Tóm tất Luận án: Nghiên cứu quá trình xử lý nitơ trong nước thải sinh hoạt bằng quá trình Anammox sử dụng giá thể vi sinh cố định

Nghiên cứu quá trình xử lý nitơ trong nước thải sinh hoạt bằng quá trình Anammox sử dụng giá thể vi sinh cố định.Nghiên cứu quá trình xử lý nitơ trong nước thải sinh hoạt bằng quá trình Anammox sử dụng giá thể vi sinh cố định.Nghiên cứu quá trình xử lý nitơ trong nước thải sinh hoạt bằng quá trình Anammox sử dụng giá thể vi sinh cố định.Nghiên cứu quá trình xử lý nitơ trong nước thải sinh hoạt bằng quá trình Anammox sử dụng giá thể vi sinh cố định.Nghiên cứu quá trình xử lý nitơ trong nước thải sinh hoạt bằng quá trình Anammox sử dụng giá thể vi sinh cố định.Nghiên cứu quá trình xử lý nitơ trong nước thải sinh hoạt bằng quá trình Anammox sử dụng giá thể vi sinh cố định.Nghiên cứu quá trình xử lý nitơ trong nước thải sinh hoạt bằng quá trình Anammox sử dụng giá thể vi sinh cố định.Nghiên cứu quá trình xử lý nitơ trong nước thải sinh hoạt bằng quá trình Anammox sử dụng giá thể vi sinh cố định.

1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG HÀ NỘI NGUYỄN THỊ MỸ HẠNH NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NITƠ TRONG NƯỚC THẢI SINH HOẠT BẰNG QUÁ TRÌNH ANAMMOX SỬ DỤNG GIÁ THỂ VI SINH CỐ ĐỊNH Chuyên ngành: Công nghệ môi trường nước nước thải Mã số: 9520320-2 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ Hà Nội, năm 2022 Luận án hoàn thành Trường Đại học Xây dựng Hà Nội Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Trần Thị Hiền Hoa Phản biện 1: PGS TS Nguyễn Mạnh Khải Phản biện 2: PGS.TS Hoàng Thị Thu Hương Phản biện 3: PGS.TS Đoàn Thu Hà Luận án bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp Trường họp trường Đại học Xây dựng Hà Nội Vào hồi…… giờ…… ngày ……… tháng… năm Có thể tìm hiểu luận án thư viện Quốc Gia thư viện Trường Đại học Xây dựng Hà Nội MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài luận án Với mức độ đô thị hóa nay, tới năm 2035 Việt Nam có khoảng 106,3 triệu dân có 47,87 triệu dân thị (44,87% dân số), ước tính lượng nước thải đô thị cần xử lý 7,63 triệu m3/ngày đêm Tính đến nay, có khoảng 70 nhà máy xử lý nước thải tập trung đô thị, đa phần xử lý nước thải hệ thống nước chung, có nhà máy xử lý nước thải hệ thống thoát nước riêng Bể tự hoại với 90% số hộ gia đình sử dụng tiếp tục đóng vai trị quan trọng xử lý sơ nước thải sinh hoạt thị có đấu nối với hệ thống nước chung Nước thải sinh hoạt hình thành trình sinh hoạt người, chứa chất bẩn trạng thái lơ lửng, chất hữu cơ, vi sinh vật chất dinh dưỡng cần xử lý đạt yêu cầu trước xả vào nguồn tiếp nhận Với công nghệ xử lý nước thải áp dụng Việt Nam, số công nghệ xử lý triệt để nitơ bể lọc sinh học nhỏ giọt hay công nghệ bùn hoạt tính truyền thống (CAS) Một số cơng nghệ khác AO, A2O, SBR dựa sở trình nitrat hố/khử nitrat lại u cầu phải tuần hồn bùn nội tại, cần cấp lượng khí lớn phải bổ sung thêm nguồn cacbon từ bên ngoài… Dựa sở lý thuyết xử lý nitơ phương pháp oxi hố kỵ khí, thấy q trình Anammox có ưu điểm không cần phải bổ sung nguồn cacbon bên ngoài, tiết kiệm lượng cho việc sục khí, lượng bùn sinh ít, giảm thiểu phát sinh khí nhà kính, tiết kiệm diện tích cơng trình xây dựng Do đó, cơng nghệ xử lý nitơ q trình Anammox xem cơng nghệ thân thiện với môi trường phù hợp để đưa công nghệ xử lý nước thải Việt Nam tiếp cận với “xu phát triển bền vững” bối cảnh “nước thải kinh tế tuần hoàn” Để ứng dụng trình Anammox vào thực tiễn xử lý nước thải sinh hoạt cần tiến hành nghiên cứu thông số vận hành hệ thống xử lý, kỹ thuật phản ứng, yếu tố ảnh hưởng đến hiệu trình xử lý Giá thể vi sinh cố định đóng vai trị quan trọng việc hỗ trợ q trình dính bám vi sinh vật hệ thống xử lý nước thải Do vật liệu Felibendy có cấu trúc sợi dạng cứng rắn, bền vững, có đặc tính xốp, nhẹ, có diện tích bề mặt lớn, có khả thấm hút cao, đáp ứng yêu cầu cho vi khuẩn dính bám nên lựa chọn làm giá thể vi sinh cố định mơ hình thí nghiệm Luận án “Nghiên cứu xử lý nitơ nước thải sinh hoạt trình Anammox sử dụng giá thể vi sinh cố định” cần thiết để bước đưa trình Anammox ứng dụng vào thực tiễn xử lý nitơ nước thải sinh hoạt Việt Nam Mục tiêu luận án - Đánh giá khả sử dụng giá thể vi sinh cố định Felibendy thông qua đánh giá hiệu loại bỏ nitơ q trình Anammox mơ hình Anammox (AX) với kỹ thuật phản ứng tầng cố định - Đánh giá khả loại bỏ nitơ nước thải sinh hoạt thực tế trình nitrit hố bán phần q trình Anammox với giá thể vi sinh cố định Felibendy - Đánh giá ảnh hưởng hàm lượng chất hữu nước thải (thông qua số COD) đến hiệu trình xử lý nitơ trình Anammox Xác định thơng số động học q trình Anammox với tỉ lệ C/N khác nước thải Đối tượng phạm vi nghiên cứu luận án Đối tượng nghiên cứu: - Quá trình Anammox với kỹ thuật phản ứng tầng cố định - Các hợp chất chứa nitơ vô nước thải sinh hoạt - Nước thải sinh hoạt (nước thải nhân tạo nước thải thực tế sau bể tự hoại ký túc xá trường Đại học Xây Dựng Hà Nội đối tượng nghiên cứu điển hình) Phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu tiến hành nước thải sinh hoạt đô thị Việt Nam mơ hình PN mơ hình AX sử dụng giá thể vi sinh cố định Felibendy quy mơ phịng thí nghiệm Cơ sở khoa học luận án - Xử lý nitơ nước thải sinh hoạt ứng dụng công nghệ Anammox dựa sở kết hợp trình nitrit hố bán phần q trình Anammox: Q trình nitrit hố bán phần với có mặt vi khuẩn Nitrosomonas, oxi hoá phần amoni thành nitrit Tiếp sau q trình Anammox, amoni oxi hố điều kiện kỵ khí với nitrit chất nhận điện tử tạo thành nitơ phân tử với tham gia vi khuẩn tự dưỡng Planctomycetes - Dựa nguyên lý vi sinh vật sinh trưởng dính bám, việc sử dụng giá thể mang trình xử lý làm tăng mật độ vi khuẩn bề mặt tăng cường hiệu xử lý - Dựa sở phương trình mơ hình động học (mơ hình động học bậc 1, mơ hình động học bậc Grau mơ hình Stover Kincannon) dựa chế chuyển hoá sinh học chất nước thải Nội dung nghiên cứu Luận án tiến hành với nội dung sau: - Tổng quan công nghệ xử lý nito nước thải sinh hoạt, tổng quan trình Anammox giới Việt Nam, tổng quan giá thể vi sinh sử dụng trình Anammox - Nghiên cứu sở khoa học xử lý nitơ ứng dụng q trình nitrit hóa bán phần Anammox - Nghiên cứu thực nghiệm phịng thí nghiệm với mơ hình PN mơ hình AX - Đánh giá thảo luận kết nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp tổng quan: tổng quan phương pháp xử lý nitơ nước thải, nghiên cứu - Phương pháp kế thừa: kế thừa nghiên cứu - Phương pháp thực nghiệm - Phương pháp tổng hợp, phân tích - Phương pháp thống kê, xử lý số liệu - Phương pháp so sánh, đối chiếu - Phương pháp chuyên gia Những đóng góp luận án - Xác định thời gian lưu thuỷ lực phù hợp mô hình PN mơ hình AX sử dụng giá thể vi sinh cố định Felibendy để xử lý hợp chất chứa nitơ nước thải sinh hoạt: 9h mơ hình PN 6h mơ hình AX - Xác định ngưỡng ức chế q trình Anammox mơ hình AX hàm lượng chất hữu 300mgCOD/L - Xác định số tốc độ tiêu thụ lớn Umax số bán bão hồ KB phương trình động học Stover Kincannon cho trình Anammox tương ứng với tỉ lệ C/N khác Ý nghĩa khoa học thực tiễn luận án Ý nghĩa khoa học - Nghiên cứu xác định thời gian lưu nước phù hợp mơ hình PN mơ hình AX sử dụng giá thể vi sinh cố định Felibendy - Nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng hàm lượng chất hữu nước thải đến trình Anammox (COD>300 mg/L gây ức chế trình Anammox) - Nghiên cứu xác định mơ hình Stover Kincannon phù hợp để mô tả động học trình Anammox Đồng thời xác định thông số động học U max KB mơ hình Stover Kincannon với tỉ lệ C/N khác Ý nghĩa thực tiễn - Thời gian lưu thủy lực xác định nghiên cứu (9h mơ hình PN 6h mơ hình AX) thông số phục vụ thiết kế cơng trình xử lý nitơ ứng dụng q trình nitrit hóa bán phần q trình Anammox - Các thơng số động học Umax KB mơ hình Stover Kincannon sử dụng để dự đốn chất lượng nước đầu hiệu trình xử lý Cấu trúc luận án Cấu trúc luận án gồm: Mở đầu Chương 1: Tổng quan vấn đề liên quan đến xử lý nitơ nước thải sinh hoạt Chương 2: Cơ sở khoa học trình xử lý nitơ ứng dụng q trình nitrit hố bán phần trình Anammox Chương 3: Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm Chương 4: Kết thảo luận Kết luận kiến nghị CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN ĐẾN XỬ LÝ NITƠ TRONG NƯỚC THẢI SINH HOẠT 1.1 Nguồn gốc, đặc tính nước thải sinh hoạt yêu cầu nguồn tiếp nhận 1.1.1 Nguồn gốc đặc tính nước thải sinh hoạt NTSH hình thành trình sinh hoạt người, chia thành hai loại nước đen nước xám [1] Theo TCVN 7957:2008, người ngày trung bình thải vào HTTN khoảng 60-65 g cặn lơ lửng, 30-35 g BOD, g NH4+…Ở Việt Nam, bể tự hoại đóng vai trị quan trọng đặc biệt HTTN chung Quá trình phân huỷ yếm khí bể tự hoại làm giảm đáng kể lượng chất hữu dạng cacbon lại khơng có tác dụng hợp chất nitơ, chí hàm lượng hợp chất nitơ nước thải sau bể tự hoại cao nước thải sinh hoạt chưa qua phân huỷ yếm khí [3] 1.1.2 Các dạng tồn hợp chất chứa nitơ NTSH Trong nước thải sinh hoạt, nitơ tồn dạng nitơ vô (amoniac/ amoni, nitrit nitrat) nitơ hữu (axit amin, protein, ure ) Tổng nitơ nước thải (TN) bao gồm nitơ hữu nitơ vô xác định theo công thức: TN = N hữu + NH4+ + NO2- + NO3(1- 1) TN = TKN + NO2- + NO3(1- 2) Dưới tác dụng vi khuẩn, hợp chất chứa nitơ, đặc biệt protein urê bị thủy phân nhanh tạo thành amoni/amoniac [7] Tổng nitơ vô nước thải (TIN) xác định theo công thức: TIN = NH4+ + NO2- + NO3(1- 3) 1.1.3 Tác động Nitơ sức khỏe cộng đồng mơi trường Nước thải có hàm lượng nitơ cao làm nước có màu, có mùi khó chịu, làm giảm oxi hoà tan nước, gây tượng phú dưỡng, giảm chất lượng nước, sản sinh nhiều chất độc nước, tiêu diệt nhiều loại sinh vật có ích nước… 1.1.4 Quy định nguồn tiếp nhận tiêu nitơ nước thải sinh hoạt NTSH trước xả thải vào nguồn phải xử lý đáp ứng yêu cầu theo QCVN 14:2008/BTNMT: nồng độ amoni nitrat nước thải sinh hoạt trước xả vào nguồn tiếp nhận loại A mg/L, 30 mg/L nguồn loại B 10 mg/L, 50 mg/L 1.2 Tổng quan phương pháp xử lý nitơ nước thải 1.2.1 Phương pháp hoá lý Phương pháp hoá lý bao gồm: Thổi khí (Stripping), trao đổi ion 1.2.2 Phương pháp hố học Phương pháp hóa học bao gồm: oxi hóa amoni, kết tủa amoni MAP 1.2.3 Phương pháp sinh học Phương pháp sinh học bao gồm trình nitrat hố/khử nitrat (cơng nghệ truyền thống) q trình Anammox 1.3 Tổng quan số công nghệ xử lý nitơ NTSH 1.3.1 Các cơng nghệ ứng dụng q trình nitrat hố/khử nitrat Một số cơng nghệ ứng dụng q trình nitrat hóa/khử nitrat bao gồm: AO, SBR, AAO, MBR, MBBR, FAST 1.3.2 Công nghệ xử lý nitơ ứng dụng q trình Anammox Việc áp dụng cơng nghệ xử lý nước thải trình Anammox kết hợp q trình nitrit hố bán phần q trình Anammox Hai giai đoạn tiến hành hai thiết bị phản ứng riêng biệt (PN/AX) thiết bị phản ứng (CANNON, SNAP, OLAND) 1.3.3.Đánh giá hiệu công nghệ xử lý nitơ q trình nitrat hố/khử nitrat cơng nghệ ứng dụng trình Anammox So với trình nitrat hố/khử nitrat truyền thống, q trình Anammox chứng minh có ưu điểm bật sau: giảm thiểu việc sử dụng nguồn cacbon hữu cơ, lượng bùn sinh thấp, tiết kiệm chi phí mặt lượng, giảm phát thải khí nhà kính Tuy nhiên trình Anammox chưa triển khai rộng rãi thực tế số khó khăn thời gian khởi động thích nghi vi khuẩn dài, bên cạnh vi khuẩn nhạy cảm với yếu tố bên nhiệt độ, pH, độ kiềm, độ oxi hồ tan… 1.3.4 Đánh giá cơng nghệ xử lý nước thải áp dụng nhà máy xử lý nước thải Việt Nam xu hướng tiếp cận công nghệ xử lý nước thải giới Các công nghệ xử lý nước thải đô thị Việt Nam áp dụng chủ yếu hình thức khác cơng nghệ xử lý thứ cấp bùn hoạt tính CAS, SBR, AO, AAO … Việc loại bỏ chất hữu hợp chất nitơ nước thải cần nghiên cứu lựa chọn nhằm tiết kiệm lượng, phát thải cacbon, thân thiện với mơi trường, tiếp cận với công nghệ xử lý nước thải giới 1.4 Tổng quan số nghiên cứu xử lý nitơ ứng dụng trình Anammox 1.4.1.Tổng quan số nghiên cứu ứng dụng trình Anammox giới Việt Nam Quá trình Anammox phát cơng trình xử lý nước thải Gist Brocades Hà Lan vào năm 1995 Từ đến q trình Anammox triển khai nghiên cứu rộng rãi nhiều loại nước thải quy mô khác Tuy nhiên, nghiên cứu q trình Anammox Việt Nam cịn hạn chế 1.4.2 Tổng quan số giá thể mang sử dụng trình Anammox Một số giá thể mang đưa vào nghiên cứu ứng dụng trình Anammox hạt gel PVA, hạt MC, vật liệu than sinh học BC; vật liệu xốp PE; vật liệu vải khơng dệt, Vật liệu Felibendy có cấu trúc sợi dạng cứng rắn (vỏ nhựa EVOH cốt lõi nhựa PET), bền vững, với đặc tính nhẹ, diện tích bề mặt lớn, cách nhiệt thấm khí tốt thể đáp ứng yêu cầu giá thể mang lựa chọn làm giá thể vi sinh cố định nhằm hỗ trợ trình Anammox mơ hình phản ứng tầng cố định 1.4.3 Tổng quan nghiên cứu phương trình động học mơ tả q trình Anammox Một số mơ hình động học thường sử dụng mơ hình bậc 1, mơ hình Monod, mơ hình động học bậc hai Grau, mơ hình Contois, mơ hình Stover Kincannon… 1.5 Một số vấn đề tồn xử lý nước thải trình Anammox hướng nghiên cứu luận án Tổng quan vấn đề tồn cho thấy để bước đưa trình Anammox vào thực tiễn xử lý nitơ nước thải sinh hoạt thực tế Việt Nam cần tiến hành đánh giá hiệu suất xử lý lâu dài, xác định thời gian lưu nước phù hợp với mô hình PN/AX sử dụng giá thể vi sinh cố định, xác định ngưỡng ảnh hưởng hợp chất hữu q trình Anammox xác định thơng số động học trình Anammox tỉ lệ C/N khác CHƯƠNG CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NITƠ ỨNG DỤNG Q TRÌNH NITRIT HỐ BÁN PHẦN ANAMMOX 2.1 Q trình Anammox 2.1.1 Bản chất trình Anammox Quá trình Anammox định nghĩa trình amoni nitrit oxi hóa cách trực tiếp thành khí N điều kiện yếm khí với amoni chất cho điện tử, nitrit chất nhận điện tử để tạo thành khí N2 NH ++1,32NO -+0,066HCO -+0,13H4 → 1,02 N2 + 0,26 NO 3+ 0,5 0,15 + 0.066 CH O N + 2,03 H O (2.1) Quá trình Anammox thực với đóng góp nhóm vi khuẩn tự dưỡng Planctomycetes 2.1.2 Hố sinh học q trình Anammox Phương pháp đồng vị đánh dấu ( 15N) cho thấy hydroxylamine hydrazine chất trung gian quan trọng trình chuyển hố nội bào phản ứng Anammox Q trình Anammox thực vi khuẩn tự dưỡng thuộc nhóm Planctomycetales Các vi khuẩn trình Anammox thuộc vào giống sau: Candidatus Brocadia, Candidatus Kuenenia, Candidatus Scalindua 2.1.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến trình Anammox Quá trình Anammox với tham gia nhóm vi khuẩn kỵ khí Planctomycetes bị ảnh hưởng nhiều yếu tố pH, nhiệt độ, DO, nồng độ chất đầu vào, nồng độ chất hữu số yếu tố ức chế khác (độ mặn, số chất vô cơ) 2.1.4 Các thông số vận hành nhằm kiểm sốt q trình Anammox Để hệ thống xử lý hoạt động có hiệu quả, thơng số vận hành hệ thống xử lý cần theo dõi kiểm soát bao gồm: thời gian lưu thuỷ lực HRT, điều kiện nhiệt độ, pH, DO, độ kiềm, tỉ lệ NH4/NO2… 2.2 Q trình nitrit hố bán phần 2.2.1 Bản chất q trình nitrit hố bán phần Việc chuyển đổi NH4+ thành NO2- bao gồm hai bước: NH3+ O2 + 2H+ + 2e- → NH2OH +H2O – 120kJmol-1 (2 2) NH2OH + 0,5O2 → HNO2 + 2H+ + 2e- – 114kJmol-1 (2 3) Hình 3.3 Sơ đồ mơ hình thí nghiệm 3.4 Phương pháp lấy mẫu, phân tích mẫu xử lý số liệu 3.4.1 Phương pháp lấy mẫu - Nước thải đầu vào đầu mơ hình thí nghiệm lấy với tần suất trung bình 2-3 ngày/lần - Mẫu nước thải phân tích phịng thí nghiệm mơn Cấp nước, Trường Đại học Xây dựng Hà Nội 3.4.2 Phương pháp phân tích Các thơng số đo phân tích nghiên cứu bao gồm: pH, DO, COD, NH4+ -N, NO2- -N, NO3- -N Phương pháp phân tích tiến hành theo phương pháp tiêu chuẩn “Standard methods for the examination of water and wastewater” 3.4.3 Phương pháp xử lý số liệu Số liệu xử lý phần mềm Microsoft Excel phiên 2010 theo phương pháp thống kê tốn học lần phân tích tiêu 3.4.4 Phương pháp xác định chủng vi khuẩn Sử dụng kỹ thuật sinh học phân tử, nhận diện kỹ thuật khuếch đại gen PCR (Polymerase chain reaction) 3.4.5 Phương pháp xây dựng phương trình tốn để xác định thơng số động học q trình nitrit hố bán phần trình Anammox Sử dụng phần mềm Microsoft Excel 2010 thiết lập phương trình tuyến tính thể mối liên hệ thơng số phương trình động học trục tung trục hoành CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 4.1 Đánh giá hiệu loại bỏ hợp chất chứa nitơ mô hình phản ứng tầng cố định với giá thể mang Felibendy 4.1.1 Hiệu loại bỏ amoni, nitrit tổng nitơ Diễn biến thay đổi nồng độ thành phần hợp chất nitơ qua giai đoạn thể hình 4.1 hình 4.2 Hình 4.1 Sự biến thiên nồng độ NH +-N mô hình AX qua giai đoạn Hình 4.2 Sự biến thiên nồng độ NO2 N mơ hình AX qua giai đoạn Hình 4.3 Sự biến thiên nồng độ tổng nitơ mơ hình AX Hình 4.4 Sự thay đổi tốc độ loại bỏ tổng nitơ qua giai đoạn nghiên cứu Nghiên cứu tiến hành giai đoạn với nồng độ hợp chất chứa nitơ tăng dần Khi vận hành, vi khuẩn mô hình chưa kịp thích nghi nên hiệu suất loại bỏ amoni, nitrit tổng nitơ thấp đạt 40,9%, 35,6% 21,3% Sau 191 ngày vận hành, vi khuẩn Planctomycetes dần thích nghi, phát triển tốt nên tốc độ loại bỏ tổng nitơ tăng đáng kể theo thời gian đạt tối đa 1,15 kgN/m3/ngày Cuối giai đoạn 4, mơ hình AX có hiệu suất loại bỏ amoni, nitrit tổng nitơ lớn đạt 86,4%, 82,9% 71,3% 4.1.2 Mối tương quan thành phần chứa nitơ trình Anammox Theo Strous cộng sự, tỉ số tốc độ loại bỏ tổng nitơ, tốc độ loại bỏ nitrit tốc độ tạo thành nitrat so với tốc độ loại bỏ amoni theo lý thuyết xác định 2,06: 1,32: 0,26 Từ kết thực nghiệm, mối quan hệ tương quan tốc độ loại bỏ tổng nitơ, tốc độ loại bỏ nitrit tốc độ tạo thành nitrat với tốc độ loại bỏ amoni giai đoạn thí nghiệm thể hình 4.5 Giai đoạn Giai đoạn Giai đoạn Giai đoạn Hình 4.5 Mối tương quan tốc độ loại bỏ tổng nitơ, tốc độ loại bỏ nitrit tốc độ tạo thành nitrat với tốc độ loại bỏ amoni giai đoạn vận hành Kết hình 4.5 cho ta thấy mối tương quan tốc độ loại bỏ tổng nitơ, tốc độ loại bỏ nitrit tốc độ nitrat tạo thành giai đoạn sát với lý thuyết so với giai đoạn giai đoạn Điều giải thích vi khuẩn Planctomycetes giai đoạn 3,4 có đủ thời gian thích nghi phát triển ổn định so với giai đoạn giai đoạn 4.1.3 Kết quả, thảo luận so sánh kết nghiên cứu đánh giá hiệu loại bỏ nitơ mơ hình AX với giá thể mang Felibendy với số nghiên cứu khác Nghiên cứu xử lý nitơ trình với mơ hình phản ứng tầng cố định sử dụng giá thể vi sinh cố định Felibendy tiến hành so sánh với kết số nghiên cứu khác xử lý nitơ trình Anammox sử dụng giá thể PVA gel, MC, PE… Với điều kiện vận hành Hiệu xử lý NRR nghiên cứu có khác chất loại giá thể mang khác 4.2 Nội dung nghiên cứu Đánh giá hiệu loại bỏ nitơ nước thải sinh hoạt q trình nitrit hố bán phần q trình Anammox 4.2.1 Sự chuyển hóa amoni thành nitrit mơ hình PN Mơ hình nitrit hố hố bán phần sử dụng nước thải sinh hoạt thực tế lấy từ sau bể tự hoại, tiến hành qua giai đoạn Hình 4.6 Sự biến thiên nồng độ hợp chất chứa nitơ mơ hình PN Mơ hình PN thực q trình chuyển hố bán phần amoni thành nitrit (tỉ lệ nitrit/amoni xấp xỉ 1:1) để làm tiền đề cho trình Anammox Tỉ lệ nitrit/amoni phụ thuộc vào nhiều yếu tố vận hành có yếu tố thời gian lưu thuỷ lực Kết thí nghiệm cho thấy thời gian lưu 9h mô hình PN phù hợp, đủ để vi khuẩn Nitrosomonas mơ hình thực q trình để tạo tỉ lệ nitrit/amoni cần thiết cho trình Anammox 4.2.2 Sự biến thiên nồng độ amoni, nitrit tổng nitơ mơ hình AX Nước thải sau q trình nitrit hố bán phần tiếp tục tiến hành q trình Anammox (nước thải đầu vào mơ hình AX nước thải đầu mơ hình PN) Sự biến thiên nồng độ hợp chất chứa nitơ mơ hình AX qua giai đoạn thể hình 4.7 giai đoạn 1(1a, 1b) 30 Gđ 1a HRT=12h 25 No ng (m g/l 100 90 Gđ 1b HRT=9h 80 70 20 Hi ệu qu ả loạ i bỏ 60 15 50 40 10 30 20 10 0 (ngày) 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42 45 48 51 54 57 60 giai đoạn (2a, 2b, 2c) 45 100 40 90 35 80 70 No 30 ng 25 (m 20 g/l 15 60 Gđ 2a HRT=9h Gđ 2b HRT=6h Gđ 2c HRT=4,5h 40 30 10 20 10 0 63 66 (ngay) 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 60 55 50 No ng (m g/l 50 Hi ệu qu ả lo ại bỏ (% 45 40 35 30 25 20 15 10 Gđ 3a HRT=6h Hiệ u qu ả loạ i bỏ 153156159162165 168171174177180183186189192195198201204 207 210 Thoi gian (ngay) NH4-N vào FB NO2-N FB Hiệu suất loại bỏ NO2-N NH4-N FB NO3-N FB NO2-N vào FB Hiệu suất loại bỏ NH4-N Hình 4.7 Sự biến thiên nồng độ hợp chất chứa nitơ mô hình AX Biến thiên nồng độ TN mơ hình FBR Gđ 1a Gđ 1b Gđ 2a Gđ 2b Gđ 2c Gđ 3a Gđ 3b 15 21 27 33 39 45 51 57 63 69 75 81 87 93 99 105111117123129135141147153159165171177183189195201207 Thời gian (ngày) 130 120 TN vào AX TN AX 100 Hiệu loại bỏ TN AX 90 110 80 100 Nồ ng độ (m g/l ) 90 70 80 60 70 50 60 50 40 40 30 30 Hi ệu qu ả loạ i bỏ 20 20 10 10 0 HRT=12h Hình 4.8 Sự biến thiên nồng độ tổng nitơ hiệu loại bỏ tổng nitơ mơ hình AX Khi giảm thời gian lưu thuỷ lực xuống 4,5h (giai đoạn 2c), hiệu loại bỏ amoni giảm mạnh, chất lượng nước thải đầu vượt yêu cầu nguồn tiếp nhận (nồng độ amoni >10 mg/L) Nghiên cứu xác định thời gian lưu nước tối thiểu mô hình AX 6h, đủ để vi khuẩn Planctomycetes thực q trình chuyển hố amoni 4.2.3 Hiệu xử lý nitơ hệ mơ hình PN/AX 4.2.4 Biến thiên nồng độ amoni TN hệ mơ hình PN/AX Gđ 1a Gđ 1b Gđ 2a Gđ 2b Gđ 2c Gđ 3a Gđ 3b 130 120 110 100 Nồ ng độ (m g/l) 90 80 70 60 50 40 30 20 10 15 21 27 33 39 45 51 57 63 69 75 81 87 93 99 105111117123129135141147153159165171177183189195201207 Thời gian (ngày) NH4+ đầu PN/AX TN vào PN/AX TN PN/AX NH4+ đầu vào PN/AX Hình 4.9 Sự biến thiên nồng độ amoni tổng nitơ hệ mơ hình PN/AX Với 210 ngày tiến hành thí nghiệm với nước thải sinh hoạt, hiệu suất loại bỏ amoni tổng nitơ của hệ thống PN/AX đạt 91,4% 69,8% Chất lượng nước thải đầu đáp ứng yêu cầu theo QCVN 14:2008/BTNMT (cột B) 4.2.5 Kết giải trình tự gen vi khuẩn giá thể mang Việc tiến hành xác định cộng đồng vi khuẩn giá thể mang nhằm mục đích khẳng định điều kiện vận hành mơ hình phù hợp với tồn vi khuẩn Planctomycetes tiến hành xử lý nitơ nước thải sinh hoạt thực tế 4.2.6 Phương trình động học trình nitrit hố bán phần q trình Anammox Trong ba mơ hình động học bậc 1, bậc Graus Stover Kincannon, nghiên cứu xác định mơ hình StoverKincannon phù hợp áp dụng cho việc xây dựng mơ hình động học để dự đoán nồng độ chất nước thải hiệu xử lý điều kiện hoạt động tương tự 4.2.7.Kết quả, thảo luận so sánh kết nghiên cứu đánh giá hiệu loại bỏ nitơ nước thải sinh hoạt trình nitrit hố bán phần Anammox với nghiên cứu khác Nghiên cứu tiến hành đánh giá hiệu xử lý nước thải sinh hoạt thực tế hệ mơ hình PN/AX Hiệu loại bỏ tổng nitơ thí nghiệm đạt 69,78% tương đương với số nghiên cứu khác nghiên cứu Nguyễn Như Hiển [8] (là 65%) hay Xiao [132] (là 73%), chí cao nghiên cứu Strous [102] đạt 36,36% Phạm Khắc Liệu [71] (56,3%) Hiệu suất q trình loại bỏ amoni thí nghiệm đạt 91,4% cao số thí nghiệm khác 4.3 Nội dung nghiên cứu Đánh giá ảnh hưởng hàm lượng chất hữu đến trình Anammox để xử lý nitơ NTSH 4.3.1 Sự biến thiên nồng độ hiệu xử lý hợp chất chứa nitơ qua giai đoạn nghiên cứu Hiệu xử lý nitơ nước thải bị ảnh hưởng vào có mặt chất hữu Khi nồng độ chất hữu nước thải (hoặc tỉ lệ C/N) tăng hiệu xử lý giảm Nghiên cứu xác định với nước thải có COD > 300 mg/L nồng độ amoni đầu khơng thoả mãn yêu cầu QCVN 14:2008 (cột B) + -N trung bình Nồng độ NH sau xử lý Nồ 15 ng độ 10 (m g/l ) Nồ ng 10 Nồng độ NO -N trung bình sau xử lý độ (m g/l ) 3.5 Tỉ lệ C/N HRT=6h 5.5 HRT=9h 3.5 Tỉ lệ C/N 5.5 HRT=9h 3.5 5.5 76 HRT=9h 30 N ồn g độ (m HRT=6h g/l HRT=6h Nồng độ NO3- -N trung bình sau xử lý 10 10 Tỉ lệ C/N HRT=12h 25 20 15 10 Nồ ng độ (m g/l HRT=12h ) Tỉ lệ C/N HRT=6h HRT=9h HRT=12h Nồng độ TN trung bình sau xử lý 3.5 5.5 HRT=12h Hình 4.10 Diễn biến nồng độ hợp chất chứa nitơ theo HRT tỉ lệ C/N 80 70 60 50 Hiệu loại bỏ amoni Hi ệu qu ả loạ i bỏ (% Tỉ lệ C/N HRT=9h HRT=6h 40 Hiệu loại bỏ nitrit 79 77 75 73 71 69 67 65 3.5 5.5 Hi ệu qu ả loạ i bỏ (% Hiệu sinh nitrat 80 75 70 65 HRT=6h 60 3.5 5.5 Tỉ lệ C/N HRT=9h 76 HRT=12h 3.5 Tỉ lệ C/N HRT=6h 5.5 76 HRT=9h Hi ệu qu ả lo ại bỏ (% Hi ệu qu ả loạ i bỏ (% Hiệu loại bỏ TN 70 65 60 55 50 45 40 Hình 4.11 Diễn biến hiệu loại bỏ hợp chất nitơ theo HRT tỉ lệ C/N 3.5 Tỉ lệ C/N HRT=9h HRT=6h 5.5 76 HRT=12h 4.3.2 Phương trình động học Stover Kincannon thơng số động học q trình Anammox tỉ lệ C/N khác Nghiên cứu xác định tốc độ tiêu thụ lớn (U max) số bán bão hồ KB q trình Anammox tương ứng với tỉ lệ C/N khác (bảng 4.6) Bảng 4.1 Hệ số Umax, KB theo phương trình động học StoverKincannon tương ứng với tỉ lệ C/N khác + Giai đoạn Tỉ lệ Umax C/N NH4 -N KB 1,0 2,0 3,5 5,5 6,0 0,846 0,661 0,617 0,584 0,515 0,498 0,685 0,535 0,480 0,430 0,339 0,314 Nồng độ chất đầu ra: � ���� �= −�0 � ��+ �0 ��� Tổng nitơ R2 0,998 0,999 0,997 0,998 0,997 0,997 Umax KB 0,982 0,853 0,759 0,714 0,628 0,599 1,427 1,253 1,137 1,112 1,045 1,022 R2 0,998 0,998 0,996 0,998 0,998 0,996 Hiệu xử lý: ���� ��� = (4.1) � � + �� � � (4.2) 4.3.3.Kết quả, thảo luận so sánh kết nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng hàm lượng chất hữu đến trình Anammox với số nghiên cứu khác Nghiên cứu xác định với nồng độ chất hữu nước thải lớn 300 mg/L hiệu xử lý trình Anammox giảm đột ngột Kết nghiên cứu tương đồng với kết số nghiên cứu khác Nồng độ chất hữu (hoặc tỉ lệ C/N) cao gây ức chế đến vi khuẩn Planctomycetes nên trình Anammox không phát huy hiệu loại bỏ hợp chất nitơ nước thải Do đó, phạm vi áp dụng trình Anammox để xử lý nitơ nước thải sinh hoạt mơ hình phản ứng tầng cố định sử dụng giá thể vi sinh cố định Felibendy COD