TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC VÀ THỰC PHẨM
BỘ MÔN CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT MÔI TRƢỜNG
-------------------o0o--------------------
ĐỀ CƢƠNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ MOVING BED BIOFILM
REACTOR (MBBR) ĐỂ XỬ LÝ NƢỚC THẢI TRẠI BÒ SỮA
GVHD: TS. Trần Thị Kim Anh
SVTH:
Trần Lê Duy
13150013
Nguyễn Đoàn Thu Thủy
13150078
Thành phố Hồ Chí Minh tháng 1 năm 2017
1. Lý do chọn đề tài
Mặc dù đất nước đang thực hiện công nghiệp hóa hiện đại hóa, ngành công nghiệp và
dịch vụ đang dần được thay thế cho nền nông nghiệp. Tuy nhiên, là một nước nông
nghiệp thì ngành nông nghiệp vẫn góp phần trong sự tăng trưởng kinh tế của nước nhà
trong đó ngành chăn nuôi chiếm phần quan trọng nhất trong sự phát triển sản xuất nông
nghiệp. Chăn nuôi là một nghề giúp người dân nâng cao thu nhập trong gia đình đồng thời
giải quyết vấn đề thực phẩm của chúng ta trong cuộc sống hàng ngày. Bên cạnh đó, ngành
chăn nuôi cũng thải ra một lượng lớn nước thải ra môi trường gây ô nhiễm môi trường
đặc biệt tới sức khỏe con người và sinh vật. Việc thiết kế một hệ thống xử lý nước thải là
vấn đề không thể thiếu đối với tất cả chúng ta để giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường
hiện nay.
Nước thải chăn nuôi chứa nhiều chất hữu cơ như BOD, COD, nitơ, Photpho,... đã có có
nhiều phương pháp vật lý, hóa học và sinh học được áp dụng để xử lý nước thải chăn
nuôi. Tuy nhiên, phương pháp sinh học hiện đang là một giải pháp tối ưu cho việc xử lý
ni tơ, photpho. Một số công trình sinh học được áp dụng hiện nay như: Mương ô xi hóa,
hầm biogas, MBBR,...
Công nghệ màng sinh học với giá thể di động (MBBR) đã được phát triển ở Nauy từ thập
niên 80. MBBR đạt được hiệu quả xử lý sinh học cao, cơ bản dựa trên sự kết hợp ưu điểm
của quá trình bùn hoạt tính và quá trình màng sinh học.
Trong bể hiếu khí sự chuyển động của các giá thể được tạo thành do sự khuếch tán của
những bọt khí có kích thước trung bình được thổi từ máy thổi khí. Trong khi đó, ở bể
thiếu khí/ kị khí thì quá trình này được tạo ra bởi sự xáo trộn của các giá thể trong bể
bằng cánh khuấy. Hầu hết các bể MBBR được thiết kế ở dạng hiếu khí có lớp lưới
chắn ở cửa ra, ngày nay người ta thường thiết kế lớp lưới chắn có dạng hình trụ đặt thẳng
đứng hay nằm ngang. Nhân tố quan trọng của quá trình xử lý này là các giá thể động có
lớp màng biofilm dính bám trên bề mặt. Những giá thể này được thiết kế sao cho diện tích
bề mặt đạt hiệu dụng lớn nhất, để lớp màng biofilm dính bám trên bề mặt giá thể và tạo
điều kiện tối ưu cho hoạt động vi sinh vật khi những giá thể này lơ lửng trong nước và
tiếp xúc với chất dinh dưỡng.
Mô hình lọc sinh học giá thể di động MBBR (Moving Bed Biofilm Reactor) sử dụng giá
thể di động biocell giúp quá trình diễn ra trong bể MBBR có khả năng loại bỏ chất ô
nhiễm cao hơn so với quá trình bùn hoạt tính do chuỗi thức ăn dài trong lớp màng hình
thành trên giá thể lơ lửng trong bể có số lượng nhiều và phong phú các loài như: protozoa,
metozoa, vi khuẩn và nấm. Khả năng xử lý trên một đơn vị thể tích bể cao hơn quá trình
bùn hoạt tính thông thường do số lượng sinh khối trên mỗi đơn vị thể tích của màng vi
sinh cao hơn. Nhờ quá trình tạo màng liên tục và loại bỏ phần vi sinh già chết ở phía
ngoài, điều này làm cho trẻ hóa năng lượng, vi sinh mới nhanh chóng phát triển. Lượng
bùn dư sinh ra ít hơn quá trình bùn hoạt tính. Bên cạnh đó, công nghệ này có khả năng
chịu sự biến đổi về thủy lực và tải trọng cao hữu cơ cao. Do đó việc đề xuất sử dụng bể
MBBR có thể ứng dụng trong điều kiện diện tích xử lý hạn hẹp với chi phí xử lý ít tốn, là
nghiên cứu bước đầu phù hợp với hướng đi trên. Đấy là lý do chúng tôi chọn đề tài:
“Nghiên cứu ứng dụng công nghệ moving bed biofilm reactor (MBBR) để xử lý nước thải
trại bò sữa”.
2. Mục tiêu đề tài.
- Ứng dụng những kiến thức đã được học và học được về kỹ thuật xử lý nước thải bằng
MBBR để xử lý nước thải chăn nuôi bò.
- Đánh giá tải trọng xử lý các chất hữu cơ của công nghệ MBBR khi có mặt giá thể vi
sinh.
- Đánh giá hiệu quả xử lý xử lý hữu cơ của MBBR khi thay đổi lưu lượng dòng tuần hoàn
về bể thiếu khí.
3. Nội dung
3.1. Phân tích nồng độ đầu vào của các chất hữu cơ trong nƣớc thải (BOD, COD,
nitơ, photpho,...)
Các phương pháp và thiết bị sử dụng để phân tích từng loại chỉ tiêu:
Thông số
Phƣơng pháp đo
Thiết bị
DO
-
Máy đo DO
pH
-
Máy đo pH
BOD
Phương pháp chai đo BOD Oxitop
Tủ đo BOD
COD
Phương pháp đo COD bằng tác nhân
Máy nung COD
oxy hoá K2Cr2O7 cho kết quả sau 2 giờ
Amoni
Phương pháp chưng cất
Máy chưng cất
TN
Phương pháp nitơ Kjeldahl
Bình kjeldahl
chưng cất
Nitrogen-Nitrat
Phương pháp so màu
Spectrophotometer
TP
Phương pháp so màu
Spectrophotometer
và
máy
Đo nồng độ bùn (MLSS) trong bể thiếu khí và hiếu khí, duy trì trong khoảng (3000 - 4000
mg/l)
Cách đo nồng độ bùn (MLSS):
Bước 1: Sấy khô đĩa petri và giấy lọc trong tủ sấy ở 1050C.
Bước 2: Đem đĩa petri và giấy lọc cho vào bình hút ẩm 30 phút.
Bước 3: Cân khối lượng đĩa petri và giấy lọc được m0.
Bước 4: Lấy 10ml dung dịch từ mô hình lọc qua giấy lọc rồi bỏ vào đĩa petri.
Bước 5: Đem sấy đĩa petri và giấy lọc trong tủ sấy ở 1050C.
Bước 6: Cân khối lượng đĩa petri và giấy lọc lúc sau được m1.
Nồng độ bùn được tính theo công thức sau:
Cb
(m1 m0 ) 1000
mg/l
V
Trong đó: V - thể tích dung dịch lấy từ mô hình để lọc, ml.
3.2. Thông số kiểm soát:
Các thông số vận hành mô hình MBBR:
- Nồng độ bùn ban đầu: 3000 mg/l;
- Lượng giá thể trong các bể chiếm 40 - 50 % thể tích mỗi bể;
- DO ở bể thiếu khí: ≤ 0.5 mgO2/l;
- DO ở bể hiếu khí: ≥ 2 mgO2/l;
- Lưu lượng nước tuần hoàn từ bể hiếu khí về bể thiếu khí: QC = 2Q;
- pH ở 2 bể được duy trì trong khoảng 6.5 - 8.5;
- Thời gian lưu nước:
Bể thiếu khí
Bể hiếu khí
Danh nghĩa
24h
32h
Thực tế
8h
21.3h
HRT
3.3. Nội dung nghiên cứu
Nghiên cứu ứng dụng công nghệ MBBR sử dụng vật liệu biocell để xử lý nước thải trại bò sữa
GĐ1
Giai đoạn thích nghi
OLR = 0.5 kg COD/m3.ngày
Q = 0.5 L/h
QC = 2Q
3000 mg/l ≤ X ≥ 4000 mg/l
Thời gian chạy thích nghi 6 8 tuần.
- Đánh giá lượng sinh khối
bám trên giá thể;
- Đánh giá pH, DO, MLSS và
hiệu quả xử lý COD.
GĐ2
Giai đoạn vận hành
VH1
Chạy với các tải trọng khác nhau
VH2
Chạy với các lưu lượng tuần hoàn
khác nhau
Bắt đầu chạy với tải trọng 1.5 kg
COD/m3.ngày;
Thực hiện đo các chỉ tiêu nước
thải để kiểm tra hiệu quả xử lý;
Mỗi tải trọng sẽ được chạy cho
đến khi hiệu quả xử lý BOD,
+
COD, N-NO3 , N-NH4 ổn định.
Nâng tải trọng cho đến khi hiệu
quả xử lý bắt đầu giảm xuống.
Tải trọng tối ưu là tải trọng cao
nhất mà nồng độ nước thải đầu ra
đạt chuẩn.
Tải trọng chạy trong giai đoạn này là
tải trọng tối ưu từ kết quả của VH1;
Lưu lượng tuần hoàn sẽ được nâng lên
3Q.
Thực hiện đo các chỉ tiêu nước thải để
kiểm tra hiệu quả xử lý;
Mỗi lưu lượng tuần hoàn sẽ được chạy
cho đến khi hiệu quả xử lý BOD,
COD, N-NO3-, N-NH4+ ổn định.
Nâng lưu lượng tuần hoàn cho đến khi
hiệu quả xử lý bắt đầu giảm xuống.
Lưu lượng tuần hoàn tối ưu là lưu
lượng cao nhất mà nồng độ nước thải
đầu ra đạt chuẩn.
- Đánh giá lượng sinh khối bám trên giá thể;
+
- Đánh giá pH, DO, hiệu quả xử lý BOD, COD, N-NO3 , N-NH4 , TP.
Cách đo sinh khối trên giá thể:
Bước 1: Lấy 3 giá thể bất kì ban đầu chưa cho vào mô hình đem sấy ở nhiệt độ 1050C trong 1h.
Bước 2: Đem hút ẩm trong 30 phút.
Bước 3: Cân khối lượng để được m0.
Bước 4: Lấy 3 giá thể bất của mỗi bể thiếu khí và hiếu khí đem sấy ở nhiệt độ 1050C trong 1h.
Bước 5: Đem hút ẩm trong 30 phút.
Bước 6: Cân khối lượng để được m1.
Sinh khối bám trên giá thể biocell = m1 - m0 (đvt)
4. Phƣơng pháp nghiên cứu.
4.1. Phƣơng pháp thu tập, tổng hợp, phân tích tài liệu
Tiến hành thu thập, sưu tầm các thông tin, tài liệu, số liệu về đối tượng nghiên cứu trên tất
cả các nguồn như: sách báo, tạp chí khoa học, internet ... các thông tin, tài liệu, số liệu sau
khi được thu thập sẽ được lựa chọn, phân tích, tổng hợp làm cơ sở cho việc định hướng và
thực hiện nghiên cứu.
4.2. Phƣơng pháp nghiên cứu thực nghiệm
Tiến hành thiết kế và lắp đặt mô hình tại phòng thí nghiệm môi trường - Trường đại học
Sư Phạm Kỹ Thuật thành phố Hồ Chí Minh.
- Thiết kế mô hình MBBR gồm: 01 bể hiếu khí và một bể thiếu khí.
a) Kích thước bể thiếu khí
b) Kích tước bể hiếu khí
- Các dụng cụ và thiết bị phụ trợ cho mô hình: Xô chứa nước thải 25 lít và một bơm định
lượng.
Mô hình thực tế:
a) Mô hình bể thiếu khí
b) Mô hình bể hiếu khí
4.3. Phƣơng pháp đồ thị
Từ các dữ liệu thực nghiệm, sau khi xử lý thông qua toán học ... tạo đồ thị bằng công cụ
excel để đem lại cái nhìn trực quan hơn về kết quả đạt được.
4.4. Phƣơng pháp tham khảo ý kiến
Để hoàn thiện nội dung nghiên cứu cần phải tham khảo ý kiến và sự hướng dẫn của giáo
viên hướng dẫn và các thầy cô bộ môn.
5. Kết quả dự kiến
- Thiết kế thành công mô hình MBBR với giá thể biocell;
- Xác định tải trọng tối ưu của MBBR với giá thể biocell;
- Xác định lưu lượng tuần hoàn tối ưu.
- Đánh giá sinh khối bám trên giá thể biocell.
- Đánh giá hiệu quả xử lý BOD, COD, N-NO3-, N-NH4+, TP.
- Xem thêm -