b. Tiến trình thí nghiệm:
Theo báo cáo nghiên cứu của Lan, quá trình EF sẽ bẻ mạch các phân tử glyphosate và tạo thành glycine [129]. Vì vây, để nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng nhằm tối ưu hóa quá trình xử lý thứ cấp glyphosate bằng hệ MBR, luận án pha dung dịch đầu là glyphosate và glycine để tìm các điều kiện xử lý thích hợp cho tất cả các thí nghiệm. Tuy nhiên, dung dịch đầu vào này có hàm lượng dinh dưỡng thấp, để duy trì sự sống của VSV nguồn dinh dưỡng được bổ sung theo Bảng 2.4 để đảm bảo cho hệ MBR có COD đạt khoảng 800 ÷ 1000 mg, tỷ lệ chất dinh dưỡng (COD:N:P) là tốt nhất để VSV phân hủy sinh học [130]. Vì vậy chất dinh dưỡng gồm N và P được bổ sung vào bể phản ứng sinh học. Tỷ lệ COD:N:P = 100:5:1 thường được nghiên cứu sử dụng [130].
Bảng 2.4. Bảng pha chất nuôi bùn hoạt tính
Tên hóa chất | Nồng độ (g/L) | |
1 | Glyphosate | 0,003 |
2 | Glycine | 0,0015 |
3 | Glucozo (Merck, 99,7%) | 0,85 |
4 | NaHCO3 (Merck, 99,7%) | 0,78 |
5 | NH4Cl (Merck, 99,8%) | 0,03 |
6 | K2HPO4 (Merck, 99%) | 0,02 |
7 | FeSO4.7H2O (Merck, 99,5%) | 0,02 |
8 | MgSO4.4H2O (Merck, 99%) | 0,025 |
9 | ZnSO4.7H2O (Merck, 99%) | 0,19 |
Có thể bạn quan tâm!
-
Nguyên Nhân Cơ Chế Ảnh Hưởng Gây Bít Tắc Màng Mbr -
Hệ Ef Trong Phòng Thí Nghiệm Theo Đó, Hệ Ef Bao Gồm: -
Giá Trị Ph Của Quá Trình Ef Trong Các Nghiên Cứu Khác Nhau -
Nghiên Cứu Xử Lý Glyphosate Bằng Quá Trình Fenton Điện Hóa -
Ảnh Hưởng Của Khoảng Cách Điện Cực Đến Khả Năng Xử Lý Glyphosate -
Ảnh Hưởng Của Nồng Độ Glyphosate Ban Đầu Đến Khả Năng Xử Lý Của Quá Trình Fenton Điện Hóa
Xem toàn bộ 229 trang tài liệu này.
Bùn hoạt tính được nuôi trong phòng thí nghiệm trong khoảng 6 tháng (hàng ngày bổ sung dinh dưỡng nuôi VSV như trong Bảng 2.4 ở trên, glyphosate và glycine được bổ sung từ từ vào để tránh gây sốc cho VSV với quy tắc nuôi là trong tháng đầu tiên cho glyphosate và glycine với nồng độ 1/8 nồng độ trong bảng 2.4; tháng thứ 2 bổ sung với nồng độ bằng 1/4 nồng độ trong bảng 2.4; tháng thứ 3 thì bổ sung nồng độ bằng 1/2 nồng độ trong bảng 2.4; từ tháng thứ tư thì bổ sung nồng độ bằng nồng độ trong bảng 2.4) để nồng độ bùn hoạt tính (MLSS) đạt mức 5.000 ÷ 10.900 mg/L.
Sau khi bùn hoạt tính ổn định nồng độ MLSS = 5.000 ÷ 10.900 mg/L, tiến hành các thí nghiệm. Dung dịch đầu vào chứa chất ô nhiễm được bơm nhu động bơm dẫn vào bể MBR. Tại bể phản ứng thêm các chất dinh dưỡng theo tỷ lệ như Bảng 2.4 sao cho giá trị nồng độ glyphosate, COD, NH4+; tổng N; tổng P của dung dịch trong khoảng từ 2,5 ÷ 3 mg/L; 800 ÷ 1.000 mg/L, 25 ÷ 35 mg/L, 35 ÷ 50 mg/L; 5 ÷ 15 mg/L; pH của dung dịch đầu vào khi thêm các chất dinh dưỡng có pH kiềm nhẹ (thường từ 7,5 ÷ 8,5), điều kiện này giúp VSV phát triển.
Tại bể phản ứng sinh học, diễn ra quá trình các VSV hiếu khí phân hủy chất hữu cơ thành CO2, H2O và sinh khối mới. Nước sạch sau đó được bơm hút qua mođun màng, phần sinh khối, VSV và bùn hoạt tính lưu lại trong bể MBR bởi màng lọc, nhờ các màng vi lọc có kích thước lỗ màng 0,3 μm. Sử dụng máy thổi khí để sục khí cho hệ MBR, lưu lượng sục khí từ 5 ÷ 7 lít không khí/phút sao cho giá trị DO của dung dịch trong khoảng 4 ÷ 5 mg/L. Xác định DO bằng máy đo DO cầm tay đa thông số Hach HQ40d. Tùy thí nghiệm mà điều chỉnh chế độ S/D cho phù hợp. Máy sục khí ngoài việc cung cấp không khí cho VSV còn có nhiệm vụ thổi bay bùn cặn trong các kênh màng và hạn chế hiện tượng bám cặn màng.
Dung dịch được xử lý bằng VSV hiếu khí trong bùn hoạt tính. Môđun màng được vận hành luân phiên với chu kỳ hút 8 phút và tắt 2 phút. Nước sạch sau đó được bơm qua môđun màng bằng máy bơm nhu động. Khi TMP cao hơn 35 kPa (gây ra tắc nghẽn màng nghiêm trọng), hai máy bơm sẽ tự động ngắt và bơm dung dịch rửa để rửa ngược màng.
Định kỳ 24 giờ lấy mẫu nước trong thùng chứa nước sau xử lý (nước ở giai đoạn này được hút qua môđun màng lọc), sau đó đem phân tích: glyphosate, COD, NH4+, TN, TP. Kết quả này để xác định hiệu suất xử lý bằng quá trình MBR.
c) Nội dung nghiên cứu:
* Ảnh hưởng của chế độ S/D lên khả năng xử lý glyphosate, COD, NH4+, tổng N, tổng P
Lượng DO cung cấp cho quá trình nhiều hay ít quyết định thành phần VSV trong bể, mặt khác các VSV trong điều kiện khác nhau (hiếu khí, kỵ khí, thiếu khí) có khả năng xử lý glyphosate, TN, TP, COD và NH4+ khác nhau. Mặt khác, trên thực tế, việc sục khí có thể tiêu tốn đến 60 ÷ 70% tổng năng lượng sử dụng của toàn bộ hệ thống [131]. Do đó, cần tiến hành sục khí luân phiên (chu trình S/D lặp đi lặp lại) để
tránh tiêu hao năng lượng và tăng cường xử lý thiếu khí. Trong nghiên cứu này, để xác định ảnh hưởng chế độ sục khí của hệ MBR, các thí nghiệm được tiến hành ở ba chế độ (S/D) khác nhau là 50/70 (phút), 60/60 (phút), 70/50 (phút). Trong đó các điều kiện thí nghiệm lưu lượng được nạp vào liên tục với lưu lượng là 96 L/ngày tương ứng với thời gian lưu nước là 9h, pH đầu vào trong khoảng từ 7,5 ÷ 8,5; giá trị glyphosate, COD, NH4+, TN, TP của nước thải được điều chỉnh lần lượt trong 2,5 ÷ 3 mg/L; 800 ÷ 1.000 mg/L, 25 ÷ 35 mg/L; 35 ÷ 50 mg/L, 5 ÷ 15 mg/L, MLSS: 7.500 ÷ 9.000 mg/L.
Định kỳ 24 giờ lấy mẫu nước trong thùng chứa nước sau xử lý (nước ở giai đoạn này được hút qua môđun màng lọc), sau đó đem phân tích: glyphosate, COD, NH4+, TN, TP
Sau khi có kết quả, căn cứ hiệu suất xử lý glyphosate, TN, TP, COD, amoni theo ngày của các chế độ sục khí khác nhau để lựa chọn chế độ S/D phù hợp. Các thông số khảo sát ảnh hưởng của chế độ S/D được thể hiện trên Bảng 2.5.
Bảng 2.5. Điều kiện của chế độ S/D trong hệ MBR
Đơn vị | Chế độ 1 | Chế độ 2 | Chế độ 3 | |
Q | (L/ngày) | 96 | 96 | 96 |
pH | – | 7,4 ± 0,8 | 7,4 ± 0,8 | 7,4 ± 0,8 |
DO | mg/L | 4 ÷ 5 | 4 ÷ 5 | 4 ÷ 5 |
HRT | h | 9 | 9 | 9 |
Kg glyphosate/m3 ngày | 0,007 ÷ 0,008 | 0,007 ÷ 0,008 | 0,007 ÷ 0,008 | |
Tải lượng | Kg COD/m3 ngày | 2,133 ÷ 2,667 | 2,133 ÷ 2,667 | 2,133 ÷ 2,667 |
Kg NH4+/m3 ngày | 0,067 ÷ 0,093 | 0,067 ÷ 0,093 | 0,067 ÷ 0,093 | |
Kg TN/m3 ngày | 0,093 ÷ 0,133 | 0,093 ÷ 0,133 | 0,093 ÷ 0,133 | |
Kg TP/m3 ngày | 0,013 ÷ 0,04 | 0,013 ÷ 0,04 | 0,013 ÷ 0,04 | |
MLSS | mg/L | 7500 ÷ 9000 | 7500 ÷ 9000 | 7500 ÷ 9000 |
S/D | phút/phút | 50/70 | 60/60 | 70/50 |
Nhiệt độ | oC | 20 oC ÷ 35 oC | 20oC ÷ 35 oC | 20 oC ÷ 35 oC |
* Ảnh hưởng của thời gian lưu bùn đến khả năng xử lý glyphosate, COD, NH4+, tổng N, tổng P
SRT là một trong những thông số quan trọng vì nó ảnh hưởng đến quá trình xử lý, lượng bùn sinh ra, nhu cầu oxy.
Để nghiên cứu ảnh hưởng của SRT đến hiệu quả xử lý, nồng độ bùn được duy trì với các điều kiện: SRT1 từ 1 ÷ 14 ngày tương ứng MLSS1: 5.000 ÷ 7.500 mg/L; SRT2 từ 15 ÷ 28 ngày tương ứng MLSS2: 7.500 ÷ 9.000 mg/L và SRT3 từ 29 ÷ 42 ngày tương ứng MLSS3: 9.000 ÷ 10.900 mg/L. Chế độ S/D và tải lượng đầu vào là các giá trị lựa chọn được ở các thí nghiệm trên và giữ không đổi trong tất cả các thí nghiệm theo Bảng 2.6.
Bảng 2.6. Thông số đầu vào khảo sát ảnh hưởng SRT
Đơn vị | Chế độ 1 | Chế độ 2 | Chế độ 3 | |
Q | (L/ngày) | 96 | 96 | 96 |
pH | – | 7,4 ± 0,8 | 7,4 ± 0,8 | 7,4 ± 0,8 |
DO | mg/L | 4 ÷ 5 | 4 ÷ 5 | 4 ÷ 5 |
HRT | h | 9 | 9 | 9 |
Kg glyphosate/m3 ngày | 0,007 ÷ 0,008 | 0,007 ÷ 0,008 | 0,007 ÷ 0,008 | |
Tải lượng | Kg COD/m3 ngày | 2,133 ÷ 2,667 | 2,133 ÷ 2,667 | 2,133 ÷ 2,667 |
Kg NH4+/m3 ngày | 0,067 ÷ 0,093 | 0,067 ÷ 0,093 | 0,067 ÷ 0,093 | |
Kg TN/m3 ngày | 0,093 ÷ 0,133 | 0,093 ÷ 0,133 | 0,093 ÷ 0,133 | |
Kg TP/m3 ngày | 0,013 ÷ 0,04 | 0,013 ÷ 0,04 | 0,013 ÷ 0,04 | |
MLSS | mg/L | 5000 ÷ 7500 | 7500 ÷ 9000 | 9000 ÷ 10900 |
S/D | phút/phút | 60/60 | 60/60 | 60/60 |
Nhiệt độ | oC | 20oC ÷ 35oC | 20oC ÷ 35oC | 20oC ÷ 35oC |
Định kỳ 24 giờ lấy mẫu nước trong thùng chứa nước sau xử lý (nước ở giai đoạn này được hút qua môđun màng lọc), sau đó đem phân tích: glyphosate, COD, NH4+, TN, TP.
Căn cứ kết quả hiệu suất xử lý glyphosate, TN, TP, COD, amoni để lựa chọn SRT thích hợp cho quá trình MBR.
* Ảnh hưởng của thời gian lưu thủy lực (HRT) đến khả năng xử lý glyphosate, COD, NH4+, TN, TP
Để nghiên cứu ảnh hưởng của HRT đến hiệu quả xử lý, các điều kiện HRT được thực hiện tại: 3h; 4,5h, 9h. Chế độ S/D và OLR, SRT là các giá trị lựa chọn được ở các thí nghiệm trên và giữ không đổi trong tất cả các thí nghiệm theo Bảng 2.7.
Bảng 2.7. Thông số đầu vào khảo sát ảnh hưởng HRT
Đơn vị | Chế độ 1 | Chế độ 2 | Chế độ 3 | |
Q | (L/ngày) | 96 | 192 | 288 |
pH | – | 7,4 ± 0,8 | 7,4 ± 0,8 | 7,4 ± 0,8 |
DO | mg/L | 4 ÷ 5 | 4 ÷ 5 | 4 ÷ 5 |
HRT | h | 3 | 4,5 | 9 |
Kg glyphosate/ m3 ngày | 0,02÷0,024 | 0,013÷0,016 | 0,007÷0,008 | |
Tải lượng | Kg COD/m3 ngày | 6,4 ÷ 8 | 4,267 ÷ 5,333 | 2,133 ÷ 2,667 |
Kg NH4+/m3 ngày | 0,2 ÷ 0,28 | 0,133 ÷ 0,187 | 0,067 ÷ 0,093 | |
Kg TN/m3 ngày | 0,28 ÷ 0,4 | 0,187 ÷ 0,267 | 0,093 ÷ 0,133 | |
Kg TP/m3 ngày | 0,04 ÷ 0,12 | 0,027 ÷ 0,08 | 0,013 ÷ 0,04 | |
MLSS | mg/L | 7500 ÷ 9000 | 7500 ÷ 9000 | 7500 ÷ 9000 |
S/D | Phút/phút | 60/60 | 60/60 | 60/60 |
Nhiệt độ | oC | 20oC ÷ 35oC | 20oC ÷ 35oC | 20oC ÷ 35oC |
Định kỳ 24 giờ lấy mẫu nước trong thùng chứa nước sau xử lý (nước ở giai đoạn này được hút qua môđun màng lọc), sau đó đem phân tích: glyphosate, COD, NH4+, TN, TP.
Căn cứ kết quả hiệu suất xử lý glyphosate, TN, TP, COD, amoni để lựa chọn HRT thích hợp cho quá trình MBR.
* Nghiên cứu khả năng bít tắc màng và làm sạch màng
Để nghiên cứu ảnh hưởng bít tắc màng áp dụng điều kiện HRT, SRT, S/D, MLSS, DO đã tìm được ở trên. Thông lượng áp suất qua màng (TMP) được thực hiện là 4 L/m2.h và theo dõi áp suất thay đổi theo ngày được thực hiện bằng đồng hồ đo áp suất tối đa là 35 kPa.
Phân tích thời gian gây bít tắc màng và từ đó đưa ra biện pháp phục hồi màng để đảm bảo quá trình hoạt động.
Phương pháp khắc phục tắc nghẽn màng lọc
Trong quá trình hoạt động các chất vô cơ hoặc hữu cơ bám lên bề mặt màng lọc gây tắc nghẽn màng lọc, làm giảm năng suất lọc. Do vậy cần phải làm sạch màng lọc để hệ thống xử lý được hoạt động tốt.
Có hai cách làm sạch màng lọc, đó là làm sạch bằng phương pháp vật lý và phương pháp hóa học,
Phương pháp vật lý
Hệ thống sục khí: các bọt khí di chuyển từ dưới lên trên, tác dụng lên bề mặt màng lọc, tách các cặn bẩn bám trên màng lọc và làm giảm sự tắc nghẽn màng lọc.
Khi lưu lượng khí cung cấp vào giảm, cần phải vệ sinh hệ thống sục khí, Nguyên nhân do bùn đi vào hệ thống sục khí, do đó cần phải ngừng hoạt động của màng lọc và tiến hành rửa ống thổi khí,
Trong quá trình vận hành, đường ống thổi khí bị nghiêng, dòng khí không đi vào chính giữa hộp màng lọc làm giảm hiệu quả hạn chế bùn bám lên bề mặt sợi màng, do đó cần điều chỉnh đường ống thổi khí lại như ban đầu.
Phương pháp hóa học
Nếu tổn thất qua màng tăng lên trên 30 ÷ 35 cm/H, cần kết hợp cả phương pháp vật lý và làm sạch màng bằng hóa chất.
Nguyên nhân màng lọc bị tắc không xử lý được bằng phương pháp vật lý là do các chất hữu cơ hòa tan đã đi sâu vào trong sợi màng. Các chất vô cơ có kích thước lớn hơn kích thước lỗ màng nên không đi sâu vào trong sợi màng được, bằng chứng là độ đục trong nước rất thấp. Như vậy là màng lọc bị nhiễm bẩn bởi các hợp chất hữu cơ, do đó lựa chọn NaOCl làm sạch màng lọc. Sử dụng NaOCl làm sạch màng trong hệ MBR tốt hơn so với các hóa chất khác như enzyme, axit hoặc H2O2 điều này cũng phù hợp với nghiên cứu khi cho rằng đối với công nghệ MBR – Aeroten truyền thống, hóa chất làm sạch màng lọc thường dùng là hypochlorite (NaOCl). Để làm sạch màng lọc cần ngâm màng lọc trong thời gian dài, thường một chu kỳ là từ 30 ÷ 60 phút, ở các nồng độ trung bình của NaOCl là 200 ÷ 500 mg/L. Hiện này công bố về điều kiện làm việc tối ưu của NaOCl để làm sạch màng lọc tốt nhất là chưa có báo. Nguyên nhân một phần có thể do chỉ có ít các biện pháp để làm sạch màng lọc mà các đặc tính của màng lọc trước và trong khi lọc và ở các giai đoạn làm sạch màng lọc thì cần được đánh giá chặt chẽ.
Quy trình làm sạch màng lọc bằng dung dịch NaOCl bao gồm các bước sau:
Bước 1: Làm sạch bằng phương pháp vật lý
Màng lọc được đưa ra khỏi hệ thống, tiến hành làm sạch bằng phương pháp vật lý, dung bơm sục ngược bằng nước sạch,
Bước 2: Làm sạch bằng phương pháp hóa học
Chuẩn bị dung dịch NaOCl 1000 mg/L: pha 0,4 lít NaOCl 10% vào 40 lít nước sạch. Đặt màng lọc vào trong bể hóa chất và ngâm 2 giờ.
Chạy lại màng lọc trong bể nước sạch 30 phút với năng suất lọc 4 Lít/m2.h, không cần sục khí.
Bước 3: Đánh giá áp xuất thẩm thấu qua màng
Nếu áp suất qua màng đạt giá trị như màng ban đầu thì dừng quá trình làm sạch màng.
Nếu áp suất qua màng cao hơn thì tiếp tục rửa và ngâm màng bằng hóa chất như trên sau đó lắp màng lọc trở lại hệ thống.
Kết quả nhận được cho thấy, làm sạch bằng rửa ngược, rửa ngược với NaOCl, và rửa ngược với NaOCl và HCl theo các chu kỳ thích hợp là các biện pháp có hiệu quả, dễ thực hiện để chống bít tắc màng và khôi phục tốc độ lọc của màng.
2.2.1.3. Kết hợp quá trình EF và quá trình MBR
a) Thử nghiệm với mẫu dung dịch glyphosate
Tiến hành quá trình EF đối với mẫu dung dịch glyphosate ở mục 2.2.1.1 với các điều kiện tối ưu của pH, nồng độ xúc tác Fe2+, cường độ dòng điện, khoảng cách điện cực, nồng độ chất điện ly đã nghiên cứu ở trên.
Đánh giá hiệu quả tiền xử lý của quá trình EF bằng cách phân tích mẫu nước trước khi xử lý và sau khi xử lý khi chạy hệ EF với các chỉ tiêu: nồng độ glyphosate, glycine, amoni, TN, TP, COD, BOD5.
MBR
Fenton điện hóa
Hình 2.13. Sơ đồ kết hợp quá trình EF và quá trình MBR
Mẫu nước sau tiền xử lý quá trình EF tiếp tục được đưa vào hệ MBR. Tại đây, áp dụng chế độ S/D, SRT, OLR, HRT tối ưu đã nghiên cứu thực nghiệm ở nội dung 2.2.1.2.
Để đánh giá hiệu suất xử lý thứ cấp tiến hành phân tích nồng độ glyphosate, COD, BOD5, glycine, TN, TP trong nước trước khi xử lý và sau khi xử lý của hệ MBR.
b) Thử nghiệm trên mẫu nước thải chứa hóa chất BVTV thực tế
Các điều kiện về pH, nồng độ xúc tác Fe2+, mật độ dòng, khoảng cách điện cực, nồng độ chất điện ly tối ưu tìm được áp dụng tiến hành quá trình EF đối với nước thải công ty TNHH Việt Thắng.
Tiến hành phân tích các chỉ tiêu mẫu nước thải trước và sau khi xử lý bằng quá trình EF: nồng độ glyphosate, COD, BOD5, hóa chất BVTV Clo hữu cơ, hóa chất BVTV photpho hữu cơ, TN, TP. Các chỉ tiêu hóa chất BVTV clo và hóa chất BVTV photpho được thêm vào nước thải để đánh giá hiệu quả xử lý bằng quá trình EF.
Mẫu nước thải sau quá trình xử lý bằng EF được đưa vào hệ MBR xử lý. Tại đây, áp dụng chế độ S/D, SRT, OLR, HRT tối ưu tìm được. Đánh giá hiệu quả quá trình MBR.
Phân tích các chỉ tiêu trong nước thải trước khi xử lý và sau khi xử lý của hệ MBR: nồng độ glyphosate, amoni, BOD5, COD, hóa chất BVTV clo hữu cơ, hóa chất BVTV photpho hữu cơ, TN, TP.
Từ kết quả đó đánh giá hiệu quả khi kết hợp của 2 quá trình EF và MBR trong xử lý nước thải thực.
2.2.2. Phương pháp phân tích
- pH xác định theo đo bằng máy cầm tay HI 991001 (HANNA).
- Phương pháp thử SMEWW 5220C: 2017 để xác định COD tại Viện.Công
.nghệ.môi trường, Học.viện Nông nghiệp Việt.Nam và Viện Hóa.công nghiệp Việt Nam.
- BOD5 xác định theo TCVN 6001–1 : 2008–Tiêu chuẩn quốc gia (ISO 5815–1: 2003) tại Học viện Nông nghiệp Việt Nam và Viện Hóa công nghiệp Việt Nam.
- Hàm lượng NH4+: đo bằng máy quang phổ UV–Vis, theo các phương pháp SMEWW 4500–N tại Viện Công nghệ môi trường và xác định theo TCVN 5988: 1995 tại Viện Hóa công nghiệp.
- Hàm lượng N tổng được xác định theo TCVN 6638: 2000.
- Hàm lượng P tổng được xác định theo TCVN 6202: 2008.
- MLSS: Được xác định theo phương pháp trọng lượng TCVN 6625:2000.