báo cáo khóa luận tốt nghiệp hệ lọc nổi, Đại học khtn, Đh qghn

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

KHOA MÔI TRƯỜNG

----------

Trần Thị Thủy

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG HỆ THỐNG LỌC NỔI

TIỀN XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI

Khóa luận tốt nghiệp đại học hệ chính quy

Ngành Công nghệ môi trường

(Chương trình đào tạo chuẩn)

Hà Nội – 2015

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

KHOA MÔI TRƯỜNG

----------

Trần Thị Thủy

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG HỆ THỐNG LỌC NỔI

TIỀN XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI

Khóa luận tốt nghiệp đại học hệ chính quy

Ngành Công nghệ môi trường

(Chương trình đào tạo chuẩn)

Cán bộ hướng dẫn: PSG.TS. Cao Thế Hà

ThS. Nguyễn Trường Quân

Hà Nội - 2015

LỜI CẢM ƠN

Để thực hiện và hoàn thành được khóa luận tốt nghiệp này, trước tiên em xin

gửi lời cảm ơn sâu sắc đến PGS.TS. Cao Thế Hà - Phó Giám đốc Trung tâm Nghiên

cứu Công nghệ môi trường và Phát triển bền vững (CETASD) là người đã trực tiếp

hướng dẫn truyền đạt cho em những kinh nghiệm quá báu trong suốt quá trình thực

tập.

Đồng thời em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới ThS. Nguyễn Trường Quân

cùng tập thể các thầy cô, anh chị thuộc phòng Công nghệ - Trung tâm CETASD đã

đồng hành giúp đỡ và tạo mọi điều kiện cho em trong suốt quá trình thực hiện đề

tài.

Em cũng xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến tập thể các thầy cô giáo

Khoa Môi trường, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội

truyền thụ những kiến thức quý báu cho em trong suốt 4 năm học qua.

Em xin cảm ơn bác Thái Ngô Đức - chủ trang trại Hòa Bình xanh cùng các

anh chị công nhân đã chỉ bảo, quan tâm trong suốt ngày tháng tham gia nghiên cứu

ở trang trại.

Cuối cùng, em xin cảm ơn gia đình, bạn bè, những người luôn quan tâm giúp

đỡ và động viên, khuyến khích em trong suốt thời gian qua để em hoàn thành khóa

luận được tốt hơn.

Hà Nội, ngày 2 tháng 6 năm 2015

Sinh viên

Trần Thị Thủy

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

BOD Nhu cầu oxy sinh hoá (Biochemical Oxygen Demand)

BTNMT Bộ tài nguyên môi trường

BXD Bộ xây dựng

CETASD Trung tâm nghiên cứu công nghệ môi trường và phát triển bền vững (Research Center for Environmental Technology and Sustainable Development)

COD Nhu cầu oxy hóa học (Chemical Oxygen Demand)

ĐV Đơn vị

FAO Tổ chức nông lương thực thế giới (Foundation Agriculture Organization)

H Hyđrô

IC Kỹ thuật tuần hoàn nội (Internal Circulation)

K Kali

NĐ – CP

p.t

QCVN

Nghị định chính phủ

Phương trình

Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia

TN Nitơ tổng

TP Photpho tổng

TS Tổng chât rắn (Total Solid)

TSS Tổng chất rắn lơ lửng (Total Suspended Solid)

TVTS Thực vật thủy sinh

UASB Bể sinh học kị khí dòng chảy ngược qua lớp bùn (Upflow Anaerobic Sludge Blanket)

VLL Vật liệu lọc

VS Tổng chất rắn bay hơi (Volatile solid)

R/L Tách rắn - lỏng

MỤC LỤC

DANH MỤC BẢNG................................................................................................iii

DANH MỤC HÌNH................................................................................................. iv

MỞ ĐẦU....................................................................................................................1

Chương 1. TỔNG QUAN.........................................................................................3

1.1. Tổng quan về nước thải giàu hữu cơ..............................................................3

1.2. Nước thải chăn nuôi lợn...................................................................................3

1.2.1. Tình hình phát triển ngành chăn nuôi.............................................................3

1.2.2. Nước thải của ngành chăn nuôi lợn.................................................................5

1.2.3. Các công nghệ xử lý nước thải chăn nuôi đã và đang được áp dụng..............6

1.3. Lý thuyết quá trình lọc và bể lọc vật liệu lọc nổi...........................................8

1.3.1. Lý thuyết về lọc................................................................................................8

1.3.2. Thông số kiểm soát động học của bể lọc.......................................................12

1.3.3. Bể lọc vật liệu lọc nổi....................................................................................15

1.3.3.1. Tình hình sử dụng bể lọc vật liệu lọc nổi trên thế giới và Việt Nam...........16

1.3.3.2. Những ưu việt của bể vật liệu lọc nổi..........................................................17

1.3.3.3. Các đặc trưng của vật liệu lọc nổi...............................................................18

Chương 2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.......................20

2.1. Đối tượng.........................................................................................................20

2.2. Phương pháp nghiên cứu...............................................................................20

2.2.1. Phương pháp thu thập tài liệu.......................................................................20

2.2.2. Phương pháp thực nghiệm.............................................................................20

2.2.2.1. Mô hình thực nghiệm...................................................................................20

2.2.2.2. Thiết bị phân tích, dụng cụ, hóa chất...........................................................23

2.2.2.3. Cách lấy mẫu...............................................................................................24

2.2.2.4. Các phương pháp phân tích trong phòng thí nghiệm..................................24

2.3. Nội dung nghiên cứu......................................................................................25

i

2.3.1. Quan hệ tổn thất áp lực khi lọc qua lớp VLL nổi theo thời gian và tốc độ

lọc...................................................................................................................25

2.3.2. Sự biến đổi các thông số SS, COD.................................................................25

Chương 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN.............................................................26

3.1. Thành phần nước thải chăn nuôi lợn...........................................................26

3.2. Quan hệ tổn thất áp lực khi lọc qua lớp VLL nổi theo thời gian ở các chu

kì khác nhau và thay đổi chất lượng nước qua hệ lọc..............................27

3.2.1. Vận tốc lọc v = 0,5m/h, Q = 6,63l/h, ho = 1cm.............................................27



3.2.4. Vận tốc lọc v = 0,8m/h, Q = 10,61l/h, ho = 1.5cm........................................33

3.2.5. Vận tốc lọc v = 0,9m/h, Q = 11.94l/h, ho = 2cm...........................................35

3.2.6. Vận tốc lọc v = 1m/h, Q = 13,27l/h, ho = 1,5cm...........................................37

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ................................................................................38

TÀI LIỆU THAM KHẢO......................................................................................40

PHỤ LỤC.................................................................................................................42

ii

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1: Các nước có số lượng lợn nhiều nhất thế giới năm 2009 [2].......................4

Bảng 2: So sánh một số thông số đặc trưng nước thải chăn nuôi lợn của Singapo,

Trung Quốc và Việt Nam [3]......................................................................................5

Bảng 3: Thành phần nước thải của một số trại chăn nuôi tập trung [3]...................6

Bảng 4: Một số công trình sử dụng bể lọc VLL nổi đã xây dựng.............................17

Bảng 5: Danh mục thiết bị........................................................................................21

Bảng 6: Các chế độ khảo sát....................................................................................23

Bảng 7: Thành phần nước thải các chuồng ở trại Hòa bình Xanh...........................26

Bảng 8: Số liệu đo chiều cao tổn thất áp v = 0.5m/h................................................27

Bảng 9: Chất lượng nước đầu vào, ra của hệ lọc tại v = 0,5m/h.............................28

Bảng 10: Số liệu đo chiều cao tổn thất áp v = 0.6m/h..............................................29

Bảng 11: Chất lượng nước đầu ra, đầu vào của hệ lọc tại v = 0,6m/h....................30


Bảng 13: Số liệu chất lượng nước đầu ra, đầu vào của hệ lọc tại 0,7m/h...............32


Bảng 15: Số liệu chất lượng nước đầu ra, đầu vào của hệ lọc tại 0,8m/h...............34

Bảng 16: Số liệu đo chiều cao tổn thất áp v = 0.9 m/h.............................................35

Bảng 17: Số liệu chất lượng nước đầu ra, đầu vào của hệ lọc tại v = 0,9m/h.........36

Bảng 18: Thể tích nước lọc được qua 1 m2 thiết diện lọc của các vận tốc lọc.........37

Bảng 19: Hiệu suất xử lý SS.....................................................................................38

iii

DANH MỤC HÌNH

Hình 1: Mô hình lọc với lớp màng lọc tự hình thành.................................................9

Hình 2: Đồ thị mô tả quá trình lọc theo phương trình 1.8.......................................10

Hình 3: Sự gia tăng tồn thất áp P trong quá trình lọc...........................................13

Hình 4: Diễn biến của độ đục và tổn thất áp suất trong quá trình lọc.....................13

Hình 5: Bể lọc tự chảy và diễn biến áp lực trong bể lọc tự chảy.............................14

Hình 6: Bể lọc vật liệu nổi........................................................................................15

Hình 7: Sơ đồ thiết kế hệ lọc nổi...............................................................................22

Hình 8: Quan hệ tổn thất áp lực qua lớp VLL nổi theo thời gian v = 0,5m/h.........28

Hình 9: Quan hệ tổn thất áp lực qua lớp VLL nổi theo thời gian v = 0,6m/h..........30

Hình 10: Quan hệ tổn thất áp lực qua lớp VLL nổi theo thời gian v = 0,7m/h........32



iv

Trần Thị Thủy K56_CNMT

MỞ ĐẦU

Đề tài “Nghiên cứu và ứng dụng công nghệ tiên tiến phù hợp điều kiện Việt

Nam để xử lý ô nhiễm kết hợp tận dụng chất thải của các trang trại chăn nuôi lợn”

của Bộ Khoa học và Công nghệ, đã được tiến hành ở quy mô phòng thí nghiệm tại

phòng Công nghệ môi trường của Trung tâm Nghiên cứu Công nghệ môi trường và

Phát triển bền vững (CETASD) và hệ pilot ứng dụng tổ hợp các kỹ thuật yếm khí,

thiếu - hiếu khí cùng với hệ thực vật thủy sinh tại trang trại chăn nuôi lợn Hòa Bình

Xanh (Công ty TNHH Sản xuất Đầu tư và Thương mại Đức Anh, xóm Suối Cốc, xã

Hợp Hòa, Lương Sơn, Hòa Bình) đạt được mục tiêu đề ra và đã được nghiệm thu

cấp cơ sở. Tuy nhiên, trong quá trình nghiên cứu xử lý nước thải bằng công nghệ

yếm khí gặp phải vấn đề khó khăn là giá trị TSS rất cao có thể tới 10g/l, chiếm tới

trên 80% TS, trong đó thường 80% là hữu cơ. Thành phần TSS lớn gây tắc nghẽn

và thất thoát vi sinh trong các hệ xử lý. Do đó, để đảm bảo quá trình vi sinh yếm

khí, hiếu khí đạt hiệu quả, việc nghiên cứu sử dụng các hệ thống tách R/L phù hợp

với điều kiện quy mô nhỏ và chi phí thấp là vô cùng cấp thiết. Ở các nước phát

triển, đã áp dụng ngay từ đầu các kỹ thuật tách rắn lỏng (R/L) như lắng trọng lực, li

tâm, ép bùn, lọc,…Tuy nhiên ép bùn tiêu tốn nhiều năng lượng; li tâm vận hành đơn

giản nhưng có yêu cầu đầu tư lớn; còn lắng trọng lực có cơ cấu đơn giản và chi phí

vận hành thấp hơn. Song các phương pháp này có chất lượng nước ra chưa đảm bảo

về mặt SS (1000 – 3000mg/l). Hiện nay, phương pháp sử dụng bể lọc vật liệu lọc

(VLL) nổi đã bắt đầu được nghiên cứu bước đầu thành công với những ưu điểm đơn

giản, hiệu quả, chi phí thấp và có tiềm năng ứng dụng rất cao ở nước ta.

Bể lọc vật liệu nổi đã được nghiên cứu ở Liên Xô và Tiệp Khắc vào những

năm 1973 - 1974 trên mô hình, đến năm 1975 đã được đem áp ra áp dụng trong

thực tế để xử lý nước mặt và nước ngầm ở giai đoạn cuối sau lắng. Ở Liên Xô,

người ta sử dụng loại bể lọc này trong xử lý nước thải ở một vài nghiên cứu bước

đầu.

Năm 1987, PGS. Phạm Ngọc Thái là người đầu tiên nghiên cứu và đưa loại bể

lọc này vào sử dụng ở Việt Nam. Năm 1988, tại Hội chợ triển lãm toàn quốc lần thứ

4 tổ chức tại Giảng Võ - Hà Nội, công trình trạm xử lý nước mặt với bể lọc vật liệu

lọc nổi được nhận giải thưởng huy chương vàng. Bể lọc VLL nổi đã được áp dụng

trong khoảng 10 năm trở lại đây với quy mô công suất nhỏ từ vài chục tới vài trăm

m3/ngày đêm, đến nay đã phát triển tới quy mô công suất 10000m3/ngày đêm trong

xử lý nước cấp. Còn trong xử lý nước thải hầu như chưa có một nghiên cứu chuyên

Khóa luận tốt nghiệp 1 Đại học Khoa học Tự nhiên


sâu nào đề xuất các thông số tính toán, thiết kế để đưa ra những chỉ dẫn cần thiết

cho loại bể này một cách cụ thể. Việc thiết kế các trạm xử lý nước có sử dụng loại

bể lọc vật liệu nổi mới chỉ tập trung ở một nhóm chuyên gia thiết kế am hiểu lĩnh

vực này mà chưa được áp dụng rộng rãi trong giới chuyên ngành xử lý nước thải.

Việc nghiên cứu sử dụng bể lọc vật liệu nổi trong tiền xử lý nước thải chăn nuôi

trong giai đoạn tiền xử lý có ý nghĩa quan trọng và mang tính thực tiễn. Chính vì

thế, đề tài: “Nghiên cứu sử dụng hệ thống lọc nổi tiền xử lý nước thải chăn nuôi”

được lựa chọn làm khóa luận.

Nội dung chính của đề tài bao gồm:

- Khảo sát quan hệ về tổn thất áp lực qua lớp VLL nổi theo thời gian và tốc

độ lọc;

- Quan hệ về sự biến đổi chất lượng nước khi lọc qua lớp VLL nổi;

- Thời gian làm việc giới hạn ở các tốc độ lọc khác nhau;

- Tìm ra được tốc độ lọc phù hợp đảm bảo giá trị SS trong khoảng 500mg/l –

thông số SS đầu vào của hệ yếm khí cao tải.



Chương 1.

TỔNG QUAN

1.1. Tổng quan về nước thải giàu hữu cơ

Nước thải giàu hữu cơ bao gồm nước thải từ chăn nuôi, các hoạt động sản

xuất công nghiệp và nước rỉ rác.

Nước thải sinh hoạt hàng ngày của con người, đặc biệt từ các khu dân cư khu

hoạt động thương mại, công sở, trường học, chợ cũng có hàm lượng chất hữu cơ.

Đặc tính của nước thải giàu chất hữu cơ: nước thải này chủ yếu chứa các hợp

chất hữu cơ ít độc có nguồn gốc thực vật hoặc động vật. Chất thải có nguồn gốc

động vật có thành phần chủ yếu là protein và chất béo, có hàm lượng chất rắn lơ

lửng, BOD, COD cao... Chất thải có nguồn gốc thực vật có thành phần chủ yếu là

các cenlulose và các hợp chất dễ phân hủy. Người ta có thể chia nước thải giàu hữu

cơ thành hai loại chính:

Nước thải giàu hữu cơ đơn giản: thông số SS, BOD, COD (<1000 mg/l ),

chứa các chất hữu cơ dễ phân huỷ. Đó là các hợp chất protein, hydratcacbon, chất

béo có nguồn gốc động vật và thực vật. Đây là các hợp chất chính có trong nước

thải sinh hoạt, nước thải từ các xí nghiệp chế biến thực phẩm.

Nước thải giàu hữu cơ phức tạp: thông số SS, BOD, COD tương đối cao

(hàng nghìn mg/l), chứa các chất hữu cơ khó phân huỷ có vòng thơm (hydrocacbua

của dầu khí), các chất đa vòng ngưng tụ, các hợp chất clo hữu cơ, photpho hữu cơ…

Chúng tồn tại lâu dài trong môi trường, gây độc cho sinh vật, đòi hỏi phương pháp

xử lý phức tạp hơn. Điển hình cho loại nước thải này là nước thải chăn nuôi.

1.2. Nước thải chăn nuôi lợn

1.2.1. Tình hình phát triển ngành chăn nuôi

Trên thế giới và trong khu vực

Theo số liệu thống kê của Tổ chức Nông lương thế giới - FAO năm 2009 số

lượng tổng đàn lợn trên thế giới là 887,5 triệu con [2]. Tốc độ tăng về số lượng vật

nuôi hàng năm của thế giới trong thời gian vừa qua thường chỉ đạt trên dưới 1%

năm.

Các cường quốc về chăn nuôi lợn của thế giới: bao gồm Trung Quốc 451,1

triệu con/năm, Hoa Kỳ 67,1 triệu con/năm, Brazil 37,0 triệu con/năm, Việt Nam

đứng thứ 4 với 27,6 triệu con/năm và thứ năm là Đức với 26,8 triệu con/năm [2].



Theo số liệu thống kê của FAO năm 2009, Châu Á có tổng đàn lợn 534,3

triệu con. Các nước có số lượng lợn lớn nhất Châu Á là Trung Quốc, Việt Nam, Ấn

Độ, Philippine và Nhật [1].

Bảng 1: Các nước có số lượng lợn nhiều nhất thế giới năm 2009 [2]

STT Tên nướcSố lượng

(con)

1 Trung Quốc 451.177.581

2 Hoa Kỳ 67.148.000

3 Brazil 37.000.000

4 Việt Nam 27.627.700

5 Đức 26.886.500

6 Nhật 26.289.600

7 Liên Bang Nga 16.161.860

8 Mexico 16.100.000

9 Pháp 14.810.000

10 Ba Lan 14.278.647

Ở Việt Nam

Theo Chiến lược phát triển chăn nuôi đến 2020 (QĐ No10/2008/QĐ - TTg

ngày 16.01 năm 2008) ngành chăn nuôi sẽ được ưu tiên phát triển cả về tỷ trọng

trong nông nghiệp lẫn phương thức sản xuất. Về tỷ trọng trong nông nghiệp chăn

nuôi sẽ tăng từ 32% (năm 2010) lên 38% (2015) và 43% (2020), để đảm bảo điều

này tốc độ tăng trưởng chăn nuôi luôn cao hơn toàn ngành nông nghiệp. Theo số

liệu thống kê, năm 2014 cả nước có khoảng 4293 trang trại chăn nuôi lợn và 26,7

triệu đầu lợn [3].

Bình quân mỗi ngày, mỗi đầu lợn thải ra khoảng 2kg phân, 1kg nước tiểu.

Theo khảo sát của tổ chức JICA và Viện Công nghệ môi trường, lượng nước tiêu

thụ từ 10 - 40lít/đầu lợn/ngày đêm. Ước tính, mỗi năm ngành chăn nuôi thải ra môi



trường một lượng lớn chất thải rắn và lỏng, nếu không được xử lý sẽ gây ô nhiễm

môi trường nghiêm trọng.

1.2.2. Nước thải của ngành chăn nuôi lợn

Nước thải chăn nuôi lợn là nước tiểu lợn hoà lẫn với phân và nước rửa

chuồng. Thành phần nước tiểu tuỳ thuộc vào điều kiện dinh dưỡng và khí hậu. Tuy

nhiên, nước tiểu lợn giàu đạm, kali… nên nước thải rất giàu dinh dưỡng. Thành

phần chủ yếu gồm có:

- Chất hữu cơ: 70 - 80% gồm cellulose, protit, axit amin, chất béo,

hydratcarbon và các dẫn xuất của chúng... Hầu hết các chất hữu cơ dễ phân hủy.

Các chất hữu cơ bền vững gồm các hợp chất hydrocacbon, vòng thơm, hợp chất đa

vòng.

- Vi sinh vật gây bệnh: nước thải chăn nuôi chứa nhiều loại vi trùng, virus

và trứng ấu trùng giun sán gây bệnh như: Giun sán, Salmonella, E. Coli, Shigella...

- Chất vô cơ: chiếm 20 - 30% gồm cát, đất, muối, urê, amoni, muối clorua,

SO42-

- Các chất rắn tổng số trong nước: gồm chất rắn lơ lửng và chất rắn hoà tan,

chất rắn bay hơi và chất rắn không bay hơi do các chất keo protein, hydratcacbon,

chất béo có trong nước thải hoặc được tạo ra khi gặp điều kiện như: pH, nhiệt độ, độ

cứng thích hợp. Lượng chất rắn lơ lửng cao trong nước gây cản trở quá tr ình xử lý

chất thải.

- Chất rắn lơ lửng trong nước thải chăn nuôi chủ yếu là cặn phân vật nuôi

trong quá trình vệ sinh chuồng trại, trong phân có nitơ, phốt phát và nhiều vi sinh

vật. Phần lớn nitơ trong phân ở dạng amoni (NH4+) và hợp chất nitơ hữu cơ. Nếu

không được xử lý thì một lượng lớn amoni sẽ đi vào không khí ở dạng amoniac

(NH3).

Bảng 2: So sánh một số thông số đặc trưng nước thải chăn nuôi lợn của

Singapo, Trung Quốc và Việt Nam [3]

Singapo Trung Quốc Ý Việt Nam

TS (mg/l) 27401 - 18620 -

TSS (mg/l) 19144 6103 15350 4570

CODt (mg/l) 24357 6500 24790 5500



Bảng 3: Thành phần nước thải của một số trại chăn nuôi tập trung [3]

Chỉ tiêu

kiểm tra

Đơn

vị

Trại lợn

Đan

Phuợng

Trại lợn

Thụy

Phương

Trại lợn

Tam

Điệp

Trại lợn

Công ty

Gia Nam

Trại

Hồng

Điệp

pH 7,15 7,26 7,08 6,78 6,83

BOD5 mg/l 1339 1080 882 783 1221

COD mg/l 3397 2224 1924 1251 2824

TDS mg/l 4812 4568 3949 4012 4720

P_tổng mg/l 99 80 69 57 85

N_tổng mg/l 332 280 250 204 275

Từ Bảng 2, 3 có thể thấy đặc tính chung của nước thải chăn nuôi có thành

phần COD, TSS rất cao. Do đó, cần áp dụng các công nghệ xử lý phù hợp để xử lý

nước thải chăn nuôi đạt QCVN trước khi thải ra môi trường.

1.2.3. Các công nghệ xử lý nước thải chăn nuôi đã và đang được áp dụng

Hiện nay, có nhiều phương pháp xử lý nước thải chăn nuôi như phương pháp

xử lý lý học, phương pháp xử lý hóa học và hóa lý, phương pháp xử lý sinh học.

Trong đó, biện pháp sinh học được coi là phương pháp xử lý hiệu quả, thân thiện

với môi trường và được ứng dụng rộng rãi. Một cách tổng quát, phương pháp xử lý

sinh học có thể phân thành hai loại: phương pháp yếm khí sử dụng nhóm vi sinh vật

yếm khí, hoạt động trong điều kiện không có ôxi và phương pháp hiếu khí sử dụng

nhóm vi sinh vật hiếu khí, hoạt động trong điều kiện cung cấp ôxi liên tục.

Tuy nhiên, quá trình phát triển sinh khối yếm khí nhỏ hơn nhiều so với hiếu

khí nên giảm nhu cầu dinh dưỡng và giảm chi phí xử lý bùn dư. Không có chi phí

ôxi, điều này giảm cả chi phí thiết bị lẫn vận hành hệ cấp khí (máy nén, hệ phân tán,

chi phí điện năng). Khí metan sinh ra có giá trị nhiệt năng lớn, có thể thay thế khí

đốt. Lợi ích từ giảm phí xử lý bùn, giảm nhu cầu điện năng tiêu thụ, khả năng thu

hồi - sử dụng metan nằm trong khoảng 0,053 - 0,132$/m3 nước thải sinh hoạt

(Jewell 1987). Lợi ích từ sự giảm phí xử lý bùn và chi phí cấp khí lớn hơn chi phí

năng lượng cho bản thân quá trình xử lý yếm khí (Jewell 1987). Hơn nữa phần lớn

năng lượng vận hành có thể lấy từ biogas. Các quá trình yếm khí chấp nhận tải đầu



vào cao hơn nhiều so với hiếu khí, đó là vì không có cản trở do yêu cầu khuếch tán

ôxi.

Từ sau năm 1970, các công nghệ xử lý yếm khí mới ra đời và đã đạt được

những thành tựu nổi bật, làm thay đổi bộ mặt của công nghệ yếm khí xử lý nước

thải. Trong đó đáng kể nhất, GS.Lettinga đã khởi động những nghiên cứu biến công

nghệ yếm khí vốn được coi là công nghệ “phân hủy” bùn cặn năng suất thấp thành

công nghệ xử lý nước thải giàu hữu cơ có năng suất rất cao, cao hơn cả công nghệ

xử lý nước thải tiêu chuẩn là công nghệ bùn hoạt tính hiếu khí [19]. Theo Van Lier

kĩ thuật yếm khí hiện đại bắt đầu từ bồn khuấy trộn liên tục, tiến bộ hơn là bồn tiếp

xúc (thêm hệ lắng - tuần hoàn bùn), bước ngoặt là hệ UASB (Upflow Anaerobic

Sludge Blanket) với lớp vi sinh dạng hạt. Vi sinh trong hệ UASB là vi sinh dạng hạt

kích thước lớn, mật độ cao nên quá trình lắng rất hiệu quả và cơ cấu lắng trở nên rất

đơn giản: chỉ cần tách được khí ra khỏi hạt là hạt lắng rất nhanh.

Do khả năng xử lý rất hiệu quả, công nghệ xử lý yếm khí với lớp bùn vi sinh

dạng hạt tiếp tục được các nhà khoa học nghiên cứu sâu sắc và hoàn thiện hơn với

những kỹ thuật mới được ra đời. Biến thể của công nghệ UASB bắt đầu được ra đời

với các kỹ thuật mới như EGSB (Expanded Granular Sludge Bed - đệm vi sinh dạng

hạt trương nở), IC (Internal Circulation - kĩ thuật tuần hoàn nội), các kĩ thuật này

thực sự trở thành một trong những công nghệ xử lý tốc độ cao (“high - rate”).

Tuy nhiên, nước thải chăn nuôi giàu SS chỉ có thể áp dụng các kỹ thuật thấp

tải như hệ biogas phổ biến ở Việt Nam hoặc các bồn phân hủy yếm khí phổ biến ở

các nước công nghiệp. Các kỹ thuật cao tải cho phép xử lý từ vài tới vài chục

kgCOD/m3/ngày (tùy loại bùn hoạt tính, bùn bông hay bùn hạt) nhưng các hệ yếm

khí cao tải có yêu cầu nồng độ SS, VSS giới hạn, nếu áp dụng ngay cho toàn bộ

nước thải thô là không khả thi. Giải pháp là phải tách tốt SS trước xử lý yếm khí.

Có nhiều phương pháp tiền xử lý được áp dụng để tách rắn - lỏng như: lắng

trọng lực, li tâm, ép bùn, lọc,…Tuy nhiên ép bùn tiêu tốn năng lượng, chi phí cao; li

tâm vận hành đơn giản nhưng có yêu cầu đầu tư lớn; lắng trọng lực có cơ cấu đơn

giản và chi phí vận hành thấp. Song các phương án này có chất lượng nước ra chưa

đảm bảo về mặt SS. Hiện nay, người ta đang bắt đầu nghiên cứu sử dụng bể lọc vật

liệu lọc nổi, phương pháp này đơn giản, hiệu quả, chi phí thấp và có tiềm năng ứng

dụng rất cao ở nước ta.



1.3. Lý thuyết quá trình lọc và bể lọc vật liệu lọc nổi

1.3.1. Lý thuyết về lọc

Lọc là quá trình được thực hiện bằng cách cho chất cần lọc (chất lỏng, chất

khí) đi qua một cơ cấu lọc cho phép tách loại các yếu tố không mong muốn.

Trong các hệ xử lý nước cấp, lọc là quá trình quan trọng bậc nhất vì nó trực

tiếp quyết định chất lượng nước sản phẩm, trong xử lý nước thải lọc chỉ áp dụng

trong những trường hợp nhất định. Quá trình lọc được thực hiện ở hai công đoạn

trong dây chuyền xử lý: một là lọc thô ngay điểm bắt đầu thu nước, khi đó quá trình

lọc mang tính phòng ngừa: chắn rác, lọc cặn thô, rêu tảo… để bảo vệ hệ thống xử lý

phía sau và hai là ở công đoạn gần cuối, trước khử trùng: lọc để đảm bảo độ trong -

yếu tố hàng đầu của chất lượng nước.

Về môi trường vật liệu lọc có hai nhóm chính:

- Nhóm vật liệu lọc dạng hạt, môi trường lọc là lớp vật liệu lọc dày

- Nhóm vật liệu dạng màng, môi trường lọc có độ dày không đáng kể.

a. Phương trình lọc:

Phương trình Đacxy (Darcy) - trường hợp lớp vật liệu lọc sạch [4]

Để nghiên cứu và theo dõi định lượng quá trình lọc người ta sử dụng phương

trình Đacxy. Khi lớp vật liệu lọc còn mới, chưa bám bùn cặn ta có:

v = (1.1)

Trong đó: v = tốc độ lọc;

K = độ thấm của môi trường (vật liệu) lọc bằng = ;

= độ nhớt động học của nước;

P = tổn thất áp suất;

H = bề dày lớp vật liệu lọc;

R = trở lực của lớp vật liệu lọc.

Phương trình (1.1) có thể chuyển thành:

(1.2)

Theo pt (1.2): tổn thất áp P tỷ lệ thuận với tốc độ lọc v, bề dày lớp vật liệu

lọc H, độ nhớt của nước, trở lực R của lớp vật liệu lọc (nghĩa là tỷ lệ nghịch với

độ thấm K của lớp vật liệu lọc). Đây là trường hợp khi mới bắt đầu lọc, lớp vật liệu

lọc còn sạch (R là hằng số).



Thực tế phức tạp hơn, theo thời gian lọc bề mặt lớp vật liệu bị bẩn dần, lớp

bùn bẩn sẽ làm tăng R, làm biến dạng pt. (1.2) như sẽ trình bày dưới đây.

Trường hợp lọc với màng lọc hình thành trong quá trình lọc [4]

Đây là trường hợp thông thường, dễ thấy nhất là khi lọc nước có độ đục cao.

Khi đó ta sẽ thấy bùn cặn tích luỹ dần trên mặt lớp vật liệu lọc tạo thành lớp màng

lọc thứ cấp từ các hạt cặn lơ lửng có trong nước thô (xem hình 1). độ dày của lớp

màng lọc này tăng dần theo thời gian, trở lực tăng, tuy nhiên khả năng lọc trong

cũng tăng theo.

Trong trường hợp này, yếu tố trở lực R trong phương trình Darcy (1.1) bằng:

R = RVL + RC (1.3)

Trong đó: RVL = trở lực của lớp vật liệu ban đầu;

RC = trở lực của lớp màng lọc hình thành từ bùn cặn.

Hình 1: Mô hình lọc với lớp màng lọc tự hình thành

RC có thể tính từ: RC = r (1.4)

Trong đó:

M = khối lượng cặn;

r = trở lực riêng của lớp cặn ở áp suất P;

S = diện tích hình học bề mặt lọc;

C = mật độ cặn lơ lửng (SS) trong 1 đơn vị thể tích;

V = thể tích nước lọc trong thời gian thiết bị làm việc.

Kết hợp pt. (1.4) với pt. (1.3) ta có:

(1.5)


Nước đục

Lớp bùn-màng lọc

Vật liệu lọc

Nước lọc


Thay R từ pt. (1.5) vào (1.1) ta có:

(1.6)

Mặt khác: tốc độ lọc v tính bằng thể tích nước lọc trên một đơn vị diện tích

lọc trong một đơn vị thời gian, kết hợp pt. (1.6) ta có:

v = (1.7)

Giả thiết, nếu trở lực riêng r không đổi (r = const) nghĩa là lớp lọc không bị

nén, lấy tích phân pt. (1.7) ta có :

t = aV2 + bV hoặc = aV + b (1.8)

với a = và b =

Như vậy, đại lượng (t/V) hay thời gian cần thiết để lọc được một đơn vị thể

tích nước tỷ lệ tuyến tính với thể tích V nước lọc như đoạn thẳng trên đồ thị hình 2.

Hình 2: Đồ thị mô tả quá trình lọc theo phương trình 1.8

Nếu quá trình lọc kéo dài, quy luật nói trên sẽ bị vi phạm, năng suất lọc sẽ

giảm mạnh, t/V sẽ tăng đột ngột (xem hình 2). Đó là vì khi lọc lâu dài, lớp lọc bị

nén lại, trở lực lọc riêng của lớp cặn r sẽ tăng theo phương trình:

r = ro + r1PS (1.9)

Trong đó: r = trở lực riêng hay hệ số lọc, m/kg;

ro = là trở lực riêng khi P = 0;

r1 = là trở lực riêng khi P = 1 atm;

s = là thông số thể hiện khả năng nén cặn.

Để so sánh khả năng lọc các loại cặn khác nhau có thể dùng đại lượng r0..5

hay trở lực riêng xác định ở áp suất 0,5 atm.


b =

t/V

V

tg = rC/2PS2


b. Cơ chế lọc[5]:

Tùy bản chất của cặn cần lọc, kỹ thuật và VLL áp dụng có thể gặp các cơ chế

lọc và hiện tượng sau: lưu giữ, bám dính và hiện tượng đánh thủng…

- Các cơ chế lưu giữ

Cơ chế lưu giữ có thể hiểu là cơ chế “lọc” thuần tuý vật lý được ghi nhận

trong trường hợp lọc qua lưới lọc, màng lọc có kích thước lỗ đã định. Trong trường

hợp này lớp lọc hoạt động theo nguyên lý cái rây bột: hạt cặn nhỏ đi qua, hạt lớn bị

lưu giữ lại. Trong thực tế, hạt nhỏ hơn đường kính lỗ trống cũng có thể bị lưu giữ

lại nếu đồng thời nhiều hạt nhỏ cùng qua một lỗ trống, hoặc hạt cần lọc bị tăng kích

thước do nhiều nguyên nhân khác nhau.

Trong trường hợp này, các cơ chế sau có thể lần lượt hoặc đồng thời xuất

hiện:

Nhiều hạt nhỏ chen nhau cùng qua khe trống nên bị kẹt lại;

Hạt nhỏ trong khi theo dòng chảy qua lỗ trống bị cọ xát vào lớp vật liệu lọc

rắn và bị giữ lại do lực bề mặt (hấp phụ);

Do gia tốc trọng trường, hạt cặn lắng trên bề mặt VLL ở khu vực không có lỗ

trống...

Những cơ chế này xuất hiện trong cả kỹ thuật lọc màng và kỹ thuật lọc bằng

lớp vật liệu lọc dạng hạt.

- Cơ chế bám dính

Khi tốc độ dòng chảy không lớn, các lực bề mặt có thể gây ra sự bám dính

các hạt cặn trên bề mặt VLL. Bản chất các lực bề mặt khá phức tạp, phổ biến là lực

hút tĩnh điện và lực Van dec Val (Van der Waals).

- Hiện tượng đánh thủng

Trong quá trình lọc qua lớp VLL hạt, do các cơ chế nêu trên nên khe trống

giữa các hạt VLL bị lấp đầy dần bởi các hạt cặn bị lưu giữ hoặc bám dính. Như vậy,

thiết diện chảy thực tế bị thu hẹp dần, tốc độ dòng chảy qua khe sẽ tăng và kéo theo

các hạt cặn nhỏ vào sâu trong lớp VLL hạt, thậm chí hạt cặn bị kéo theo nước lọc.

Trường hợp này nước lọc giảm chất lượng, ta nói lớp lọc bị đánh thủng.

- Hiện tượng “tắc” và sự phục hồi lớp vật liệu lọc

Hiện tượng “tắc” thiết bị lọc do cặn bít dần các khe, lỗ trống mà nước có thể

chảy qua theo các cơ chế đã nêu. Trong trường hợp này vẫn có thể tiếp tục lọc bằng

cách tăng áp suất. Ví dụ: nếu lọc trọng lực như đối với bể cát có thể để mực nước

trên lớp VLL dâng tới mức độ vài mét. Đối với các thiết bị lọc áp lực với lớp VLL

là cát có thể nâng áp lực tới vài atm.



Thông thường, khi thiết kế thiết bị lọc có thể chấp nhận một mức độ “tắc”

nhất định. Để vượt qua hiện tượng này có thể tăng mực nước hoặc mức áp áp vào

lớp VLL để giữ tốc độ lọc không đổi.

Khi tổn thất áp vượt quá mức độ đã định (do sự tích luỹ lớp bùn cặn) cần

phục hồi lại lớp vật liệu lọc về trạng thái ban đầu bằng cách rửa sạch lớp vật liệu lọc

khỏi bùn cặn, gọi là rửa lọc. Cách rửa phụ thuộc vào loại vật liệu và kỹ thuật lọc áp

dụng, có một số kỹ thuật sau:

Rửa ngược là phổ biến nhất và là kỹ thuật duy nhất đối với các thiết bị lọc

dùng lớp vật liệu dạng hạt. Môi trường để rửa thường là nước sạch và ở các trạm

lớn là hỗn hợp khí - nước. Đối với các loại màng lọc như màng lọc micro, nano...

sau rửa ngược thường phải xử lý hoá chất bổ sung.

Rửa bằng cách xả cặn bằng trọng lực hay áp dụng đối với kỹ thuật lọc nổi,

kỹ thuật lọc màng điatomit. Khi đó chỉ cần dùng lượng nhỏ nước sạch để tráng vật

liệu lọc.

1.3.2. Thông số kiểm soát động học của bể lọc

Để kiểm soát hoạt động của một hệ lọc ta cần theo dõi một trong hai thông số

hoặc cả hai, đó là tổn thất áp lực khi lọc và độ đục của nước sản phẩm.

Xét một bể lọc trọng lực, tổn thất áp P có thể khảo sát gián tiếp thông qua

mức dâng mực nước trên lớp vật liệu lọc hoặc trực tiếp thông qua độ chênh lệch

mức nước trong bể lọc và trong ống đo mực nước trong suốt lắp ở ống thu nước gọi

là piezometer. Thông thường, đối với những bể lọc trọng lực người ta thiết kế mức

tổn thất áp nhỏ hơn hoặc bằng 1,5m [20] hoặc 2,4m [16].

Nếu khảo sát P theo thời gian, bắt đầu từ lúc cát lọc vừa được rửa sạch, tổn

thất áp P tăng dần theo thời gian lọc, càng về sau tăng càng nhanh. Thời gian để

đạt Pmax tối đa cho phép càng dài càng tốt, cho phép ít nhất là t1 = 12 giờ (TCN 33 -

85), thường được thiết kế là 24h (xem hình 3) để tiết kiệm chi phí rửa lọc.

a. Độ đục của nước lọc

Chất lượng nước lọc được đánh giá thông qua đại lượng nghịch của độ trong

là độ đục (đo bằng đơn vị NTU hoặc mg/l). NTU dễ dàng đo được bằng máy đục

kế, thậm chí ở chừng mực nhất định những cán bộ có kinh nghiệm có thể xác định

bằng mắt.

Khác với P tăng đều suốt quá trình lọc, khi khảo sát độ đục từ điểm bắt đầu

lọc theo thời gian, thấy quá trình lọc có thể chia làm 3 giai đoạn (hình 4).



Hình 3: Sự gia tăng tồn thất áp P trong quá trình lọc

Hình 4: Diễn biến của độ đục và tổn thất áp suất trong quá trình lọc

Giai đoạn một từ 0 đến t1: trên Hình 4 độ đục giảm dần theo thời gian lọc tới

khi đạt độ đục tối thiểu. Đoạn từ 0 đến to nước còn đục cần xả lọc, gọi là xả lọc đầu.

Sau to nước trong bắt đầu có thể thu nuớc vào bể. Thời gian t1 ứng với điểm chuyển

sang giai đoạn hai dài hay ngắn phụ thuộc vào công nghệ lọc được áp dụng và chất

lượng nước vào.

Giai đoạn hai từ t1 đến t2: độ đục ổn định ở mức tối thiểu trong thời gian dài

và kết thúc ở t2 khi độ đục bắt đầu tăng. Đây là giai đoạn thu nước chính.

Giai đoạn ba từ t2: độ đục bắt đầu tăng dần tới tm vượt mức giới hạn cho

phép, lúc này phải dừng lọc để rửa lọc.

Thời điểm thu nước có chất lượng đảm bảo bắt đầu từ thời điểm mà nước đạt

độ trong cần thiết, có thể trước t1 và kết thúc ở trước tm là thời điểm độ đục của

nước lọc vượt tiêu chuẩn.

Để xác định chính xác thời gian làm việc của bể hay thiết bị lọc thường phải

xác định tại chỗ bằng thực nghiệm trong quá trình chạy thử để định ra chu trình làm

việc cho bể hay thiết bị lọc hoặc có thể dùng các phương trình thực nghiệm.


Độ đục

Mức tổn thất áp cho phép

t t1

ΔP


Để tự động hoá quá trình lọc rửa có thể theo dõi một trong hai thông số vừa

nêu những thông số thứ nhất - tổn thất áp để thực hiện hơn và có độ tin cậy cao vì

tổn thất áp dễ dàng đo được bằng các thiết bị đơn giản như phao định mức hay các

đầu đo mức chất lỏng cơ khí hoặc điện tử. Gần đây cũng đã xuất hiện các thiết bị

giám sát độ đục trên đường ống cho phép kiểm soát qúa trình lọc tự động với độ tin

cậy cao.

b. Diễn biến áp suất dọc lớp cát lọc trong quá trình lọc

Trên Hình 5 mô tả diễn biến tổn thất áp trong quá trình lọc cát: phía trái là

mô hình bể lọc (mặt cắt đứng), A là mức nước trong bể lọc; B là mức mặt cát lọc; D

là mức đáy bể khi kết thúc lớp cát lọc, BD là bề dày lớp cát lọc. Trong đồ thị bên

cạnh, nếu trục tung và trục hoành có cùng tỷ lệ xích thì đường A’d0 sẽ tạo một góc

450 so với trục hoành. Nếu xét áp suất thủy tĩnh thì B’b là áp suất cột nước ở mức

B; C’c0 là áp suất thủy tĩnh ở mức C; D’d0 là áp suất thủy tĩnh ở đáy lớp lọc D.

Hình 5: Bể lọc tự chảy và diễn biến áp lực trong bể lọc tự chảy

Khi bể lọc bắt đầu làm việc, đường 1 là đường mô tả diễn biến tổn thất áp

suất trong cát sạch: C0C1 là tổn thất áp khi nước đi qua đoạn BC; D0D1 là tổn thất áp

trên toàn bể dày lớp vật liệu lọc BD. Như vậy tổn thất áp P tỷ lệ thuận với H bề

dày lớp vật liệu lọc BD như trong pt. Dacxy (pt. 1.1).

Khi lớp vật liệu lọc bắt đầu có hiện tượng nhiễm bẩn ta có đường số 2: đoạn

cong bC2 ứng với C0C2 sẽ là tổn thất áp trên đoạn BC. Qua khỏi mức C nước lại gặp

lớp cát sạch, khi đó tổn thất áp lại tuân theo pt. Dacxy, đường số 2 sẽ song song với

đường 1, tới khi ra khỏi lớp cát lọc ở mức D ta có tổn thất áp chung là D0D2.


A

B

C

D

E

A’

B’

C’

D’123

Co

b

C1

Do

C2Cf

D1D2Df

Ef


Càng lọc lớp cát càng nhiễm bẩn khi đó mức C sẽ dịch dần về phí đáy D ta

có đường số 3. Như vậy mặt phẳng ở mức C chia lớp cát thành hai phần: phần trên

C là lớp cát bẩn và phần dưới C là lớp cát sạch, gọi C là “biên lọc”. Càng lọc biên

lọc càng tiến xuống phía dưới theo hướng mặt D đồng thời dịch sang trái. Tới D ta

có tổn thất áp bằng DoDf.

Nếu tiếp tục lọc tới thời điểm mặt biên lọc sẽ vượt quá đáy D tới mức E, khi

đó tổn thất áp giả tưởng ứng với đoạn D0Ef. Trường hợp này lớp lọc bị “đánh

thủng” nghĩa là mức C đã bị dịch xuống mức E thấp hơn D - đáy lớp vật liệu lọc,

cặn bẩn lọt ra ngoài lớp lọc bảo vệ. Như vậy tổn thất áp DoDf là mức tối đa mà bể

lọc với lớp cát BD có thể chịu được.

Hình ảnh trên cho ta bức tranh hoạt động của bể lọc cát: chỉ được lọc và thu

nước lọc tới khi lớp cát còn giữ được cặn hay tới khi tổn thất áp đạt giá trị tới hạn.

Sau đó phải dừng lọc và rửa lọc.

1.3.3. Bể lọc vật liệu lọc nổi

Hình 6: Bể lọc vật liệu nổi

1 - nước thô; 2 - ngăn thu nước lọc; 3 - dàn phân phối nước thô; 4 - thân bể lọc; 5 -

máng thu nước lọc; 6 - phao chỉnh lưu lượng; 7 - thu nước lọc; 8 - xả nước rửa lọc.

Bể lọc nổi thực chất là bể lọc tiếp xúc, mọi chức năng nguyên lý của bể tiếp

xúc đều có thể áp dụng cho bể lọc nổi. Điểm khác nhau cơ bản của hai loại bể lọc

này là vật liệu lọc: bể lọc nổi dùng vật liệu lọc là những hạt polystyren tổng hợp có

tỉ trọng đổ đống 10 30kg/m3 nên nổi được trong môi trường nước. Chính vì nổi

được nên muốn cho lớp vật liệu này có tính lọc cần có cấu kết đục lỗ để chắn phía

trên, ngoài ra cần có lưới để ngăn hạt vật liệu lọc không bị rửa trôi khi xả kiệt.



Cũng như bể lọc tiếp xúc, bể lọc nổi có thể dùng như:

- Bể lọc phá đối với nước thô có hàm lượng SS cao hoặc rất cao;

- Bể lọc cấp 1 đối với nước đã xử lý sơ bộ (lắng);

- Bể lọc tiếp xúc đối với nước ngầm nhiễm sắt, nước mặt có đánh phèn.

Như vậy, nếu áp dụng bể lọc nổi sẽ bỏ qua bể trộn phèn - tạo bông - lắng

(đối với nước mặt) hoặc lắng tiếp xúc (đối với nước ngầm).

Tốc độ lọc nổi thường thiết kế ở mức 2 4m/h;

Bề dày lớp lọc: 1,0 1,5m;

Cỡ hạt: 1 3mm;

Áp suất cột nước dư cần 0,5m

Vận hành

Nước thô theo đường ống phân phối vào từ đáy bể, qua lớp vật liệu lọc nổi

được loại bỏ cặn. Nước trong được gom vào máng thu như lọc tiếp xúc, tràn vào

ngăn phụ cạnh bể và theo đường ống về bể chứa. Điểm khác với các bể lọc cát

thông thường là lớp vật liệu phải được chắn ở độ cao nhất định bằng lưới thép,

ngoài ra nước lọc luôn được giữ ở mức 0,2 đến 0,5 mét cách mép bể dự trữ để rửa

lọc.

Rửa lọc

Bể lọc nổi thường được thiết kế theo chế độ tự rửa nhờ áp lực cột nước dư ở

phía trên lớp vật liệu lọc. Điều này cho phép ta loại bỏ bơm rửa lọc trong thiết kế.

Cột nước trên lớp vật liêụ lọc nên để khoảng 1 m.

1.3.3.1. Tình hình sử dụng bể lọc vật liệu lọc nổi trên thế giới và Việt Nam

Từ những năm 70, một số nước như Liên Xô và Tiệp Khắc đã dùng bể lọc

VLL nổi trong lĩnh vực xử lý nước ngầm, nước mặt và nước thải.

* Ở Tiệp Khắc: năm 1974, phòng thí nghiệm xử lý nước VELKE

ZELNOSEKY đã tiến hành thí nghiệm xử lý nước trên mô hình loại bể lọc VLL nổi

để xử lý nước ngầm có chứa hàm lượng Fe 1,4 mg/L, sau đó được đem ra áp dụng

tại huyện LITOMERICE. Nhiều công trình xử lý nước đã sử dụng loại bể lọc này.

Từ năm 1982 đến năm 1986 PTS. Phạm Ngọc Thái đã nghiên cứu bể lọc VLL nổi

sử dụng trong xử lý nước mặt tại trường Đại học BRNO.



* Ở Liên Xô: việc nghiên cứu trên mô hình được thực hiện vào những năm

1973 - 1974, đến năm 1975 loại bể lọc VLL nổi đã đưa vào sử dụng [8, 11]. Năm

1992, Giáo sư tiến sĩ KHKT M.G.ZURBA đã cho xuất bản cuốn “các thiết bị lọc

vật liệu nổi penopolystyrol” (nhà xuất bản xây dựng Matscơva). Tài liệu giới thiệu

một số bể lọc VLL nổi với nhiều dạng khác nhau. Loại bể lọc có hướng chuyển

động của dòng nước từ dưới lên trên là phổ biến mà một số công trình ở Việt Nam

đã sử dụng.

* Ở Việt Nam: từ năm 1988 đến nay, bể lọc VLL nổi được sử dụng khá nhiều

cho các trạm xử lý nước công suất nhỏ trong phạm vi cả nước, đến nay đã được

phát triển trên tới quy mô công suất 10000m3/ngày tại trạm xử lý nước Thị xã Sóc

Trăng. Bảng 4 giới thiệu một số trạm xử lý nước ở địa phương, áp dụng cho quy mô

công suất khác nhau với hai nguồn nước: nước ngầm, nước mặt.

Bảng 4: Một số công trình sử dụng bể lọc VLL nổi đã xây dựng

STT Tên công trình Công suất

(m3/ngày)

Năm

xây

dựng

Loại

nguồn

nước

Tình trạng hiện tại

1 Bênh viện Quân y 108 1000 1990 Ngầm Hoạt động bình

thường

2 Nhà máy thực phẩm

Nam Hà

1000 1991 Ngầm Hoạt động bình

thường

3 Thị xã Sóc Trăng 10000 1992 Ngầm Hoạt động bình

thường

4 Thị xã Vĩnh Yên 4000 1995 Ngầm Hoạt động bình

thường

5 Nhà máy Z192 1200 1994 Ngầm Hoạt động bình

thường

1.3.3.2. Những ưu việt của bể vật liệu lọc nổi

Việc sử dụng bể lọc VLL nổi trong thực tế có những ưu điểm và mang lại ý

nghĩa Kinh tế Kỹ thuật- Xã hội sâu sắc đó là:

- Rửa lớp VLL đơn giản không cần trang bị máy bơm rửa lọc. [8, 9, 13]



Đối với những trạm công suất vừa và lớn đương nhiên phải trang bị hệ thống

rửa bể lọc. Có thể rửa bằng nước thuần tuý hoặc rửa bằng nước và gió kết hợp nhằm

tiết kiệm nước rửa. Kinh phí cho việc trang bị hệ thống rửa lọc chiếm tỉ lệ nhỏ so

với kinh phí toàn bộ công trình. Nhưng đối với những trạm công suất nhỏ, phần

kinh phí này lại chiếm tỷ lệ cao. Mặt khác việc rửa lọc cũng khá phức tạp. Do đó,

đối với những đối tượng dùng sẽ gặp khó khăn về kinh phí và cách quản lý vận

hành. Khi dùng bể lọc vật liệu lọc nổi, thực hiện rửa lọc bằng cách tạo ra sức va

thuỷ lực nhờ van mở nhanh, không cần dùng máy bơm, việc rửa lọc thuận lợi do đó

giảm được kinh phí và thuận lợi trong công tác quản lý.

- Tiết kiệm năng lượng và nước rửa VLL [8, 10, 11].

Khi sử dụng bể lọc VLL nổi không cần máy bơm rửa lọc chính là đã tiêt

kiệm đươc chi phí điện năng. Rửa bể lọc VLL nổi chỉ cần 1 - 2 phút, cường độ rửa

khoảng 10 l/s.m2 vì vậy tiết kiệm được rất nhiều nước rửa.

- Tiết kiệm cao trình và kinh phí xây dựng [8, 9, 10, 11].

Chiều cao xây dựng bể lọc VLL nổi nhỏ (2,5 ÷ 3 m), độ chênh lệch cao trình

giữa bể lọc và bể chứa nhỏ do tổn thất áp lực qua bể nhỏ, thường chỉ lấy độ chênh

cao trình mặt nước giữa hai bể là 0,5m, vì thế có thể nâng cao trình của bể chứa,

thuận tiện cho thi công.

Do tổn thất áp lực qua bể nhỏ nên rất thích hợp với sơ đồ công nghệ lọc

nhiều đợt. Nếu lọc hai đợt bằng cả hai bể lọc nổi thì chênh lệch cao trình giữa bể lọc

đợt một và đợt hai là 0,5m, giữa bể lọc đợt hai và bể chứa là 0,5m thì độ chênh cao

trình là 1m. Vì vậy các bể lọc VLL nổi và bể chứa đều có thể đặt nổi trên mặt đất,

điều đó giảm được kinh phí xây dựng một cách đáng kể.

1.3.3.3. Các đặc trưng của vật liệu lọc nổi

Vật liệu nổi có các tên gọi khác nhau là polystyrene (tiếng Tiệp Khắc),

penopolystyrol (tiếng Nga), styropo, trong dân gian thường gọi là “xốp”.

Nguyên liệu chính cho bọt polystyrene ở thể tạo bọt, được sản xuất bằng

phương pháp trùng hợp. Trong thương mại thường gọi là Koplen. Koplen được chế

tạo ở dạng hạt nhỏ, mờ đục mà thể tích của chúng tăng lên trong quá trình tạo bọt.

Hiện nay người ta dùng phương pháp tạo bọt bằng nước nóng, hơi nước nóng hoặc

sấy khô ở nhiệt độ 90 ÷ 950C.

Ở Liên Xô người ta thường dùng các loại polystyrene nhãn hiệu PSV, PSV -

B, PSV - S - PM, PSV - LD, PSV - N để làm vật liệu lọc.

a) Tính chất hóa lý



Vật liệu lọc nổi cần có đủ độ bền vững cơ lý và cơ hóa, độ hút nước nhỏ, dễ

làm sạch khỏi các chất bám bề mặt, đảm bảo hiệu quả lọc nước theo yêu cầu đề ra

theo đề ra trong điều kiện nhất định về cấp phối của lớp VLL.

Theo kết quả nghiên cứu của Viện Nghiên cứu polime (Liên Xô cũ): các hạt

polystyren cũng như hạt Koplen có độ bên hóa học cao, loại có nhãn hiệu PSV và

PSV - S còn bền vững dưới tác dụng của axit mạnh (trừ axit nitoric), axit yếu và

môi trường khoáng xâm thực. Các hạt có độ bền cao trong nước biển và chỉ bị phá

hủy dưới tác dụng của ete, hydrocacbua thơm, bị trương phồng trong xăng dầu.

Viện Nghiên cứu polyme còn chế ra loại vật liệu nổi mác PSV - N35 bền

vững thậm chí trong xăng có hàm lượng hydrocacbon cao. Độ bền hóa học cao của

hạt VLL nổi còn cho phép ứng dụng nó để lọc nước thải của đa số các ngành công

nghiệp khác nhau thậm chí cả nước thải chứa dầu.

Các hạt vật liệu nổi không bị mục nát, có độ bền cao dưới tác dụng của các

loại nấm và các vi sinh vật, điều đó cho phép ứng dụng chúng trong các điều kiện

nhiệt đới.

b) Tính chất hấp phụ

Trong lý thuyết và thực tiễn hiện đại, việc lọc nước trong các thiết bị lọc với

lớp vật liệu lọc là hạt được xem như một quá trình lý hóa phức tạp, phụ thuộc đáng

kể vào tính chất hấp phụ (dính bám) của các hạt vật liệu lọc.

Hiện tượng lý - hóa kèm theo sự hút bám xảy ra khi lọc nước trên bề mặt các

hạt vật liệu nổi trong một hệ thống phức tạp như bề mặt hạt vật liệu nổi, môi trường

phân tán - bề mặt các phần tử, cho đến nay vẫn còn được nghiên cứu. Khái niệm về

lớp điện tích kép trong môi trường hạt lọc ở ranh giới phân chia các pha dựa trên sự

xuất hiện điện tích ở bề mặt các hạt vật liệu nổi trong quá trình chuyển động của

chất lỏng qua môi trường. Sự tạo thành điện tích này khi lọc nước qua môi trường

có thể được giải thích bởi sự hút bám ion từ dung dịch có lực hút hóa học đối với

các ion của mạng tinh thể.

Quá trình lọc nước thải qua lớp vật liệu lọc nổi có xảy ra quá trình hấp phụ

trên bề mặt các hạt keo, ion…có trong nước thải, các cặn được giữ lại trong lớp

VLL.



Chương 2.

ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1. Đối tượng

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là sự biến đổi Δh (tổn thất áp), thông số SS

và COD theo thời gian trong mỗi chu kì lọc của bể lọc VLL nổi với hai đối tượng

nước thải ở bể điều hòa và sau bể lắng 1.

Nước thải được lấy từ hệ xử lý tại Trang trại Hòa Bình Xanh, xã Hợp Hòa,

huyện Lương Sơn, Hòa Bình ( Đề tài KC 08 - 04/11 - 15 Bộ Khoa học Công nghệ )

2.2. Phương pháp nghiên cứu

2.2.1. Phương pháp thu thập tài liệu

Thu thập các tài liệu về kĩ thuật yếm khí xử lý nước thải giàu hữu cơ, quy

luật tăng tổn thất áp lực khi lọc nước qua lớp vật liệu dạng hạt, cơ chế của quá trình

giữ cặn trong lớp VLL nổi, cơ sở lý thuyết của quá trình làm trong nước.

Phương pháp này được sử dụng để thu thập tài liệu từ các nguồn:

Các giáo trình chuyên ngành;

Các bài báo tạp chí trong nước và ngoài nước có liên quan;

Các TCVN, QCVN, TCXD, các văn bản pháp lý có liên quan;

Các website.

2.2.2. Phương pháp thực nghiệm

2.2.2.1. Mô hình thực nghiệm

Cấu trúc hệ thống

- Danh mục thiết bị sử dụng thiết kế hệ lọc nổi



Bảng 5: Danh mục thiết bị

STTTHIẾT BỊ VÀ VẬT

TƯ

YÊU CẦU KỸ

THUẬT

SỐ

LƯỢNGĐƠN VỊ

1 Bồn chứaThế hệ mới V = 750

m31 cái

2 Bơm định lượng

Bơm định lượng

Blue-White (USA) -

Model: C6250HV

Qmax = 100l/h.

1 cái

3 Cột PVC D=150mm 5 mét

4 Vật liệu nổi V = 123.64 cm3 1 m3

5 Van 2 chiều D= 34 2 cái

6 Van 2 chiều D = 42 1 cái

7 Đường ống PVC D = 42 0.5 mét

8 Đường ống PVC D = 34 10 mét

9 Mặt bích 8 cái

10 Máy sục khí 1 cái

- Thiết kế thí nghiệm:

D = 130mm;

Thiết diện cột lọc = 0,013267m2;

Chiều cao lớp vật liệu lọc: h = 700mm; Thể tích vật liệu lọc V = 9.3l

Cột lọc: h = 2200mm;

Cột đầu vào: h = 3400mm;

Vật liệu lọc : Kích thước đường kính hạt vật liệu lọc: 3mm.

Tỷ khối: 10.65 g/l



Hình 7: Sơ đồ thiết kế hệ lọc nổi

Phương pháp xác định các thông số thực nghiệm

Xác định lưu lượng

Dùng thùng dung tích và đồng hồ bấm giây để xác định lưu lượng nước tại

van thu nước đã lọc. Thao tác bằng cách đưa thùng có dung tích V (lít) để hứng

nước đồng thời bấm đồng hồ, khi ngừng lấy nước bấm đồng hồ xác định thời gian t

(giây), lưu lượng nước tính theo công thức:

Q = (l/s) hoặc Q = 3,6. (m3/h)

Xác định tổn thất áp lực qua lớp VLL nổi

Trên mô hình thí nghiệm có bố trí ống trong nối cột nước đầu vào đo áp lực

của lớp VLL lọc nổi với chiều cao 1m.

Xác định chất lượng nước đầu vào và nước đã lọc

Lấy mẫu nước tại thời điểm hệ lọc bắt đầu chạy ổn định tương ứng với mỗi

chu kì tốc độ lọc khác nhau. Đem mẫu nước về phòng thí nghiệm để phân tích các

chỉ tiêu.

Xác định thời gian

Dùng đồng hồ bấm giây để xác định lưu lượng và đồng hồ thường để đo thời

gian lọc mỗi chu kì.

Vận hành hệ thống



Quy trình khảo sát

Bước 1: Lấy nước đầu vào hệ lọc từ bồn lắng 1(hệ yếm khí cao tải) hoặc

bơm từ bể điều hoà, sau đó bật mấy sục khuấy trộn SS và bơm đầu vào hệ lọc.

Bước 2: Chỉnh lưu lượng Q tương ứng với tốc độ lọc v= 0,5 - 4m/h (tính toán

ở bảng dưới), đo nhanh Ho (chiều cao tổn thất áp ban đầu do lớp vật liệu lọc).

Bảng 6: Các chế độ khảo sát

V (m/h) 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 1.00

Q (l/h) 6.64 7.96 9.29 10.62 11.94 13.27

Bước 3: Khảo sát chiều cao (H) theo thời gian đối với từng chế độ Q. Đo

biến thiên H theo các khoảng thời gian bằng nhau với các khoảng lớn nhỏ tùy hiện

tượng chiều cao H tăng nhanh hay chậm (tổng thời gian là t1). Chạy mỗi chế độ lưu

lượng Q lặp ít nhất 2 lần, và lần lượt các Q.

Bước 4: Sau 1 khoảng thời gian nhất định (thời gian lọc hiệu quả, chu kì lọc)

của mỗi Q chạy, thấy hiện tượng tràn ở cột đầu vào (ghi thời gian t2), tắt bơm đầu

vào, khóa van thông giữa 2 cột, xả đáy nhanh cột lọc vào bồn, khuấy đều lấy mẫu.

Rửa lọc

Tắt bơm đầu vào dẫn nước vào bể và khóa van (1) xả nhanh van (2), việc rửa

lớp VLL nổi được thực hiện bằng phương pháp tạo sức va thủy lực tạo nên dòng

xoáy xáo trộn lớp VLL nổi nhờ van mở nhanh (2). Khi lớp VLL nổi bị xáo trộn, các

hạt cặn đã được giữ lại trong lớp VLL sẽ tách ra cùng với nước xả.

Van (1): van nối giữa cột 1 và cột lọc 2.

Van (2): van xả đáy cột lọc.

Cường độ rửa lọc:

2.2.2.2. Thiết bị phân tích, dụng cụ, hóa chất

Thiết bị và dụng cụ phân tích

- Máy đo quang UV-VIS của hãng Shimazu.

- Cân phân tích 4 số của hăng Shimazu.

- Bếp nung COD ECO 16 (VELP SCIENTIFICA - Italy).

- Cốc thủy tinh, bình định mức, bình nón, pipet các loại.



- Ống phá mẫu COD.

- Đũa thủy tinh .

- Máy đánh bùn siêu âm ULTRATURRAX.

- Máy đo pH : HANNAINSTRUMENTS.

Và một số các dụng cụ và thiết bị khác.

Hóa chất

- Hóa chất phân tích các chỉ tiêu: pH, COD, TSS (loại tinh khiết).

2.2.2.3. Cách lấy mẫu

- Cách lấy mẫu nước: mẫu được lấy ở trong nước đầu vào (có máy sục khuấy trộn)

và nước đầu ra khỏi hệ lọc.

- Cách lấy mẫu bùn: xả đáy cột lọc vào chậu, khuấy đều sau đó lấy mẫu.

2.2.2.4. Các phương pháp phân tích trong phòng thí nghiệm

Các phương pháp phân tích:

Phương pháp phân tích COD ( Cr )

Nguyên tắc của phương pháp là mẫu được đun hồi lưu với K2Cr2O7 và chất xúc tác

bạc sunfat ( Ag2SO4 ) trong môi trường axit H2SO4 đặc.

Quy trình

Phương pháp phân tích SS

Lọc mẫu nước thải qua giấy lọc 0,45µm và xác định TSS qua phương pháp cân.

Công thức tính:


Lấy 2,5 ml mẫu

+ 1,5 ml dung dịch phản ứng

+ 2,5 ml dung dịch thuốc thử axit

Phá mẫu ở nhiệt độ 1500C trong 2h

Để dung dịch nguội ở nhiệt độ phòng

Đo ở bước song 600 nm, tính toán theo đường chuẩn


TSS ( mg/l ) = ,

trong đó:

M0 (mg): khối lượng giấy trước lọc;

M1 (mg): khối lượng giấy sau lọc;

V (ml) : Thể tích mẫu nước thải cần lọc;

2.3. Nội dung nghiên cứu

2.3.1. Quan hệ tổn thất áp lực khi lọc qua lớp VLL nổi theo thời gian và tốc độ

lọc

Ở mỗi chu kì theo dõi cột áp thường xuyên và lưu lượng đầu vào đầu ra, khi

thấy hiện tượng nước trong cột áp dâng thì theo dõi ghi kết quả với những khoảng

thời gian bằng nhau nhất định.

2.3.2. Sự biến đổi các thông số SS, COD

Thông số SS, COD tương ứng với đầu vào và ra, xả lọc của hệ lọc nổi ứng

với mỗi chu kì được lấy mẫu và phân tích khi hệ hoạt động ổn định ngày thứ hai. (vì

hệ thí nghiệm đặt tại Hòa Bình xa trung tâm phân tích nên với mỗi chu kì chỉ lấy

được một lần mẫu thay vì lấy đều đặt theo dõi theo thời gian).



Chương 3.

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1. Thành phần nước thải chăn nuôi lợn

Vì mô hình thí nghiệm lọc nổi lấy nước thải đầu vào trực tiếp từ hệ xử lý

yếm khí cao tải nên chịu ảnh hưởng bởi các yếu tố chủ quan và khách quan, nồng

độ SS, COD thay đổi phụ thuộc nguồn xả thải thực tế và các yếu tố vận hành của hệ

thống xử lý nước thải thuộc đề tài KC 08 - 04/11 - 15.

Bảng 7: Thành phần nước thải các chuồng ở trại Hòa bình Xanh

Mẫu pH

Tổng

COD

(mg/l)

COD lọc

(mg/l)

T-N

lọc

(mg/l)

T-N

không

lọc (mg/l)

N-

NH4+

(mg/l)

T-P

(mg/l)

SS

(mg/l)

4.1 8.96 5500 2254 631 1290 519 100 4570

4.2 8.83 7483 2254 579 1387 527 50.8 5420

4.3 8.96 3786 1262 452 901 377 31 3850

4.4 8.99 3156 1172 497 850 415 47 3240

5.1 8.99 8024 3697 848 1752 770 119 6250

5.2 8.99 3922 2163 605 1298 538 30 5370

5.3 8.97 8475 3020 825 1705 715 118 6040

5.4 9.03 6942 2209 772 1779 658 77 6440

Chuồng

bầu8.81 1668 1668 501 590 476 10 300

Chuồng

đẻ8.74 7348 2209 630 1550 442 22 7560

TB các

chuồng5630±1032 2191±330

634 ±

611310±180 544±57 60±18 4904±901

điều

hòa

pilot

(12.14)

6348±888

(n = 9)

1649±175

(n = 9)

4311±1080

(n = 8)*

Từ các giá trị trên ta có thể thấy được nước thải chăn nuôi có đặc tính ô

nhiễm rất lớn, giá trị CODht trong khoảng 2000 - 3000mg/l, CODt trong khoảng



3000 - 8000mg/l, SS: 3000 - 8000mg/l. Xem xét, lựa chọn phương án công nghệ xử

lý nhận thấy với giá trị SS, COD cao và biến động ảnh hưởng lớn tới hiệu quả xử lý

của yếm khí cao tải.

3.2. Quan hệ tổn thất áp lực khi lọc qua lớp VLL nổi theo thời gian ở các chu

kì khác nhau và thay đổi chất lượng nước qua hệ lọc

3.2.1. Vận tốc lọc v = 0,5m/h, Q = 6,63l/h, ho = 1cm

Chu kì lọc: 54,5 giờ

Hệ lọc chạy ổn định trong 49 giờ, sau đó có hiện tượng mực nước trong ống

pazometer bắt đầu tăng dần.

Bảng 8: Số liệu đo chiều cao tổn thất áp v = 0.5m/h

T

(phút)

T

(giờ)

H

(cm)

0 0.00 9

80 1.33 13

90 1.50 15

190 3.17 24

200 3.33 29

210 3.50 34

220 3.67 39.7

230 3.83 38

240 4.00 44.5

250 4.17 51.5

260 4.33 57.5

270 4.50 63

280 4.67 70

290 4.83 75

300 5.00 81

310 5.17 84

320 5.33 90

330 5.50 96.5



Hình 8: Quan hệ tổn thất áp lực qua lớp VLL nổi theo thời gian v = 0,5m/h

Bảng 9: Chất lượng nước đầu vào, ra của hệ lọc tại v = 0,5m/h.

SS (mg/l) CODt (mg/l) CODht (mg/l)

Vào 4890 6972 1249

Ra 480 2238 1701

Qua đồ thị và bảng số liệu chất lượng nước qua hệ lọc, tổn thất áp lực qua

lớp VLL theo thời gian tăng tuyến tính theo phương trình Darcy, trong 49 giờ đầu

hệ chạy ổn định nước ra xử lý được hơn 90% lượng SS. Thời gian lọc hiệu quả ( đạt

chất lượng nước ra SS≤500mg/l) tính từ 1 giờ đầu đến giờ thứ 51 sau đó chiều cao

tổn thất áp bắt đầu tăng dần, đạt cao nhất ở h = 96,5cm (nước tràn ra khỏi khỏi ống

pazometer); dừng quá trình lọc, xả và rửa hệ.

Giá trị COD tổng giảm (68%) do nhờ lượng SS tách loại. Giá trị COD hòa

tan tăng do xảy ra quá trình thủy phân, giải thích điểu này do trong nước thải đầu

vào chứa nhiều chất hữu cơ dễ phân hủy (cặn cám ngô) thủy phân trong quá trình

lọc.

Thể tích nước lọc được là V = 6,63 x 54,5 = 361,335 (lít)

Lượng cặn SS tách được: X = 361,335 x (4890 - 480) = 1593486,35mg = 1593,486

g




Chu kì lọc: 52 giờ

Hệ lọc chạy ổn định sau 48 giờ, sau đó có hiện tượng mực nước trong ống

pazometer tăng.



T (phút) T (giờ) H (cm )

0 0.00 21

10 0.17 23

20 0.33 22.5

30 0.50 24.5

40 0.67 30.5

50 0.83 26

60 1.00 31

70 1.17 26

80 1.33 30

90 1.50 36

100 1.67 42

110 1.83 44

120 2.00 46.5

130 2.17 43

140 2.33 49

150 2.50 54.5

160 2.67 60

170 2.83 64

180 3.00 66.5

190 3.17 71

200 3.33 76

210 3.50 82

220 3.67 88

230 3.83 93.5

240 4.00 96.5



Bảng 11: Chất lượng nước đầu ra, đầu vào của hệ lọc tại v = 0,6m/h


Vào 3830 5240 685

Ra 270 1070 802



hệ chạy ổn định nước ra xử lý được 93% lượng SS. Thời gian lọc hiệu quả (đạt chất

lượng nước ra SS≤500mg/l) tính từ 1 giờ đầu đến giờ thứ 48 sau đó chiều cao tổn

thất áp bắt đầu tăng dần, đạt cao nhất ở h = 96,5cm (nước tràn ra khỏi khỏi ống


Giá trị COD tổng giảm (79%), COD hòa tan tăng (17%).

Thể tích nước lọc được là V = 7,96 x 54 = 429,84 (lít)

Lượng cặn SS tách được: X = 429,84 x (3830 - 270) = 1530230,4mg = 1530,230g





Hệ lọc chạy ổn định sau 42,5 giờ, sau đó có hiện tượng mực nước trong ống

pazometer tăng.


T

(phút)

T

(giờ)

H

(cm)

0 0.00 7

80 1.33 13

90 1.50 15

190 3.17 24

200 3.33 27

210 3.50 34

220 3.67 38

230 3.83 37.5

240 4.00 45

250 4.17 51.5

260 4.33 59

270 4.50 63

280 4.67 70

290 4.83 75

300 5.00 79

310 5.17 84

320 5.33 87

330 5.50 96.5




Bảng 13: Số liệu chất lượng nước đầu ra, đầu vào của hệ lọc tại 0,7m/h

SS (mg/l) CODt (mg/l ) CODht (mg/l)

Vào 4030 5250 1084

Ra 483 2017 1503



hệ chạy ổn định nước ra xử lý được 88% lượng SS. Thời gian lọc hiệu quả (đạt chất

lượng nước ra SS≤500mg/l) tính từ 2 giờ đầu đến giờ thứ 42,5, sau đó chiều cao tổn

thất áp bắt đầu tăng dần, đạt cao nhất ở h = 96,5cm (nước tràn ra khỏi khỏi ống


Giá trị COD tổng giảm (61,5%), COD hoà tan tăng (38%).


Lượng cặn SS tách được: X = 445,92 x (4030 - 483) = 1581678,24mg = 1581,678g

3.2.4. Vận tốc lọc v = 0,8m/h, Q = 10,61l/h, ho = 1.5cm




Hệ lọc chạy ổn định sau 81,5 giờ, sau đó có hiện tượng mực nước trong ống

pazometer tăng.


T

(phút)

T

(giờ)

H

(cm)

0 0.00 6

80 1.33 15

90 1.50 14

190 3.17 25

200 3.33 27

210 3.50 34

220 3.67 39

230 3.83 37.5

240 4.00 45

250 4.17 51.5

260 4.33 57

270 4.50 63

280 4.67 60

290 4.83 73.5

300 5.00 76

310 5.17 84

320 5.33 89

330 5.50 96.5




Bảng 15: Số liệu chất lượng nước đầu ra, đầu vào của hệ lọc tại 0,8m/h

SS ( mg/l) CODt (mg/l) CODht (mg/l)

Vào 1904 3150 1185

Ra 184 1570 1377

Qua đồ thị và bảng số liệu chất lượng nước qua hệ lọc,có thể thấy tổn thất áp

lực qua lớp VLL theo thời gian tăng tuyến tính theo phương trình Darcy, trong 81,5

giờ đầu hệ chạy ổn định nước ra xử lý được 90% lượng SS. Thời gian lọc hiệu quả

(đạt chất lượng nước ra ≤500mg/l) tính từ 1 giờ đầu đến giờ thứ 81,5 sau đó chiều

cao tổn thất áp bắt đầu tăng dần, đạt cao nhất ở h = 96,5cm (nước tràn ra khỏi khỏi

ống pazometer ); dừng quá trình lọc, xả và rửa hệ.

Giá trị COD tổng giảm (50%), COD hòa tan tăng (13,9%).


Lượng cặn SS tách được: X = 979,62 x (1904 – 184) = 1684946,4mg = 1684,946g



3.2.5. Vận tốc lọc v = 0,9m/h, Q = 11.94l/h, ho = 2cm

Chu kì lọc: 45,5 giờ

Hệ lọc chạy ổn định sau 34 giờ, sau đó có hiện tượng mực nước trong ống

pazometer tăng.

Bảng 16: Số liệu đo chiều cao tổn thất áp v = 0.9 m/h

T

(phút )

T

( giờ )

H

(cm )

0 0.00 17

10 0.17 21

20 0.33 22.5

30 0.50 24.5

40 0.67 30

50 0.83 26

60 1.00 31

70 1.17 25

80 1.33 30

90 1.50 36

100 1.67 41

110 1.83 44

120 2.00 46.5

130 2.17 43

140 2.33 48

150 2.50 54.5

160 2.67 60

170 2.83 64

180 3.00 66.5

190 3.17 72

200 3.33 81

210 3.50 82

220 3.67 88

230 3.83 93.5




Bảng 17: Số liệu chất lượng nước đầu ra, đầu vào của hệ lọc tại v = 0,9m/h

Qua đồ thị và bảng số liệu chất lượng nước qua hệ lọc có thể thấy rằng tổn

thất áp lực qua lớp VLL theo thời gian tăng tuyến tính theo phương trình Darcy,

trong 30 giờ đầu hệ chạy ổn định nước ra xử lý được 85% lượng SS. Thời gian lọc

hiệu quả (đạt chất lượng nước ra ≤500mg/l) tính từ 2 giờ đầu đến giờ thứ 30 sau đó

chiều cao tổn thất áp bắt đầu tăng dần, đạt cao nhất ở h = 96,5cm (nước tràn ra khỏi

khỏi ống pazometer); dừng quá trình lọc, xả và rửa hệ.

Giá trị COD tổng giảm (38%), COD hoà tan tăng (27%).


Lượng cặn SS tách được: X = 405,96 x (4570 – 685) = 1577154,6mg = 1577,154g



Vào 4570 5540 1555

Ra 685 3423 2135


3.2.6. Vận tốc lọc v = 1m/h, Q = 13,27l/h, ho = 1,5cm

Do có sự điều chỉnh thông số lưu lượng của hệ yếm khi cao tải, nên nước đầu

vào có lượng SS thấp (500 - 600mg/l) khi chạy đến thời gian tạm dừng hệ lọc vẫn

chưa có hiện tượng dâng nước trong ống pazometer.

Tính toán thông số lọc thông qua số liệu thực nghiệm

Do chất lượng SS, COD đầu vào mỗi chu kì lọc khác nhau phụ thuộc điều

kiện thực tế, nên ta không thể tìm được thông số về lượng nước mà một mét vuông

thiết diện lọc được:

Alọc = 0,013267m2

Bảng 18: Thể tích nước lọc được qua 1 m2 thiết diện lọc của các vận tốc lọc

Tốc độ lọc (m/h) Thể tích nước lọc được (1m2) lít

0.5 27.235,62

0.6 32.399,19

0.7 33.611,22

0.8 73.838,85

0.9 30.599,23

3.3. Đánh giá tổng hợp các chu kì lọc đã khảo sát



KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊKết luận

Qua quá trình nghiên cứu thực nghiệm và phân tích kết quả chất lượng nước

thải qua hệ lọc nổi (với hai đối tượng: nước sau bể điều hòa, nước sau lắng 1), thấy

rằng hiệu quả tách R/L loại SS đạt hiệu quả cao. Cụ thể là:

Hiệu quả tách loại SS

Do đề tài nghiên cứu được thực hiện trong thời gian ngắn và chịu ảnh hưởng

bởi các yếu tốt vận hành thực tế của hệ yếm khí cao tải nên chất lượng nước đầu

vào không ổn định. Nhưng với những kết quả thực tế, hiệu quả tách loại SS rất cao

80 – 90%, đạt trung bình 500mg/l rất phù hợp đảm bảo hiệu quả xử lý hệ vi sinh

yếm khí cao tải nối tiếp sau.

Bảng 19: Hiệu suất xử lý SS

V ( m/h ) 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9

H ( % ) 90 93 88 90 85

Thông số COD

Qua mỗi chu kì lọc COD tổng giảm dao động từ 38 - 70%. COD hòa tan tăng

từ 10 - 20% do qua trình thủy phân các hợp chất hữu cơ, chu kì lọc càng dài thì hàm

lượng chất hữu cơ bị thủy phân càng tăng.

Khảo sát thực nghiệm hệ thống lọc nổi với tốc độ lọc

Trong quá trình vận hành khảo sát thí nghiệm ở các tốc độ lọc 0,5 – 1m/h, ta

nhận thấy:

Tổn thất áp lực qua lớp vật liệu lọc theo thời gian tăng tuyến tính theo Định

luật Darcy, sau một thời gian làm việc lượng cặn tích lũy nhiều, quá trình hấp phụ

cân bằng với quá trình tách cặn, lúc đó lớp vật liệu lọc đã bão hòa, tiến hành rửa

lọc. Thời gian bảo vệ của hệ lọc phụ thuộc vào giá trị SS của nước đầu vào và tốc

độ lọc, nước đầu vào nồng độ SS, tốc lọc càng cao thì hệ tắc càng nhanh.

- Chất lượng nước đầu ra đạt yêu cầu SS ≤ 500mg/l với chất lượng

nước đầu vào trung bình SS3000 mg/l ở tốc độ lọc tối ưu 0,5m/h; 0,6m/h; 0,8m/h.

Bể lọc VLL nổi có nhiều ưu điểm:

- Cấu tạo đơn giản, dễ vận hành;

- Chi phí thấp;



- Phù hợp thực tế (khả năng đầu tư, điều kiện diện tích, nhân lực vận

hành ..của các hộ trang trại chăn nuôi nhỏ lẻ).

Nhược điểm là áp dụng với quy mô công suất nhỏ, đầu tư hệ thống xử lý bùn

xả lọc. Hệ thống lọc nổi với những ưu điểm vượt trội với đặc trưng nguồn nước thải

và điều kiện cơ sở các hộ chăn nuôi nhỏ lẻ của nước ta, có tính ứng dụng thực tiễn

cao.

Nghiên cứu này đã giải quyết được một phần bài toán thực tế giải quyết các

khó khăn để có phương án lựa chọn phù hợp đảm bảo quá trình xử lý triệt để ô

nhiễm do nước thải chăn nuôi trước khi xả thải ra môi trường.

Kiến nghị

Do hạn chế về thời gian nghiên cứu nên đề tài mới chỉ đưa ra một số kết quả

nhất định, những nghiên cứu bước đầu về hoạt động của hệ thống lọc nổi thông qua

khảo sát tổn thất áp lực theo thời gian; hiệu quả xử lý SS, COD của hệ thống với 6

tốc độ lọc khác nhau.

Vì vậy qua đề tài, có một số hướng đề xuất cho các nghiên cứu tiếp theo:

- Theo dõi quan hệ về sự biến đổi chất lượng nước khi lọc qua lớp VLL nổi

theo thời gian với hai đối tượng nước sau bể điều hòa và sau bể lắng 1.

- Nghiên cứu tổn thất áp lực và sự biến đổi của chất lượng nước lọc khi lọc

nước qua lớp VLL nổi ở các thể tích VLL nổi thay đổi để tìm được thể tích ( chiều

dày lớp VLL ) tối ưu.

- Nghiên cứu VLL nổi với các cỡ đường kính khác nhau cho đề tài nghiên

cứu.

- Tính toán đưa ra các thông số thiết kế bước đầu ứng dụng tiền sử lý nước

thải.

Đây tuy là đề tài quy mô nhỏ nhưng đã cho thấy tính thực tiễn và ứng dụng

hiệu quả trong tiền xử lý nước thải, đề xuất các cơ quan ban ngành tạo điều kiện đầu

tư nghiên cứu và ứng dụng triển khai trong thực tế.



TÀI LIỆU THAM KHẢOA. Tiếng Việt

1. Antoine Pouilieute, Bùi Bá Bổng, Cao Đức Phát: Báo cáo “Chăn nuôi Việt Nam

và triển vọng 2010”; ấn phẩm của tổ chức PRISE của Pháp.

2. Báo cáo tổng kết năm 2013 Bộ NNPTNT.

3. Báo cáo tổng kết năm 2014 Bộ NNPTNT.

4. Cao Thế Hà (2015), báo cáo tổng hợp đề tài KC 08 - 04/11 - 15 “Nghiên cứu và

ứng dụng công nghệ tiên tiến phù hợp điều kiện Việt Nam để xử lý ô nhiễm

kết hợp tận dụng chất thải của các trang trại chăn nuôi lợn”.

5. Cao Thế Hà (2003), “Tài liệu giảng dạy môn Công nghệ môi trường đại cương”.

6. “Hướng dẫn xây dựng và vận hành hệ thống xử lý chất thải và quản lý môi

trường tại các làng nghề chăn nuôi gia súc”, Hà Nội 11/2010.

7. Quy chuẩn xây dựng tập 1. Ban hành kèm quyết định số 682/ BXD – CSXD

ngày 14 tháng 12 năm 1996 của Bộ trưởng Bộ xây dựng. Nhà xuất bản xây

dựng - Hà Nội.

8. Phạm Ngọc Thái (1986), “Sử dụng bể lọc vật liệu nổi trong cấp nước cho các đối

tượng nhỏ và Quân đội”, Luận án PGS.KHKT Trường Đại học Bách khoa

BRNO Tiệp Khắc năm 1986.

9. Phạm Ngọc Thái (1990), “Báo cáo NCKH. ứng dụng bể lọc vật liệu lọc nổi trong

các chương trình cấp nước nông thôn”, Đề tài 26C – 02 – 02 Chương trình

nhà nước 26C năm 1990.

10. Phạm Ngọc Thái (1986), “Sự biến dạng của lớp vật liệu lọc nổi trong quá trình

vận hành”, Báo cáo khoa học tại BRNO – Tiệp Khắc 12/1986.

11. Phạm Ngọc Thái (1988), “Sử dụng bể lọc vật liệu lọc nổi trong các công trình

cấp nước cho bộ đội”, Tạp chí KHKT Quân đội số 8/1988.

12. Nguyễn Văn Tín (1998), “Một số kết quả nghiên cứu bể lọc vật liệu lọc nổi”,

Hội thảo khoa học quốc gia “Hóa học và công nghệ hóa học với chương trình

nước sạch và vệ sinh môi trường” 1-1998.

13. Nguyễn Văn Tín (1998), “Nghiên cứu sử dụng bể lọc vật liệu lọc nổi trong dây

chuyền công nghệ khử sắt nước ngầm bằng phương pháp làm thoáng cho các

trạm công suất nhỏ”, Luận án TS năm 1998 Trường ĐH Xây dựng.



B. Tiếng Anh

14. Angelidaki, I., Ellegaard, L., Sorensen, A.H., Schmidt, J.E. (2002), “Anaerobic

processes. In: Angelidaki I, editor. Environmental biotechnology”, Institute

of Environment and Resources, Technical University of Denmark (DTU).

15. Cheng Fang (2010), “Biogas production from food-processing industrial wastes

by anaerobic digestion”, PhD Thesis, DTU.

16. Hammer M.J (1986), “Water and Wastewater Technology”, Sec. Ed. Prentice

Hall Career & Technology, Englewood Cliffs, NJ 07632.

17. J. Van Lier, Wat.Sci.Technol. 57(8) (2008), “Data collected by Yolanda

Yspeert”

18. Lettinga, G., van Velsen, A.F.M., Homba, S.W., de Zeeuw, W., Klapwijk, A.

(1980), “Use of the upflow sludge blanket reactor concept for biological

wastewater treatment especially for anaerobic treatment”. Biotechnol.

Bioeng.

19. McCarty, P.L, D.E. Hughes, D.A. Stafford, B.F. Weatley, W. Beader, G.

Lettinga, E.J. Nuns, W. Verstraete and R.L. Wentworth, eds.. (1982),

“Anaerobic Digestion” , Elsevier Biomedical, Amsterdam.

20. “Water Treatment Handbook”, 6 th. Ed. Degre’mont, 1991

C. Trang web

21. http://cctytg.wordpress.com/2010/12/16/antibiotic-arguments/


http://cctytg.wordpress.com/2010/12/16/antibiotic-arguments/


PHỤ LỤC

Hình PL1 : Hình ảnh hệ lọc nổi nghiên cứu thực nghiệm.



Hình PL2: Hình ảnh bồn chứa nước đầu vào trước khi bơm vào hệ lọc
