước sẽ giảm tương ứng với lượng chất hữu cơ có trong mẫu. Lượng dicromate dư sẽ được định phân bằng dung dịch Fe(NH₄)₂(SO₄)₃ và lượng chất hữu cơ bị oxy hóa sẽ tính ra bằng lượng oxy tương đương qua Cr₂O₇^2- bị khử, lượng oxy tương đương này chính là COD.

v Ảnh hưởng và giới hạn (APHA 5220A.2)

Sự oxy hoá của hầu hết các hợp chất hữu cơ chiếm từ 95-100% giá trị lý thuyết. Pyridine và những hợp chất tương tự chống lại sự oxy hoá và những hợp chất dễ bay hơi sẽ tác dụng trở lại theo tỷ lệ với chất oxy hoá. Các hợp chất béo mạch thẳng bị oxy hoá hiệu quả hơn khi có sự hiện diện của chất xúc tác bạc sulfat.

Cản trở phổ biến nhất là ion Cloride (Cl^-). Cloride tác dụng với ion bạc tạo thành kết tủa AgCl, và như thế đã ức chế khả năng xúc tác của bạc. Bromide, iot và những chất mà trơ với ion bạc cũng gây những ảnh hưởng tương tự. Những cản trở dạng này có khuynh hướng chống lại quá trình oxy hoá của chính ion dichromate. Tuy nhiên, trong điều kiện phân huỷ khắc khe, chloride, bromide và iot có thể tác dụng với dichromate để tạo ra những dạng cơ bản của halogen và ion crom. Kết quả là gây sai số lớn hơn. Cản trở của ion chloride có thể giảm đáng kể, dù không hoàn toàn, khi thêm Sulfat thuỷ ngân (HgSO₄) vào trước khi thực hiện quá trình hoàn lưu. Tỷ lệ thêm vào là HgSO₄:Cl^- là 10:1. Nếu mẫu có nồng độ Cl^- thấp hơn 2000 mg/l thì không cần bổ sung HgSO₄.

Ammonia và các dẫn xuất có trong nước thải hoặc trong các chất hữu cơ có nitơ không bị oxy hóa. Tuy nhiên, chlorine phản ứng với các hợp chất này tạo ra chloride. Vì vậy, hạn chế ảnh hưởng của chloride là rất khó.

Tỉ lệ COD : NO₂^- là 1,1mg O₂ : 1 mg N-NO₂^-. Vì nồng độ NO₂^- trong nước hiếm khi vượt qua 1 hoặc 2 mg/L, nên ảnh hưởng của nó là không đáng kể và có thể bỏ qua. Để loại bỏ ảnh hưởng của NO₂^-, thêm 10 mg sulfamic acid  tương ứng với 1 mg N-NO₂^- có trong thể tích mẫu được sử dụng, tương tự thêm 1 lượng sulfamic acid như vậy vào mẫu trắng.

Các chất vô cơ có tính khử như ion sắt, sulfide, mangan, … sẽ bị oxy hóa dưới điều kiện thí nghiệm.

Các muối bạc, Cr⁶⁺ và thủy ngân sử dụng trong phương pháp phân tích COD là rất độc hại. Đặc biệt là thủy ngân. Nếu lượng chloride trong mẫu không đáng kể thì không cần bổ sung HgSO₄. Có thể thu hồi các chất thải này nếu cần thiết.

Các chất hữu cơ dễ bay hơi sẽ bị oxy hoá hoàn toàn trong hệ thống kín vì thời gian tiếp xúc với chất oxy hoá lâu. Kích thước của ống tuỳ thuộc vào khả năng chịu nóng và độ chính xác khi thiết kế. Dùng ống có kích thuớc 25 x 150mm cho mẫu có COD thấp bởi vì cần một lượng mẫu lớn hơn để phân tích.

Phương pháp này áp dụng cho COD nằm trong khoảng từ 40 – 400 mg/L. Nếu mẫu có COD cao hơn phải pha loãng. Hoặc có thể sử dụng dung dịch phân hủy dichromate có nồng độ cao hơn để đo giá trị COD cao hơn. Giá trị COD là 100 mgO₂/L hoặc thấp hơn có thể sử dụng dung dịch dichromate pha hoãng hoặc dung dịch chuẩn độ FAS nồng độ thấp hơn (FAS có nồng độ nhỏ hơn 0,1M).

  

3.3.5 SS,VSS

v Ý nghĩa

Chất rắn trong nước bao gồm các chất tồn tại ở dạng lơ lửng và dạng hòa tan. Chất rắn ảnh hưởng xấu đến chất lượng nước hoặc nước thải. Hàm lượng cặn lơ lửng gây ảnh hưởng nghiêm trọng trong việc kiểm soát quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học.

v Định nghĩa

Chất rắn tổng cộng (TS) là lượng chất rắn trong cốc sau khi làm bay hơi nước trong mẫu và làm khô trong tủ sấy ở nhiệt độ xác định, bao gồm tổng hàm lượng các chất rắn lơ lửng SS (phần tổng lượng chất rắn còn lại trên giấy lọc) và hàm lượng chất rắn hòa tan VS (phần đi qua giấy lọc).

Chất rắn ổn định là phần còn lại của chất rắn tổng cộng, lơ lửng và hòa tan sau khi đốt với thời gian xác định và ở nhiệt độ thích hợp.

Chất rắn bay hơi  là trọng lượng mất sau khi đốt.

Việc xác định chất rắn ổn định và chất rắn bay hơi không được phân biệt một cách rõ ràng giữa chất vô cơ và chất hữu cơ vì khối lượng mất đi sau khi đốt không phải là các chất hữu cơ, nó bao gồm cả khối lượng mất đi do phân hủy hoặc do bay hơi của một vài loại muối vô cơ.

v Nguyên tắc

Mẫu đã khuấy trộn đều được làm bay hơi trong cốc đã cân và làm khô đến trọng lượng không đổi trong tủ sấy ở nhiệt độ 103 ¸ 105⁰C. Độ tăng trọng lượng cốc chính là khối lượng chất rắn tổng cộng TS. Nếu tiếp tục nung cốc ở 550 ± 50⁰C thì độ tăng trọng lượng của cốc sau khi nung so với trọng lượng cốc không ban đầu chính là hàm lượng chất rắn ổn định.

Mẫu đã khuấy trộn đều được lọc qua giấy lọc sợi thủy tinh (đã xác định trọng lượng ban đầu), sau đó làm khô giấy lọc có cặn đến trọng lượng không đổi ở nhiệt độ 103 ¸ 105⁰C. Độ tăng trọng lượng giấy lọc sau khi sấy là hàm lượng tổng chất rắn lơ lửng TSS.

         Tổng chất rắn lơ lửng TSS =  chất rắn tổng cộng TS - tổng chất rắn hòa tan TDS

         Chất rắn ổn định TFS    =  chất rắn tổng cộng TS - chất rắn bay hơi VS

v Các trở ngại

Loại phễu lọc, kích thước lỗ, độ rộng, diện tích, độ dày của giấy lọc và tính chất vật lý của cặn như: kích thước hạt, khối lượng các chất giữ lại trên giấy lọc là các yếu tố ảnh hưởng đến việc phân tích chất rắn hòa tan.

Nhiệt độ làm khô có vai trò quan trọng, ảnh hưởng mạnh đến kết quả vì khối lượng mất đi do sự bay hơi các chất hữu cơ, nước liên kết, nước tinh thể và các khí từ việc phân hủy hóa học do gia nhiệt, cũng như trọng lượng thu được do oxy hóa, phụ thuộc vào nhiệt độ và thời gian nung nóng.

Mẫu có hàm lượng dầu và mỡ cao cũng ảnh hưởng đến kết quả phân tích, do khó làm khô đến trọng lượng không đổi trong thời gian thích hợp.

CHƯƠNG 4

MỤC TIÊU KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

4.1  MỤC TIÊU

Nghiên cứu đánh giá khả năng xử lý nước thải sinh hoạt sử dụng mô hình UASB

4.2 XÁC ĐỊNH THÔNG SỐ TỐI ƯU

4.2.1 Nhiệt độ

Vùng nhiệt độ để quá trình phân hủy kị khí xảy ra là khá rộng và mỗi vùng sẽ thích hợp cho từng

nhómVSV.

Nhiệt độ tăng 10⁰C thì tốc độ tăng trưởng của vi sinh vật tăng gấp đôi.

Nhiệt độ càng thấp thì thời gian lưu nước càng dài (để đảm bảo quá trình phân hủy kị khí).

4.2.2 pH

pH dao động trong khoảng 6,6 – 7,6.

Nếu nước thải có pH < 6,2 thì vi sinh vật chuyển hóa metan sẽ bị ức chế, không hoạt động được. Do đó, cần phải cung cấp đủ độ kiềm để đảm bảo pH của nước luôn lớn hơn 6,2.

4.2.3 Thời gian

Thời gian lưu nước tùy thuộc loại nước thải và điều kiện môi trường. Đủ lâu cho phép các hoạt

động trao đổi kỵ khí xảy ra.

4.2.4 Yếu tố gây độc

Bể UASB sẽ không thích hợp để xử lý nước thải khi nồng độ các chất đạt đến một giá trị tới hạn.

Nồng độ NH3 – N = 2.000 mg/l

   Độ mặn >15.000 mg/l

   SO4 > 500mg/l …

4.2.5 Vận tốc

Phải kiểm soát vận tốc nước vào bể UASB sao cho đủ lớn để bùn ở trạng thái lơ lửng, đủ nhỏ để bùn không trào ra ngoài.