Xác định sản lượng khí sinh học (biogas) sinh ra của bùn hoạt tính kỵ khí, nghiên cứu thực nghiệm đối với nước rỉ rác, nước thải thủy sản

Tuyển tập Báo cáo “Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học” lần thứ 6 Đại học Đà Nẵng - 2008 238 XÁC ĐỊNH SẢN LƯỢNG KHÍ SINH HỌC (BIOGAS) SINH RA CỦA BÙN HOẠT TÍNH KỴ KHÍ, NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ĐỐI VỚI NƯỚC RỈ RÁC, NƯỚC THẢI THỦY SẢN DETEMINING BIOGAS QUANTITY OF ANAEROBIC ACTIVE SLUGED, RESEARCHING WITH WASTE WATER FROM FISHERY INDUSTRY, LANDFILL. SVTH: PHẠM ĐÌNH LONG, Lớp 03 MT TRẦN QUỐC VƢƠNG, Lớp 04 MT Trường Đại học Bách Khoa GVHD: TS. TRẦN VĂN QUANG Khoa Môi Trường, Trường Đại học Bách khoa TÓM TẮT: Báo cáo này trình bày sản lượng khí sinh ra của quá trình phân hủy kỵ khí đối với nước rỉ rác và nước thải thủy sản ABSTRACT This report present about determining biogas quantity of anaerobic active slugged, researching with waste water from fishery industry, landfill. 1. Mở đầu: Trong các ngành sản xuất công nghiệp, tại các bãi chôn lấp thƣờng thải ra một lƣợng lớn nƣớc thải giàu chất hữu cơ. Lƣợng nƣớc thải này nếu không đƣợc xử lý sẽ gây ra ô nhiễm môi trƣờng và ảnh hƣởng tới đời sống, sức khỏe của các khu vực dân cƣ xung quanh. Hầu hết các loại nƣớc thải giàu chất hữu cơ đều xử lý bằng phƣơng pháp sinh hóa kỵ khí Quá trình kỵ khí chia là 2 giai đoạn chính: Quá trình thủy phân: Lên men acid thủy phân và chuyển hóa các sản phẩm thủy phân ( nhƣ acid béo, đƣờng ) thành các acid và rƣợu mạch ngắn hơn và cuối cùng thành khí cacbonic. Quá trình Metan hóa: Phân hủy các chất hữu cơ thành metan ( CH4) và khí cacbonic ( CO2). Sản phẩm cuối cùng của quá trình kỵ khí bao gồm H2O và hỗn hợp khí sinh học (biogas) hỗn hợp này chủ yếu là CH4 chiếm từ ( 45 – 90%) thể tích khí, tùy thuộc vào nguyên liệu đem đi phân hủy kỵ khí mà hàm lƣợng CH4 cao hay thấp. Đây cũng là một trong những ƣu điểm của quá trình xử lý nƣớc thải nhờ việc lên men kỵ khí vì. - Ta có thể tận dụng lại khí biogas này để phục vụ cho quá trình sản xuất, sinh hoạt và làm nhiên liệu cho các động cơ đốt trong. Việc làm này cũng có ý nghĩa vô cùng to trong bối cảnh giá nhiên liệu tăng cao nhƣ hiện nay. - Việc tận dụng lƣợng khí biogas giúp ngƣời vận hành các hệ thống xử lý nƣớc thải biết đƣợc tình trạng của hệ thống xử lý, qua đó có các điều chỉnh kịp thời Đây cũng chính là mục đích nghiên cứu của tôi. 2. Nội dung: 2.1. Phương pháp nghiên cứu + phƣơng pháp thực nghiệm trên mô hình thực tế + Phƣơng pháp phân tích 2.2. Thiết lập mô hình thí nghiệm Tuyển tập Báo cáo “Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học” lần thứ 6 Đại học Đà Nẵng - 2008 239 Mô hình gồm 4 chai serum dung tích 600 ml, chiều cao h = 20 cm đƣờng kính d = 8cm đƣợc làm bằng thủy tinh, trên mỗi chai có nắp đập bằng cao su có độ đàn hồi cao, số lƣợng serum cần cho thí nghiệm là 8 chai. Gồm 4 chai chứa hỗn hợp nƣớc rác và bùn, 4 chai chứa nƣớc vôi loãng 5%. Ngoài ra còn có thêm 2 mét ống nhựa dẻo d = 2mm, ống đong 50ml dùng để đo thể tích nƣớc thoát ra Mô hình xác định tốc độ phân hủy sinh học Cấu tạo của serum Hình 1: Mô hình xác định tốc độ phân hủy sinh học nước rỉ rác 2.3. Vận hành - Tiến hành theo dõi theo dõi lƣợng khí sinh ra thông qua lƣợng nƣớc thoát ra khỏi bình serum, mỗi ngày ghi kết quả 1 lần vào 7h sáng mỗi ngày, đồng thời theo dõi nhiệt độ môi trƣờng thƣờng xuyên và lắc đều hỗn họp bùn và nƣớc rỉ rác tạo tiếp xúc - Xác định thành phần, tính chất khí sinh ra - Phân tích: Tiến hành phân tích đầu vào và đầu ra của hỗn hợp bùn và nƣớc thải. Các chỉ tiêu phân tích: pH, SS, COD, BOD, PO4 3- , NO3 - , NH4 + 3. Kết quả và thảo luận 3.1. Kết quả: Bùn hoạt tính Bùn hoạt tính đƣợc lấy từ hệ thống xử lý nƣớc rỉ rác (hồ kỵ khí) bãi rác Khánh Sơn. Phƣờng khánh sơn Quận Liên Chiểu. TP Đà Nẵng. STT CHỈ TIÊU Đơn vị KẾT QUẢ 1 pH - 7,6 2 Chất rắn lơ lửng (SS) mg/l 14208 3 Độ tro % 32,2 4 CODCr mg/l 615 5 BOD5 mg/l 150 6 NH4 + mg/l 438.9 7 PO4 3+ mg/l 12.6 Bảng 1: Kết quả phân tích mẫu bùn hoạt tính Bçnh serum ÄÚng dáùn næåïc ÄÚng âong 100 ml ÄÚng dáùn khê Dung dëch NaOH 25% Bçnh serum Häùn håüp buìn + næåïc raïc Tuyển tập Báo cáo “Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học” lần thứ 6 Đại học Đà Nẵng - 2008 240 Qua bảng 1 ta thấy chất lƣợng bùn cấp vào có khả năng phân hủy các hợp chất hữu cơ thành khí sinh học - Sau khi bùn đƣợc phân tích xong thì tiến hành nạp bùn và nƣớc rác vào bình serum và đánh số thứ tự các bình từ 1 đến 4, lần lƣợt cho vào mỗi bình theo tỉ lệ sau: SST Loại nƣớc Serum 1 Serum 2 Serum 3 Serum 4 Serum 5 1 Bùn hoạt tính, ml 0 100 200 300 400 2 Nƣớc rỉ rác, ml 400 300 200 100 0 Bảng 2: Tỷ bùn hoạt tính và nước rỉ rác trong mỗi bình serum Mô hình xác định tốc độ phân hủy kỵ khí nƣớc rỉ đƣợc vận hành trong 32 ngày tổng lƣợng khí sinh ra đƣợc trình bày trong đồ thị 1 và đồ thị 2 Đồ thị 1: Sự thay đổi lượng khí sinh ra theo ngày Chú thích: B1 là đƣờng cong biểu diễn lƣợng khí sinh ra của serum 1 B2 là đƣờng cong biểu diễn lƣợng khí sinh ra của serum 2 B3 là đƣờng cong biểu diễn lƣợng khí sinh ra của serum 3 B4 là đƣờng cong biểu diễn lƣợng khí sinh ra của serum 4 Thông qua đồ thị cho ta thấy lƣợng khí sinh ra ở cả 4 bình là không đều, lƣợng khí sinh ra lớn nhất trong ngày là 37 ml (B4) Đồ thị 2: Tổng lượng khí sinh ra trong 32 ngày 0 100 200 300 400 50 600 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 Ngày T ể tích khí B1 B2 B3 B4 (ml) 0 5 1 15 20 25 30 35 40 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 Ngày Thể tích khí B1 B2 B3 B4 (ml) Tuyển tập Báo cáo “Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học” lần thứ 6 Đại học Đà Nẵng - 2008 241 - Đối với nƣớc thải thủy sản tỉ lệ bùn và nƣớc thải cũng tƣơng tự nhƣ nƣớc rác 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 0 5 10 15 Ngày Thể tích khí (ml) S1 S2 S3 S4 S5 Đồ thị 3: Lượng khí sinh ra trong ngày của hỗn hợp bùn và nước thải thủy sản 0 50 100 150 200 250 0 2 4 6 8 10 12 14 16 Ngày Thể tích khí (ml) Series1 Series2 Series3 Series4 Series5 Đồ thị 4: Tổng lượng khí sinh ra trong 14ngày Do mô hình xác định nƣớc thải thủy sản đang trong giai đoạn vận hành nên chƣa thể xác định các thông số đầu ra Kết quả thí nghiệm trên mô hình cho thấy lƣợng khí sinh ra ở bình số 4 là lớn nhất, lƣợng khí sinh ra không đều và dao động trong khoảng từ 10 – 37 ml, thời gian sinh khí nhiều nhất từ ngày thứ 13 đến 25, COD sau khi vận hành là 545 mg/l, hiệu suất chuyển hóa chất hữu cơ đạt 72% theo COD và 87% theo BOD5, trong khi đó bình thứ 2 và 3 lƣợng khí sinh ra nhƣ nhau, lƣợng khí chỉ bằng ½ lƣợng khí bình thứ 4. Hiệu suất chuyển hóa chất hữu cơ đạt 74% theo COD và 85% theo BOD5 3.2. Kiến nghị: - Khi xử lý nƣớc rỉ rác nên chọn phƣơng pháp sinh hóa kỵ khí để xử lý bƣớc đầu - Thời gian lƣu nƣớc trong các công trình xử lý bằng phƣơng pháp sinh hóa kỵ khí tốt nhất trong khoảng 20 đến 25 ngày - 1m3 nƣớc rỉ rác với giá trị COD là 2000 mg/l thì sinh có thể sinh ra khoảng 1.3 m3 khí CH4 trong vòng 32 ngày - Tỉ lệ khí CH4 trong hỗn hợp khí sinh học cao, có thể tận dụng lƣợng khí này để phục vụ nhu cầu sinh hoạt của công nhân và ngƣời lao động tại bãi rác TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Lâm Minh Triết (2002), Xử lý nước thải sinh hoạt và công nghiệp. Nhà xuất bản xây dựng. Hà Nội [2] Nguyễn Quang Khải (1995), Công nghệ khí sinh học. Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật. [3] Trần Văn Quang, Bài giảng Môn xử lý nước thải Khoa Môi trường, trƣờng đại học Bách khoa Đà Nẵng.