Nghiên cứu xử lý ni tơ trong nước rác bằng kỹ thuật kết tủa map

T Ổ NG QUAN V Ề ĐẶ C TRƯNG Ô NHI Ễ M C Ủ A NƯỚ C RÁC, ƯU NHƯỢ C ĐIỂ M C Ủ A CÁC PHƯƠNG PHÁP X Ử LÝ VÀ CƠ S Ở LÝ

ĐẶC TRƯNG Ô NHIỄ M C ỦA NƯỚ C RÁC

1.1.1 Đặc điểm của bãi chôn lấp rác thải và nguồn phát sinh nước rác

Cấu tạo của Bãi chôn lấp hợp vệ sinh:

Hình 1.1 Bãi chôn l ấp hợp vệ sinh [12]

Bãi chôn lấp hợp vệ sinh được thiết kế với thành và đáy có lớp chống thấm với hệ số thấm tối đa 10 -7 cm/s và bề dày tối thiểu 60 cm Các ô chôn lấp được che phủ để ngăn chặn sự phát sinh mùi và thấm nước Hệ thống thu gom nước rác và ống thu gom khí cũng được lắp đặt trong các ô chôn lấp để đảm bảo hiệu quả xử lý chất thải.

Hệ thống thu gom nước rác bao gồm các thành phần chính như tầng thu nước rác, hệ thống ống thu gom và hố thu nước rác Tầng thu nước rác được cấu thành từ hai lớp vật liệu, được trải đều trên toàn bộ bề mặt đáy ô chôn lấp, với yêu cầu cụ thể cho từng lớp nhằm đảm bảo hiệu quả thu gom nước rác.

- Lớp dưới: Đá dăm nước, độ dày 20 – 30cm [12]

- Lớp trên: Cát thô, độ dày 10 – 20cm [12]

Mỗi ô chôn lấp cần có một hệ thống thu gom nước rác riêng biệt, được thiết kế để đảm bảo hiệu quả trong việc thu thập nước rác Hệ thống ống thu gom này phải đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật nhất định nhằm bảo vệ môi trường và ngăn ngừa ô nhiễm.

Tại các ô chôn lấp, có một hoặc nhiều tuyến chính chạy dọc theo hướng dốc, với các tuyến nhánh dẫn nước rác về tuyến chính Tuyến chính này có vai trò quan trọng trong việc dẫn nước rác đến hố thu để bơm hoặc trực tiếp vào công trình xử lý nước rác.

- Trên mỗi tuyến ống, cứ 180-200m lại có 1 hốga để phòng tránh sự tắc nghẽn ống

Hố ga được xây dựng bằng gạch với cấu trúc chống thấm, có kích thước 800mm x 800mm x 800mm Ống thu gom nước rác có bề mặt bên trong nhẵn và đường kính không nhỏ hơn 150mm Ống này được thiết kế với các lỗ đục có đường kính từ 10-20mm dọc theo chiều dài, với tỷ lệ lỗ rỗng chiếm từ 10-15% diện tích bề mặt ống.

Hệ thống thu gom khí bãi rác phải được thiết kếnhư sau:

- Hệ thống ống thu gom khí rác được bố trí thành mạng lưới dạng tam giác đều, khoảng cách giữa các ống liên tiếp nhau khoảng 50 – 70 m [12]

Các ống thu gom khí rác được lắp đặt trong quá trình vận hành và được nối ghép, nâng dần độ cao theo yêu cầu của bãi chôn lấp Việc hàn gắn các đoạn ống nối ghép cần được thực hiện cẩn thận Đối với phần ống nằm trong lớp đất phủ và phần nhô cao trên bãi chôn lấp, cần sử dụng ống thép tráng kẽm hoặc vật liệu có sức bền cơ học và hóa học tương đương để đảm bảo tính bền vững và an toàn.

- Độ cao cuối cùng của ống thu gom khí rác phải lớn hơn bề mặt bãi tối thiểu 2m (tính từ lớp phủ trên cùng) [12]

Trong trường hợp cần sử dụng ống dẫn khí để dẫn rác đến nơi thoát tán xa bãi chôn lấp, ống dẫn phải đảm bảo có độ dốc tối thiểu 2% hướng về giếng thu khí rác nhằm mục đích thoát nước đọng.

Hệ thống ống thu gom khí rác cần sử dụng ống nhựa có đường kính tối thiểu 150mm, với các lỗ đục cách đều dọc theo chiều dài ống Mật độ lỗ rỗng phải đạt từ 15-20% diện tích bề mặt của ống.

1.1.2 Thành phần nước rác và một sốphương pháp xử lý

Nước rác là chất lỏng hình thành khi thấm qua các lớp chất thải rắn tại bãi chôn lấp, mang theo các chất hòa tan và chất lơ lửng, theo định nghĩa của H Lanier Hickman, Jr (1999).

Nguồn gốc của nước rỉ rác là do:

+ Nước có trong thành phần chất thải

+ Nước sinh ra do sự phân hủy yếm khí của vi sinh vật

Lượng nước rác sinh ra trong bãi chôn lấp phụ thuộc vào sự cân bằng nước trong ô chôn lấp Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hình thành nước rác được minh họa trong hình Công thức tính lượng nước rác cũng được trình bày để hiểu rõ hơn về quy trình này.

LC = R + RI – RO – E - ∆V Trong đó:LC: nước rác

R: Nước mưa thấm vào ô chôn lấp

RI: Dòng chảy từ ngoài thâm nhập vào ô chôn lấp (bao gồm dòng chảy mặt và nước ngầm gia nhập từ bên ngoài vào ô chôn lấp)

RO: Dòng chảy ra khỏi khu vực ô chôn lấp

∆V: Sự thay đổi lượng nước trong ô chôn lấp bao gồm độ ẩm ban đầu của rác và bùn thải, độ ẩm của vật liệu phủ, lượng nước thất thoát trong quá trình hình thành khí, lượng nước bay hơi theo khí thải, và lượng nước thất thoát từ đáy bãi rác.

Hình 1.2 Các thành ph ần trong cân nước ở một ô chôn lấp [12]

Phương trình cân bằng nước trong ô chôn lấp chỉ ra rằng lượng nước rác từ ô chôn lấp bằng tổng lượng nước đến và lượng nước sinh ra.

Nước chứa trong líp vật liệu phủ Nước trong bùn Nước gia nhập từ ngoài

(RI) phân hủy rác trừ đi lượng bay hơi, có thể thấy rõ hơn điều đó qua sơ đồ cân bằng

Hình 1.3 Sơ đồ cân bằng nước [12]

Nước rỉ rác chủ yếu hình thành từ nước mưa thấm xuống bãi chôn lấp Lượng nước mặt chảy tràn và nước ngầm thấm qua không đáng kể do bãi chôn lấp được cách ly với lớp đất bằng lớp lót đáy và hệ thống thoát nước hiệu quả.

Phần còn lại trong rác thải được hình thành từ độ ẩm và quá trình phân hủy các chất hữu cơ bởi vi sinh vật Quá trình phân hủy yếm khí các hợp chất hữu cơ trong bãi rác diễn ra qua ba giai đoạn chính.

+ Giai đoạn 1 : Giai đoạn thủy phân

Dưới tác động của enzym Hydrolaza từ vi sinh vật, các hợp chất hữu cơ phức tạp như gluxit, lipid và protein được phân giải thành các hợp chất đơn giản hơn, dễ tan trong nước, bao gồm gluco, peptid, glyxerin, axit hữu cơ và axit amin.

+ Giai đoạn 2 : Giai đoạn lên men axit

ƯU NHƯỢC ĐIỂ M C ỦA CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NITƠ

1.2.1 Đặc điểm, trạng thái Nitơ:

Trong nước thải, Nitơ tồn tại dưới ba dạng chính: hợp chất hữu cơ, amoni và các dạng oxy hóa như nitrit và nitrat Những hợp chất này đóng vai trò là chất dinh dưỡng và luôn chuyển động trong tự nhiên nhờ vào các quá trình sinh hóa.

Hợp chất hữu cơ chứa nitơ là một phần cấu thành phân tử từ protein hoặc là thành phần phân hủy protein như là các peptid, axit amin, urê.

Hàm lượng ammoniac (NH3) trong nước thải sinh hoạt và nước thải công nghiệp thực phẩm thường rất cao, chủ yếu là do sự hiện diện của ion amôn (NH4+).

Các tác nhân gây ô nhiễm Ni tơ trong nước thải công nghiệp: chế biến sữa, rau quả, đồ hộp, chế biến thịt, sản xuất bia, rượu, thuộc da

Trong nước thải sinh hoạt, nitơ tồn tại chủ yếu dưới dạng vô cơ (65%) và hữu cơ (35%), với nguồn gốc chủ yếu từ nước tiểu Mỗi người thải ra khoảng 1,2 lít nước tiểu mỗi ngày, tương đương với 12g nitơ tổng cộng, trong đó có 0,7g nitơ ure (N-CO(NH2)2) và phần còn lại là các dạng nitơ khác Ure thường được amoni hóa theo một phương trình hóa học nhất định.

Trong mạng lưới thoát nước ure bị thủy phân:

CO + Sau đó bị thối rữa:

Amoniac (NH3) là một thành phần quan trọng trong nước thải, cho thấy hàm lượng nitơ amon có mặt Việc xác định hàm lượng ure trong nước thải giúp đánh giá thời gian lưu của nước trong hệ thống cống thoát nước Trong điều kiện yếm khí, amoniac có thể hình thành từ nitorat qua quá trình khử nitorat của vi khuẩn Denitrificans Nồng độ amoniac trong nước thải sinh hoạt, nước thải công nghiệp thực phẩm và một số loại nước thải khác có thể rất cao, gây độc cho cá ngay cả ở nồng độ thấp Cụ thể, ở nồng độ 0,01 mg NH3/l, cá đã bị nhiễm độc qua đường máu, và khi nồng độ tăng lên từ 0,2 đến 0,5 mg/l, amoniac gây ra độc tính nghiêm trọng cho cá.

NH 3 và phốt pho trong nước thường gây quá trình phú dưỡng, làm tái nhiễm bẩn nguồn nước Nồng độ NH 3 trong nước ngầm tương đối ổn định Trong nước mặt nồng độ này thay đổi lớn, phụ thuộc vào chế độ thủy văn nguồn nước và thời tiết

Mùa đông, nồng độ amoniac trong nước thường cao hơn so với mùa hè vì quá trình oxy hóa nó thành nitrat chậm ở nhiệt độ thấp

Nitrit là sản phẩm trung gian trong quá trình oxy hóa amoniac hoặc nito amoni, diễn ra trong điều kiện hiếu khí nhờ sự hoạt động của vi khuẩn Nitrosomonas Sau đó, nitrit được vi khuẩn Nitrobacter tiếp tục oxy hóa thành nitrat.

Các quá trình nitrat và nitrit hóa diễn ra theo phản ứng bậc 1:

Trong đó: k n và k m là các hằng số tốc độ nitrit và nitrat hóa

Các phương trình phản ứng của quá trình nitrat và nitrit hóa được biểu diễn như sau:

Quá trình nitrat hóa yêu cầu 4,57 g oxy cho mỗi 1 g nitơ amon Vi khuẩn hiếu khí Nitrosomonas và Nitrobacter phát triển tốt nhất trong điều kiện nhiệt độ từ 20°C đến 30°C.

Nitrit là một hợp chất không bền, thường xuất hiện như sản phẩm của quá trình khử nitrat trong điều kiện yếm khí và từ nước thải công nghiệp điện hóa Trong môi trường nước, nồng độ nitrit và nitrat thường rất thấp, thường dưới 0,02 mg/l Tuy nhiên, nếu nồng độ amoni, giá trị pH và nhiệt độ của nước tăng cao, quá trình hình thành nitrit sẽ diễn ra thuận lợi, dẫn đến nồng độ cao hơn Trong quá trình xử lý nước, nồng độ nitrit có thể tăng đột ngột, và nitrit là độc tố đối với cá Hơn nữa, các dẫn xuất của nitrit như hợp chất nitroso và nitroamin có khả năng gây ung thư.

Nitrat hóa là quá trình chuyển đổi hợp chất vô cơ của nitơ, chủ yếu xuất phát từ nước thải sinh hoạt và nước thải của các ngành công nghiệp thực phẩm, hóa chất, chứa hàm lượng lớn nitơ Khi những hợp chất này được thải ra môi trường, chúng sẽ tiếp tục trải qua quá trình nitrat hóa trong các nguồn nước như sông hồ, dẫn đến sự hình thành nitrat.

Nitrat hóa là giai đoạn cuối cùng trong quá trình khoáng hóa các chất hữu cơ chứa nito, chứng tỏ sự hoàn thiện của hệ thống xử lý nước thải sinh học Ngoài ra, quá trình này còn góp phần tạo ra sự tích lũy oxy trong các hợp chất hữu cơ tiếp theo, đặc biệt khi lượng oxy hòa tan trong nước rất thấp hoặc bị thiếu hụt.

Khi thiếu oxy và có sự hiện diện của nitrat, quá trình phản nitrat hóa diễn ra, trong đó vi khuẩn yếm khí tùy tiện tách oxy khỏi nitrat và nitrit để sử dụng cho việc oxy hóa các chất hữu cơ khác Trong môi trường không có oxy tự do nhưng vẫn còn chất hữu cơ cacbon, một số vi khuẩn sẽ khử nitrat hoặc nitrit để lấy oxy phục vụ cho quá trình này Phản ứng khử nitrat có thể được biểu diễn bằng phương trình: 4NO3− + 4H+ + 5C → 5CO2 + 2N2 + 2H2O.

Trong quá trình phản nitrat hóa 1g nito sẽ giải phóng ra 1,71 g O 2 (khử nitrit) và 2,85 g O 2 (khử nitrat)

1.2.2 Một số tính chất của Amoni

Amoni tồn tại dưới hai dạng: không ion và ion hóa Chúng có mặt trong môi trường nước do quá trình chuyển hóa, nông nghiệp, công nghiệp và từ sự khử trùng bằng cloramin Nồng độ amoni tự nhiên trong nước bề mặt và nước ngầm thường thấp hơn 0.2mg/l, trong khi một số nguồn nước hiếm khi đạt hàm lượng amoni lên đến 3mg/l.

Các phương pháp xử lý amoni bao gồm hóa lý, hóa học, vật lý và sinh học, dựa trên nguyên tắc chuyển hóa amoni thành các hợp chất khác hoặc tách biệt chúng khỏi môi trường nước.

Quá trình chuyển hóa các hợp chất thành dạng khí và thâm nhập vào bầu khí quyển có thể diễn ra thông qua phương pháp sinh học, bao gồm các giai đoạn nitrat hóa (oxy hóa amoniac) và khử nitrat Phản ứng oxy hóa khử giữa amoniac, nitrit và nitrat được thực hiện bằng phương pháp vi sinh, đóng vai trò quan trọng trong việc xử lý các hợp chất này.

Anamox) Oxy hóa xúc tác trực tiếp amoniac thành khí nitơ Oxy hóa amoniac với clo hoạt động (clo hóa tại điểm đột biến)

Quá trình chuyển hóa hợp chất nitơ thành thành phần tế bào của sinh khối, bao gồm thực vật và vi sinh vật, diễn ra thông qua các phản ứng sinh hóa trong tế bào động và thực vật Quá trình này liên quan đến quang hợp ở thực vật và đồng hóa ở vi sinh vật, tồn tại tự nhiên và là cơ sở cho các phương pháp xử lý bằng thủy thực vật.

CƠ SỞ LÝ THUY ẾT PHƯƠNG PHÁP X Ử LÝ NITƠ BẰ NG K Ỹ THU Ậ T K Ế T

Phương pháp MAP (magnesium ammonium phosphate) là một kỹ thuật hóa học xử lý amoni, dựa trên quá trình tạo kết tủa MgNH4PO4.6H2O Phương pháp này bao gồm việc bổ sung ion Mg2+ và PO43- vào nước thải, giúp chúng phản ứng với ion NH4+ có sẵn trong nước thải.

Mg 2+ + NH4 + + PO4 3- + 6 H2O ↔ MgNH4PO4.6H2O↓ pKs = 12,6 (25 0 C)

Phản ứng kết tủa MAP chịu ảnh hưởng lớn từ pH của môi trường và liều lượng tác nhân phản ứng Các hóa chất dùng để kết tủa amoni thường chứa ion Mg2+ và PO43-, như các hóa chất được liệt kê dưới đây.

B ảng 2.2 Các hóa chất sử dụng trong phương pháp kết tủa MAP

Ph ả n k ế t h ợ p gi ữ a các hóa ch ấ t

1 MgCl 2 6H 2 O Na 2 HPO 4 12H 2 O MgCl 2 6H 2 O + Na 2 HPO 4 12H 2 O + NH 4 + ↔

2 MgO H 3 PO 4 MgO + H 3 PO 4 + NH 4 + ↔

3 MgSO 4 7H 2 O CaHPO 4 H 2 O MgSO 4 7H 2 O + CaHPO 4 + NH 4 + ↔

4 MgCl 2 H 3 PO 4 MgCl 2 6H 2 O + H 3 PO 4 + NH 4 + ↔

- Ưu điểm của phương pháp kết tủa MAP:

Việc loại bỏ NH4+ dưới dạng kết tủa MAP giúp thu hồi amoni một cách hiệu quả và dễ dàng Kết tủa này có thể được sử dụng làm phân bón trong nông nghiệp, đồng thời quy trình xử lý diễn ra nhanh chóng.

- Tuy nhiên cũng có nhược điểm là: tiêu tốn hóa chất và yêu cầu kỹ thuật xử lý khó hơn các phương pháp khác.

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨ U X Ử LÝ AMONI B Ằ NG K Ỹ

M ục đích, đối tượ ng nghiên c ứ u

Mục đích của nghiên cứu này là phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình xử lý Amoni (NH4 +) trong nước rỉ rác thông qua phương pháp kết tủa MAP (magnesium ammonium phosphate) Các yếu tố được xem xét bao gồm pH, hàm lượng hóa chất cần thiết để tạo kết tủa, thời gian khuấy trộn và tốc độ khuấy trộn Nghiên cứu sẽ áp dụng mô hình quy hoạch thực nghiệm nhằm xác định các thông số tối ưu nhất cho quá trình xử lý Đối tượng nghiên cứu là nước rỉ rác thu thập từ Khu liên hiệp xử lý chất thải Nam Sơn, huyện Sóc Sơn, Hà Nội, với các đặc trưng ô nhiễm cụ thể của nước thải đầu vào.

+ Tốc độ khuấy: 300-800 vòng/phút + Thời gian khuấy: 5 phút -60 phút

Hóa ch ấ t, d ụ ng c ụ và thi ế t b ị s ử d ụ ng

* Hóa ch ất sử dụng

10 Xanh metylen và metyl đỏ

2 Cốc thủy tinh 50 ml, 100 ml, 500 ml

3 Bình định mức 25 ml, 500 ml, 1000 ml

5 Pipet 1 ml, 2ml, 5 ml, 10 ml

* Thi ết bị sử dụng

Phương pháp nghiên cứ u

2.3.1 Các phương pháp áp dụng bao gồm:

- Phương pháp nghiên cứu tổng quan

- Phương pháp thực nghiệm phòng thí nghiệm

- Phương pháp phân tích phòng thí nghiệm

- Phương pháp tương quan hồi quy

Nghiên cứu này áp dụng phương pháp kết tủa MAP để xử lý Amoni dựa trên cơ sở phản ứng tạo thành kết tủa sau :

Phản ứng kết tủa giữa Mg²⁺, NH₄⁺, PO₄³⁻ và nước tạo ra MgNH₄PO₄.6H₂O với pKs = 12,6 ở 25°C Các thí nghiệm đã được thực hiện để nghiên cứu các điều kiện ảnh hưởng đến quá trình kết tủa, bao gồm thời gian khuấy trộn, tốc độ khuấy trộn, pH và hàm lượng hóa chất Mục tiêu là tìm ra các điều kiện tối ưu nhất nhằm nâng cao hiệu quả xử lý trong quá trình kết tủa.

Các hóa chất sử dụng trong phương pháp: (1) MgCl2.6H2O kết hợp với

Na2HPO4.12H2O; (2) MgSO4.7H2O kết hợp với CaHPO4.H2O; và (3) MgO kết hợp với dung dịch H3PO4 85%, (4) MgCl2.6H2O kết hợp với dung dịch H3PO4 85%

2.4 Qúa trình tiến hành thí nghiệm

Nghiên cứu khảo sát tốc độ và thời gian khuấy trộn được thực hiện nhằm xác định điều kiện tối ưu cho hiệu quả xử lý amoni Kết quả từ nghiên cứu này sẽ được áp dụng cho các nghiên cứu tiếp theo để đảm bảo phản ứng tạo kết tủa diễn ra hiệu quả nhất Tiếp theo, khảo sát điều kiện pH tối ưu cho các trường hợp khác nhau và hàm lượng hóa chất cũng sẽ được tiến hành Cuối cùng, quy hoạch thực nghiệm sẽ được sử dụng để tìm ra cặp hóa chất và tỉ lệ phản ứng tối ưu nhất.

Phân tích n ồng độ ban đầ u c ủ a NH 4 -N có trong n ướ c th ả i

Kiểm tra nồng độ NH4 +-N ban đầu là bước quan trọng đầu tiên trong mỗi nghiên cứu, giúp xác định lượng hóa chất cần thiết cho các phản ứng tạo kết tủa.

Lấy 2,5 ml nước thải cho vào ống Kjeldahl trong máy chưng cất amoni và tiến hành chưng cất Sau đó, dung dịch chưng cất sẽ được chuẩn độ bằng dung dịch HCl 0,024N, sử dụng chỉ thị Taxiro.

Kh ả o sát ảnh hưở ng c ủ a th ờ i gian khu ấ y tr ộ n t ớ i hi ệ u qu ả x ử lý NH 4 + -N

Lấy 100 ml nước thải cho vào cốc 250 ml, sau đó bổ sung MgCl2.6H2O và

Na2HPO4.12H2O được pha chế theo tỉ lệ Mg 2+ : NH4 + : PO4 3- là 1 : 1 : 1 Dung dịch sau khi bổ sung hóa chất sẽ được khuấy trộn trên máy khuấy từ với tốc độ tối đa 800 vòng/phút để xác định thời gian khuấy trộn tối ưu Nghiên cứu sẽ tiến hành ở các khoảng thời gian 5, 10, 15, 20, 30, 40, 50 và 60 phút Sau mỗi khoảng thời gian, mẫu sẽ được phân tích nồng độ NH4+-N để tính toán hiệu suất đạt được.

Kh ả o sát ảnh hưở ng c ủ a t ốc độ khu ấ y tr ộ n t ớ i hi ệ u qu ả x ử lý NH 4 + -N

Tốc độ khuấy trộn 800 vòng/phút rất cao và tiêu tốn nhiều năng lượng khi áp dụng thực tế Do đó, thí nghiệm này nhằm xác định tốc độ khuấy trộn thấp nhất trong thời gian khuấy trộn ngắn nhất để đạt hiệu suất tối đa.

Thí nghiệm này được thực hiện với thời gian khuấy trộn cố định ở mức tối ưu đã xác định Tốc độ khuấy trộn sẽ được khảo sát ở nhiều mức khác nhau: 100, 150, 200, 250, 300, 350, 400, 500 và 600 vòng/phút.

Kh ả o sát ảnh hưở ng c ủ a pH và n ồng độ các hóa ch ấ t b ổ sung t ớ i hi ệ u qu ả x ử lý NH 4 + -

Mỗi phản ứng đạt hiệu suất tối đa ở pH tối ưu, vì vậy việc xác định pH tối ưu cho các hóa chất dùng để kết tủa NH4+ trong nước rỉ rạc là rất quan trọng Sau khi xác định được pH tối ưu, cần thực hiện thí nghiệm thay đổi nồng độ hóa chất ở các tỉ lệ khác nhau Các thí nghiệm này sẽ được tiến hành tại pH tối ưu đã tìm ra.

Thí nghiệm được thực hiện nhằm xác định khoảng pH tối ưu và điều chỉnh nồng độ các hóa chất cho từng trường hợp sử dụng các loại hóa chất khác nhau.

(1) Sử dụng MgCl 2 6H 2 O kết hợp với Na 2 HPO 4 12H 2 O

- Lấy 100 ml mẫu vào bình tam giác 250 ml

- Kiểm tra hiệu suất phản ứng ởcác điểm pH : 5; 6; 7; 7,5; 8; 8,5; 9; 9,5; 10

- Phân tích nồng độ NH4 +-N sau phản ứng để tính toán hiệu suất đạt được để tìm ra pH tối ưu.

- Tại điểm pH tối ưu vừa tìm được tiến hành thay đổi nồng độ ion Mg 2+ và PO4 3- theo như trong bảng:

Bảng 2.3 Tỉ lệ ion Mg 2+ : NH 4 + : PO 4 3- khi sử dụng MgCl 2 6H 2 O và

Thay đổi nồng độ ion Mg2+

Thay đổi nồng độ ion PO 4 3-

- Phân tích nồng độ NH4 +-N ở từng tỉ lệ và so sánh hiệu suất xửlý để tìm ra liều lượng hóa chất tối ưu

(2) Sử dụng MgSO 4 7H 2 O kết hợp với CaHPO 4 H 2 O

- Lấy 100 ml mẫu vào bình tam giác

- Kiểm tra hiệu suất phản ứng ởcác điểm pH : 7; 8; 9; 10; 10,25; 10,5; 11; 11,5; 12

- Phân tích nồng độ NH4 +-N sau phản ứng để tính toán hiệu suất đạt được để tìm ra pH tối ưu.

- Tại điểm pH tối ưu vừa tìm được tiến hành thay đổi nồng độ ion Mg 2+ và PO4 3- theo như trong bảng:

Bảng 2.4 Tỉ lệ ion Mg 2+ : NH 4 + : PO 4 3- kh sử dụng MgSO 4 7H 2 O và CaHPO 4 H 2 O

Thay đổi nồng độ ion Mg 2+

Thay đổi nồng độ ion PO 4 3-

Tỉ lệ nồng độ các ion

- Phân tích nồng độ NH4 +-N ở từng tỉ lệ và so sánh hiệu suất đểtìm ra điểm tối ưu.

(3) Sử dụng MgO kết hợp với dung dịch H 3 PO 4 85%

- Lấy 100ml mẫu vào bình tam giác 250 ml

- Kiểm tra hiệu suất phản ứng ởcác điểm pH : 6; 7; 8; 8,5; 9; 9,5; 10; 10,5; 11

- Phân tích nồng độ NH4 +-N sau phản ứng để tính toán hiệu suất đạt được để tìm ra pH tối ưu.

- Tại điểm pH tối ưu vừa tìm được tiến hành thay đổi nồng độ ion Mg 2+ và PO4 3- theo như trong bảng:

B ảng 2.5 Tỉ lệ ion Mg 2+ : NH 4 + : PO 4 3- t rong trường hợp sử dụng MgO và H 3 PO 4 85%

Thay đổi nồng độ ion Mg 2+

Thay đổi nồng độ ion PO 4 3-

- Phân tích nồng độ NH4 +-N ở từng tỉ lệ và so sánh nồng độđểtìm ra điểm tối ưu

(4) MgCl 2 6H 2 O kết hợp với dung dịch H 3 PO 4 85%

- Lấy 100 ml mẫu vào bình tam giác 250 ml

- Kiểm tra hiệu suất phản ứng ởcác điểm pH : 5,4; 7; 8; 8,5; 9; 9,5; 10; 10,5

- Phân tích nồng độ NH4 +-N sau phản ứng để tính toán hiệu suất đạt được để tìm ra pH tối ưu.

- Tại điểm pH tối ưu vừa tìm được tiến hành thay đổi nồng độ ion Mg 2+ và PO4 3- theo như trong bảng:

B ảng 2.6 Tỉ lệ ion Mg 2+ : NH 4 + : PO 4 3- trong trường hợp sử dụng cặp hóa chất

Thay đổi nồng độ ion Mg 2+

Thay đổi nồng độ ion PO

- Phân tích nồng độ NH4 +-N ở từng tỉ lệ và so sánh nồng độđểtìm ra điểm tối ưu

Kết tủa MAP (MgNH4PO4.6H2O) từ việc loại bỏ amoni trong nước rỉ rác nếu không được xử lý sẽ gây ô nhiễm thứ cấp, điều này không mong muốn trong xử lý chất thải Việc thu hồi kết tủa MAP để sử dụng làm phân bón cho nông nghiệp là giải pháp hữu ích hiện nay, vì nó chứa các ion Mg, N, P cần thiết cho sự phát triển của cây trồng N và P là hai thành phần dinh dưỡng thiết yếu trong phân bón hóa học, trong khi Mg là nguyên tố vi lượng quan trọng cho quá trình quang hợp và kích thích hoạt động enzyme trong cây Nghiên cứu đã chỉ ra rằng cây trồng được bổ sung muối MAP phát triển nhanh hơn so với cây không được bổ sung, cho thấy ứng dụng phương pháp MAP vừa giải quyết vấn đề môi trường, vừa mang lại lợi ích kinh tế.

K Ế T QU Ả VÀ TH Ả O LU Ậ N

Kh ả o sát ảnh hưở ng c ủ a t ốc độ khu ấ y tr ộ n và th ờ i gian khu ấ y tr ộ n t ớ i hi ệ u qu ả x ử lý

hiệu quả xử lý NH 4 + -N

Tiến hành thí nghiệm với các điều kiện đã đưa ra ởchương 2, ta xác định được ảnh hưởng của các yếu tố cụ thểnhư sau:

3.1.1 Ảnh hưởng của thời gian khuấy trộn tới hiệu quả xử lý NH 4 + -N

Bảng 3.1 Ảnh hưởng của thời gian khuấy trộn tới hiệu quả xử lý NH 4 + -N Thời gian khuấy

Nồng độ NH 4 + -N (mg/l) Hiệu suất khử NH 4 + Trước xử lý Sau xử lý (%)

Hình 3.1 Ảnh hưởng của thời gian tới hiệu suất xử lý NH 4 + -N

Nghiên cứu cho thấy, tại tốc độ khuấy 800 vòng/phút, hiệu quả xử lý gia tăng theo thời gian khuấy trộn, với hiệu suất tối ưu đạt được sau 15 phút Thời gian khuấy trộn ngắn nhất để đạt hiệu quả xử lý cao nhất là 15 phút, và nếu kéo dài thêm, hiệu quả không tăng nữa Xu hướng này hợp lý vì việc bổ sung hóa chất tạo kết tủa cần thời gian nhất định để phản ứng diễn ra và đạt hiệu quả cao nhất.

Tốc độ khuấy 800 vòng/phút có thể tiêu tốn nhiều năng lượng khi áp dụng thực tế Để tiết kiệm năng lượng, cần kiểm tra thời gian khuấy tối thiểu là 15 phút, từ đó xác định tốc độ khuấy nhỏ nhất để đạt hiệu suất tối đa.

3.1.2 Ảnh hưởng của tốc độ khuấy trộn tới hiệu quả xử lý NH 4 + -N

Nghiên cứu này được thực hiện trong thời gian khuấy trộn 15 phút, với việc điều chỉnh tốc độ khuấy trộn nhằm xác định tốc độ tối ưu Kết quả của nghiên cứu được trình bày qua hình ảnh và đồ thị bên dưới.

B ảng 3.2 Ảnh hưởng của tốc độ khuấy trộn tới hiệu quả xử lý NH 4 + -N

Tốc độ khuấy(vòng/phút)

Trước xử lý Sau xử lý

Hình 3.2 Ảnh hưởng của tốc độ khuấy trộn tới hiệu suất xử lý NH 4 + -N

Thời gian khuấy trộn 15 phút cho thấy hiệu suất xử lý tăng khi tốc độ khuấy tăng, đạt cực đại tại 300 vòng/phút Tốc độ khuấy trộn tối ưu là 300 vòng/phút, điều này hợp lý vì các hóa chất cần tiếp xúc tốt để tạo kết tủa với NH4+ Tại tốc độ 300 vòng/phút, sự tiếp xúc giữa các chất là tốt nhất, góp phần vào hiệu quả tạo kết tủa.

Để đạt hiệu quả xử lý tối đa, tốc độ khuấy tối ưu cần được duy trì ở mức 300 vòng/phút trong thời gian 15 phút Các thí nghiệm tiếp theo sẽ tuân thủ quy trình này nhằm đảm bảo hiệu suất xử lý đạt mức cao nhất.

3.2 Khảo sát hiệu quả xử lý NH 4 + khi sử dụng kết hợp hai hóa chất

3.2.1 Khảo sát ảnh hưởng của pH tới hiệu quả xử lý NH 4 + -N Đối với xửlý nước thải luôn tồn tại pH tối ưu mà tại đó hiệu quả xử lý là cao nhất, do đó khảo sát giá trị pH tối ưu là việc làm cần thiết Nghiên cứu được thực hiện với tỉ lệ Mg 2+ : NH4 + : PO4 3- là 1 : 1 : 1, pH ban đầu của nước rác là 8,1 được điều chỉnh tới các giá trị khác nhau để tìm giá trị pH tối ưu, nồng độban đầu NH4 +-

N = 1680 mg/l Kết quảđược thể hiện ở bảng và đồ thịdưới đây.

B ảng 3.3 Ảnh hưởng của pH tới hiệu quả xử lý NH 4 + -N khi s ử dụng kết hợp hai hóa chất

Giá trị pH Nồng độ NH 4 + -N (mg/l)

Hiệu suất khử NH 4 + (%) Trước xử lý Sau xử lý

Hình 3.3 Ảnh hưởng của pH tới hiệu suất xử lý NH 4 + -N khi s ử dụng hóa chất là

Nghiên cứu cho thấy hiệu suất xử lý tăng khi pH tăng đến 8, và không có sự tăng trưởng hiệu suất khi pH vượt quá giá trị này, cho thấy pH tối ưu cho hai hóa chất là 8 Với nước rỉ rác đầu vào có pH là 8,1, việc điều chỉnh pH trong quá trình thí nghiệm là không cần thiết.

Lý giải cho việc tại pH thấp hiệu suất xử lý thấp là do sự chuyển dịch của cân bằng hóa học :

Khi pH thấp, sự hiện diện nhiều ion H+ dẫn đến sự chuyển dịch cân bằng phản ứng (3.1) từ phải sang trái, tạo ra nhiều ion HPO4 2- Điều này làm giảm hiệu quả của phản ứng tạo kết tủa.

Khi pH tăng, cân bằng phản ứng Mg 2+ + NH4 + + PO4 3- + 6 H2O ↔ MgNH4PO4.6H2O dịch chuyển sang phải, làm giảm nồng độ H + trong dung dịch Điều này dẫn đến việc cân bằng phản ứng H + dịch chuyển theo chiều từ trái sang phải, tạo ra nhiều ion PO4 3-, từ đó tăng nồng độ ion này trong nước Kết quả là cân bằng phản ứng Mg 2+ + NH4 + + PO4 3- + 6 H2O dịch chuyển theo hướng tạo ra nhiều kết tủa MAP, nâng cao hiệu quả xử lý NH4 +.

N

Ảnh hưở ng c ủ a th ờ i gian khu ấ y tr ộ n t ớ i hi ệ u qu ả x ử lý NH 4 + -N

Bảng 3.1 Ảnh hưởng của thời gian khuấy trộn tới hiệu quả xử lý NH 4 + -N Thời gian khuấy

Nồng độ NH 4 + -N (mg/l) Hiệu suất khử NH 4 + Trước xử lý Sau xử lý (%)

Hình 3.1 Ảnh hưởng của thời gian tới hiệu suất xử lý NH 4 + -N

Nghiên cứu này được thực hiện với tốc độ khuấy 800 vòng/phút, cho thấy hiệu quả xử lý tăng lên khi thời gian khuấy trộn kéo dài Thời gian khuấy trộn tối ưu đạt được hiệu suất xử lý cao nhất là 15 phút, và đây cũng là thời gian ngắn nhất để đạt được hiệu quả tối ưu Nếu tiếp tục tăng thời gian khuấy trộn, hiệu quả xử lý sẽ không còn tăng thêm Xu hướng này hợp lý vì việc bổ sung hóa chất để tạo kết tủa cần một khoảng thời gian nhất định để phản ứng xảy ra và đạt hiệu quả cao nhất.

Tốc độ khuấy 800 vòng/phút tiêu tốn nhiều năng lượng trong quá trình khuấy trộn Để tiết kiệm năng lượng, cần xác định tốc độ khuấy tối thiểu cho thời gian khuấy ít nhất 15 phút nhằm đạt hiệu suất tối đa.

Ảnh hưở ng c ủ a t ốc độ khu ấ y tr ộ n t ớ i hi ệ u qu ả x ử lý NH 4 + -N

Nghiên cứu này được thực hiện với thời gian khuấy trộn là 15 phút, trong đó tốc độ khuấy trộn được điều chỉnh để xác định tốc độ tối ưu Kết quả của nghiên cứu được trình bày qua hình ảnh và đồ thị dưới đây.

B ảng 3.2 Ảnh hưởng của tốc độ khuấy trộn tới hiệu quả xử lý NH 4 + -N

Tốc độ khuấy(vòng/phút)

Trước xử lý Sau xử lý

Hình 3.2 Ảnh hưởng của tốc độ khuấy trộn tới hiệu suất xử lý NH 4 + -N

Thời gian khuấy trộn 15 phút cho thấy hiệu suất xử lý tăng khi tốc độ khuấy tăng, đạt cực đại tại 300 vòng/phút Tốc độ khuấy trộn tối ưu là 300 vòng/phút, giúp các hóa chất tiếp xúc tốt hơn để tạo thành kết tủa với NH4+ Với tốc độ này, sự tiếp xúc giữa các chất là hiệu quả nhất, như thể hiện trong đồ thị.

Để tối ưu hóa hiệu quả xử lý, cần đạt được tốc độ khuấy tối ưu trong 15 phút Các thí nghiệm tiếp theo sẽ được thực hiện với tốc độ khuấy 300 vòng/phút và thời gian khuấy 15 phút, nhằm đảm bảo hiệu suất xử lý đạt mức tối đa.

HPO 4 12H 2 O

Kh ả o sát ảnh hưở ng c ủ a pH t ớ i hi ệ u qu ả x ử lý NH 4 + -N

Xử lý nước thải yêu cầu xác định pH tối ưu để đạt hiệu quả cao nhất Nghiên cứu này được thực hiện với tỉ lệ Mg2+: NH4+: PO43- là 1:1:1 Ban đầu, pH của nước rác là 8,1 và đã được điều chỉnh đến các giá trị khác nhau nhằm tìm ra pH tối ưu cho quá trình xử lý, đồng thời khảo sát nồng độ ban đầu của NH4+.

N = 1680 mg/l Kết quảđược thể hiện ở bảng và đồ thịdưới đây.

B ảng 3.3 Ảnh hưởng của pH tới hiệu quả xử lý NH 4 + -N khi s ử dụng kết hợp hai hóa chất

Giá trị pH Nồng độ NH 4 + -N (mg/l)

Hiệu suất khử NH 4 + (%) Trước xử lý Sau xử lý

Hình 3.3 Ảnh hưởng của pH tới hiệu suất xử lý NH 4 + -N khi s ử dụng hóa chất là

Nghiên cứu cho thấy hiệu suất xử lý tăng khi pH tăng đến mức 8, và không thay đổi khi pH vượt quá 8, cho thấy pH tối ưu cho hai hóa chất này là 8 Với nước rỉ rác có pH là 8,1 được sử dụng trong thí nghiệm, việc điều chỉnh pH là không cần thiết.

Lý giải cho việc tại pH thấp hiệu suất xử lý thấp là do sự chuyển dịch của cân bằng hóa học :

Khi pH thấp, nồng độ ion H+ tăng cao, dẫn đến sự chuyển dịch cân bằng trong phản ứng (3.1) từ phải sang trái, tạo ra nhiều ion HPO4 2- Điều này làm giảm hiệu quả của quá trình tạo kết tủa.

Khi pH tăng, cân bằng phản ứng Mg 2+ + NH4 + + PO4 3- + 6 H2O ↔ MgNH4PO4.6H2O dịch chuyển sang phải, dẫn đến sự giảm nồng độ H + trong dung dịch Điều này làm cho cân bằng phản ứng H + dịch chuyển từ trái sang phải, tạo ra nhiều ion PO4 3-, từ đó làm tăng nồng độ ion này trong nước Sự gia tăng nồng độ ion PO4 3- sẽ thúc đẩy phản ứng tạo ra nhiều kết tủa MAP, qua đó nâng cao hiệu quả xử lý NH4 +.

Kh ả o sát ảnh hưở ng c ủ a s ự thay đổ i n ồng độ ion Mg 2+ và PO 4 3- t ớ i hi ệ u qu ả

Trong thí nghiệm này, nồng độ của một trong hai ion Mg 2+ hoặc PO4 3- được giữ cố định ở tỷ lệ 1:1 so với ion NH4 +-N Nồng độ của ion còn lại được thay đổi từ thấp đến cao nhằm xác định giá trị tối ưu, trong điều kiện pH ban đầu của thí nghiệm.

= 8 và nồng độ NH4 +-N = 1963 mg/l Kết quả được thể hiện ở bảng và hai đồ thị dưới đây.

Bảng 3.4 trình bày ảnh hưởng của nồng độ ion Mg2+ và PO4 3- đến hiệu quả xử lý NH4+-N khi sử dụng kết hợp hai hóa chất MgCl2.6H2O và Na2HPO4.12H2O Nghiên cứu cho thấy sự thay đổi nồng độ của các ion này có tác động đáng kể đến khả năng xử lý amoniac, từ đó mở ra hướng đi mới trong việc tối ưu hóa quy trình xử lý nước thải.

Nồng độ NH 4 + -N (mg/l) Hiệu suất khử NH 4 + -N (%)

Trước xử lý Sau xử lý

Trước xử lý Sau xử lý

Hình 3.4 Ảnh hưởng của việc thay đổi nồng độ ion Mg 2+ t ới hiệu suất xử lý

NH 4 + -N khi s ử dụng hóa chất MgCl 2 6H 2 O và Na 2 HPO 4 12H 2 O

Hình 3.5 Ảnh hưởng của việc thay đổi nồng độ ion PO 4 3- t ới hiệu suất xử lý

NH 4 + -N khi s ử dụng hóa chất MgCl 2 6H 2 O và Na 2 HPO 4 12H 2 O

Hai thí nghiệm cho thấy khi tăng nồng độ một ion mà không thay đổi nồng độ ion còn lại, hiệu suất xử lý NH4+ tăng dần đến tỉ lệ tối ưu Tỉ lệ Mg2+ : NH4+ : PO43- tối ưu được xác định là 1,1 : 1 : 1 và 1 : 1 : 1,1 Không có sự khác biệt về hiệu suất xử lý NH4+ khi thay đổi nồng độ các ion Khi tỉ lệ ion Mg2+ hoặc PO43- vượt quá 1,1, hiệu suất vẫn giữ ở mức tối ưu mà không tăng thêm Hiệu suất xử lý NH4+-N đạt 84%, giảm nồng độ NH4+-N từ 1693 mg/l xuống 268 mg/l trong thí nghiệm điều chỉnh nồng độ ion.

Mg 2+ và giảm từ 2392 mg/l xuống còn 363 mg/l đối với thí nghiệm thay đổi nồng độ của ion PO4 3-

Kết luận: Hiệu suất xử lý tối ưu đạt được khi bổ sung dư hàm lượng ion Mg 2+ hoặc PO4 3- so với nồng độ NH4 +-N trong nước rỉ rác.

7H 2 O

Kh ả o sát ả nh h ưở ng c ủ a pH t ớ i hi ệ u qu ả x ử lý NH 4 + -N

Hiệu quả của phản ứng kết tủa MAP khi kết hợp CaHPO4.H2O và MgSO4.7H2O phụ thuộc vào pH, tương tự như trường hợp MgCl2.6H2O và Na2HPO4.12H2O Thí nghiệm được thực hiện với nồng độ amoni trong nước thải đầu vào là 1600 mg/l và pH ban đầu là 8,1, với tỉ lệ mol hóa chất bổ sung là Mg 2+ : NH4 + : PO4 3- = 1 : 1 : 1.

B ảng 3.5 Ảnh hưởng của pH tới hiệu quả xử lý NH 4 + -N khi s ử dụng kết hợp hai hóa chất

Giá trị pH Nồng độ NH 4 + -N (mg/l)

Hiệu suất khử NH 4 + (%) Trước xử lý Sau xử lý

Hình 3.6 Ảnh hưởng của pH tới hiệu suất xử lý NH 4 + -N khi s ử dụng hóa chất

Kết quả khảo sát cho thấy hiệu suất xử lý tăng khi pH tăng, đạt tối ưu tại pH = 10,25 Khi pH tiếp tục tăng, hiệu quả xử lý giảm nhẹ và đạt trạng thái cân bằng pH tối ưu khi sử dụng kết hợp hai loại hóa chất là CaHPO4.H2O.

Độ tan của CaHPO4.H2O trong nước rất thấp, chỉ đạt 0,0043 g/100 ml, trong khi độ tan của CaHPO4 lại phụ thuộc nhiều vào pH Điều này có thể được giải thích qua các phản ứng hóa học liên quan.

Khi pH cao, phản ứng Mg 2+ + NH4 + + PO4 3- + 6 H2O ↔ MgNH4PO4.6H2O diễn ra mạnh mẽ, làm dịch chuyển cân bằng từ trái qua phải, tạo ra nhiều ion PO4 3- và tăng hiệu suất của phản ứng Các phản ứng liên quan làm cho cân bằng của phản ứng CaHPO4 cũng dịch chuyển theo hướng tăng độ phân ly Do đó, hiệu quả xử lý NH4 +-N được cải thiện khi pH tăng.

Do độ tan thấp của CaHPO4, hiệu suất xử lý NH4+-N chỉ đạt khoảng 50% Ngoài ra, pH trong khoảng 10 – 10,25 xuất hiện bước nhảy bất thường, nguyên nhân là do sự dịch chuyển cân bằng.

NH4 + + OH - ↔ NH3↑ + H2O (3.8) Khi tăng pH lên cân bằng của phản ứng (3.8) dịch chuyển mạnh về bên phải tạo ra bước nhảy tại pH = 10,25.

Kh ả o sát ảnh hưở ng c ủ a s ự thay đổ i n ồng độ ion Mg 2+ và PO 4 3- t ớ i hi ệ u qu ả

Thí nghiệm này tiến hành cũng tương tự thí nghiệm khảo sát trước đó đối với

Trong nghiên cứu này, MgCl2.6H2O và Na2HPO4.12H2O được sử dụng, với lượng CaHPO4.H2O và MgSO4.7H2O được điều chỉnh để tìm ra giá trị tối ưu Trong thí nghiệm 1, tỷ lệ NH4+: PO4^3- được giữ nguyên ở mức 1:1, trong khi lượng MgSO4.7H2O được thay đổi Ngược lại, thí nghiệm 2 sẽ giữ lượng MgSO4.7H2O cố định và thay đổi lượng CaHPO4.H2O Cả hai thí nghiệm đều bắt đầu với nồng độ NH4+-N lần lượt là 1964 mg/l và 1680 mg/l, với pH được điều chỉnh về mức tối ưu là 10,25 Kết quả của các thí nghiệm này được trình bày thông qua bảng và đồ thị.

B ảng 3.6 Ảnh hưởng của sự thay đổi nồng độ ion Mg 2+ và PO 4 3- t ới hiệu quả xử lý NH 4 + -N khi s ử dụng kết hợp hai hóa chất CaHPO 4 H 2 O và MgSO 4 7H 2 O

Nồng độ NH 4 + -N (mg/l) Hiệu suất khử NH 4 + (%)

(mg/l) Hiệu suất khử NH 4 + (%)

Trước xử lý Sau xử lý

Trước xử lý Sau xử lý

Hình 3.7 Ảnh hưởng của việc thay đổi nồng độ ion Mg 2+ khi s ử dụng hai hóa ch ất CaHPO 4 H 2 O và MgSO 4 7H 2 O

Hình 3.8 Ảnh hưởng của việc thay đổi nồng độ ion PO 4 3- t ới hiệu suất xử lý

NH 4 + -N khi s ử dụng hai hóa chất CaHPO 4 H 2 O và MgSO 4 7H 2 O

Nhận xét: Khi tăng nồng độ ion Mg 2+ hiệu suất tăng dần cho tới tỉ lệ Mg 2+ : NH4 + :

Khi tỷ lệ PO4 3- là 0,6:1:1, hiệu suất đạt mức tối đa với nồng độ NH4 +-N giảm xuống còn 860 mg/l, so với nồng độ ban đầu là 1964 mg/l, đạt hiệu suất cực đại 56% Tuy nhiên, khi tiếp tục tăng nồng độ Mg 2+, hiệu suất sẽ giảm và ổn định ở mức khoảng 47%.

Khi nồng độ ion PO4 3- tăng lên, hiệu suất xử lý cũng tương tự như trong thí nghiệm 1, tăng dần và đạt mức tối đa 53% với tỷ lệ Mg 2+ : NH4 + : PO4 3 là 1 : 1 : 0,6 Kết quả cho thấy nồng độ giảm xuống còn 779 mg/l so với nồng độ ban đầu là 1680 mg/l.

Hiệu suất xửlý đối với tỉ lệ Mg 2+ : NH4 +: PO4 3 bằng 0: 1: 1 và 1: 1: 0 khá cao lần lượt là 30,54% và 41,60%

Giải thích: Hiệu suất đạt cực đại tại tỉ lệlượng Mg 2+ và PO4 3- là 0,6 thấp hơn lượng

NH4+-N có mặt trong nước thải do CaHPO4 tan kém và sự cạnh tranh giữa ion Ca2+ và ion Mg2+ trong việc tạo thành Ca3(PO4)2 kết tủa Sự cạnh tranh này giới hạn hiệu suất xử lý ở mức 0,6 Hiệu suất xử lý giảm xuống khi tỉ lệ Mg2+ và PO43- so với NH4+ đạt 0,7 và sau đó đạt được sự cân bằng ở các tỉ lệ tiếp theo.

Khi không bổ sung hóa chất MgSO4 hoặc CaHPO4, hiệu suất đạt được vẫn khá cao nhờ vào sự hiện diện sẵn của các ion trong nước thải.

Nồng độ ion Mg 2+ và PO4 3- có ảnh hưởng không lớn do chúng ở mức thấp so với lượng bổ sung Khi điều chỉnh pH lên 10,25, sự thay đổi này sẽ tác động đến cân bằng của hệ thống.

NH4 + + OH - ↔ NH3↑ + H2O pH càng cao cân bằng càng dịch chuyển về phía phải theo hướng tạo ra nhiều

NH3, NH3 dễ bay hơi trong không khí nên trong quá trình khuấy trộn một lượng đáng kể NH4 +-N bịthoát ra ngoài dưới dạng NH3.

Kết luận: Hiệu suất đạt được tối đa khi lượng Mg 2+ và PO4 3- cấp vào chỉ cần đạt tỉ lệ 0,6 so với NH4 +.

Kh ả o sát hi ệ u qu ả x ử lý NH 4 + -N khi s ử d ụ ng k ế t h ợ p hai hóa ch ấ t MgO và dung d ị ch

3.4.1 Khảo sát ảnh hưởng của pH tới hiệu quả xử lý NH 4 + -N

Kết quả nghiên cứu được thể hiện ở bảng và đồ thị sau:

B ảng 3.7 Ảnh hưởng của pH tới hiệu quả xử lý NH 4 + -N khi s ử dụng MgO và H 3 PO 4 85%

Giá trị pH Nồng độ NH 4 + -N (mg/l) Hiệu suất khử NH 4 +

Trước xử lý Sau xử lý (%)

Hình 3.9 Ảnh hưởng của pH tới hiệu suất xử lý NH 4 + -N khi s ử dụng hai hóa ch ất MgO và H 3 PO 4 85%

Nghiên cứu cho thấy hiệu suất xử lý NH4 +-N gia tăng theo pH, đạt cực đại 57% tại pH 8,5 và duy trì mức này khi pH tiếp tục tăng Điều này chỉ ra rằng pH tối ưu để sử dụng kết hợp hai hóa chất MgO là 8,5.

H3PO4 có pH là 8,5, trong khi pH ban đầu của nước rỉ rác khoảng 8, do đó cần ít hóa chất để điều chỉnh pH lên 8,5 Hiệu suất tăng khi pH tăng có thể được giải thích tương tự như khi kết hợp hai hóa chất MgCl2.6H2O.

3.4.2 Khảo sát ảnh hưởng của sựthay đổi nồng độ ion Mg 2+ và PO 4 3- tới hiệu quả xử lý NH 4 + -N

Khi thay đổi liều lượng hóa chất hiệu suất xửlý thay đổi rõ rệt, điều đó được thể hiện ở bảng và đồ thị sau:

Bảng 3.8 trình bày ảnh hưởng của nồng độ ion Mg²⁺ và PO₄³⁻ đến hiệu quả xử lý NH₄⁺-N khi kết hợp sử dụng MgO và dung dịch H₃PO₄ 85% Nghiên cứu cho thấy sự thay đổi nồng độ của các ion này có thể tác động đáng kể đến quá trình xử lý, từ đó giúp tối ưu hóa hiệu suất loại bỏ NH₄⁺-N trong môi trường nước.

NH 4 + : PO 4 3- Nồng độ NH 4 + -N

Hiệu suất khử NH 4 + Trước xử (%) lý

Hình 3.10 Ảnh hưởng của việc thay đổi nồng độ ion Mg 2+ t ới hiệu suất xử lý

NH 4 + -N khi s ử dụng hai hóa chất MgO và H 3 PO 4 85%

Hình 3.11 Ảnh hưởng của việc thay đổi nồng độ ion PO 4 3- t ới khiệu suất xử lý

NH 4 + -N khi s ử dụng hai hóa chất MgO và H 3 PO 4

Kết quả từ hai thí nghiệm cho thấy hiệu suất xử lý phụ thuộc nhiều vào lượng hóa chất sử dụng Hiệu suất tăng dần cho đến khi một trong hai hóa chất bị dư thừa, với tỉ lệ Mg 2+ : NH4 + : PO4 3- là 1,1 : 1 : 1 và 1 : 1 : 1,1, đạt hiệu quả xử lý tối ưu Mặc dù hiệu suất khi sử dụng hai hóa chất này không cao, nhưng cao nhất ghi nhận được là 54,85% ở tỉ lệ 1,1 : 1 : 1 và 55,7% ở tỉ lệ 1 : 1 : 1,1.

Kết luận: Hiệu suất đạt được cực đại khi cho dư một trong hai hóa chất là MgO hoặc H3PO4 so với NH4 + có trong nước thải.

Kh ả o sát hi ệ u qu ả x ử lý NH 4 + -N khi s ử d ụ ng k ế t h ợ p hai hóa ch ấ t MgCl 2 6H 2 O và

MgCl 2 6H 2 O và dung dịch H 3 PO 4 85%

3.5.1 Khảo sát ảnh hưởng của pH tới hiệu quả xử lý NH 4 + -N

Kết quả nghiên cứu được thể hiện ở bảng và đồ thị sau:

B ảng 3.9 Ảnh hưởng của pH tới hiệu quả xử lý NH 4 + -N khi s ử dụng kết hợp hai hóa ch ất MgCl 2 6H 2 O và dung d ịch H 3 PO 4 85%

Nồng độ NH 4 + -N (mg/l) Hiệu suất khử NH 4 + Trước xử lý Sau xử lý (%)

Hình 3.12 Ảnh hưởng của pH tới hiệu suất xử lý NH 4 + -N khi s ử dụng hai hóa chất

Nghiên cứu cho thấy hiệu suất xử lý NH4+-N tăng khi pH tăng lên đến 9,65, tại đó đạt cực đại 91,40%, sau đó giảm khi pH cao hơn Điều này chỉ ra rằng pH tối ưu cho việc sử dụng kết hợp hai hóa chất MgCl2.6H2O và H3PO4 là 9,65, trong khi pH ban đầu của nước rỉ rác dao động khoảng từ

Để điều chỉnh pH lên 9,65, cần bổ sung NaOH vào khoảng 7,9-8,1 Hiệu suất tăng lên khi pH tăng có thể giải thích tương tự như khi kết hợp hai hóa chất MgCl2.6H2O và Na2HPO4.12H2O.

3.5.2 Khảo sát ảnh hưởng của sựthay đổi nồng độ ion Mg 2+ và PO 4 3- tới hiệu quả xử lý NH 4 + -N

Khi thay đổi liều lượng hóa chất hiệu suất xửlý thay đổi rõ rệt, điều đó được thể hiện ở bảng và đồ thị sau:

Bảng 3.10 trình bày ảnh hưởng của nồng độ ion Mg²⁺ và PO₄³⁻ đến hiệu quả xử lý NH₄⁺-N khi sử dụng kết hợp hóa chất MgCl₂.6H₂O và dung dịch H₃PO₄ 85% Nghiên cứu này cho thấy sự thay đổi nồng độ của các ion này có thể tác động đáng kể đến quá trình xử lý, từ đó tối ưu hóa hiệu quả loại bỏ NH₄⁺-N trong môi trường nước.

Sau xử lý Trước xử lý

Hình 3.13 Ảnh hưởng của hóa chất Mg 2+ t ới hiệu xuất sử lý NH 4 + khi s ử dụng hai hóa chất

Hình 3.14 Ảnh hưởng của hóa chất PO 4 3- t ới hiệu xuất sử lý NH 4 + khi s ử dụng hai hóa ch ất MgCl 2 6H 2 O và H 3 PO 4 85%

Kết quả từ hai thí nghiệm cho thấy hiệu suất xử lý phụ thuộc nhiều vào lượng hóa chất sử dụng Hiệu suất tăng dần cho đến khi một trong hai hóa chất bị dư, với tỷ lệ Mg 2+ : NH4 + : PO4 3- là 1,1 : 1 : 1 và 1 : 1 : 1,1, đạt hiệu quả xử lý tối ưu Sử dụng hai hóa chất này mang lại hiệu suất khá cao, với mức cao nhất được ghi nhận.

94,46 % ở tỉ lệ Mg 2+ : NH4 + : PO4 3- là 1,1 : 1 : 1 và 92,17 % ở tỉ lệ Mg 2+ : NH4 + :

Kết luận cho thấy hiệu suất tối ưu đạt được khi dư thừa một trong hai hóa chất MgCl2.6H2O hoặc H3PO4 85% so với ion NH4+ có trong nước thải Hiệu suất này đạt cực đại ở một tỷ lệ nhất định và có xu hướng giảm khi tiếp tục tăng lượng hóa chất.

Nghiên c ứ u bài toán h ồ i quy trong quy ho ạ ch th ự c nghi ệ m b ằ ng ph ầ n m ề m Modle

Các thí nghiệm tối ưu hóa các yếu tố ảnh hưởng được thực hiện thông qua phương pháp quy hoạch thực nghiệm ma trận bậc 2 trực giao, với mục tiêu nâng cao hiệu suất xử lý amoni (ƞNH4+).

Từ các kết quả thực nghiệm mang tính tiên nghiệm ở trên, xác định được vùng quy hoạch tiến hành thực nghiệm với các yếu tốảnh hưởng như sau:

B ảng 3.11 Danh sách các biến mã hóa

Yếu tố Khoảng biết đổi

Tâm kế hoạch Đơn vị Mã hóa

Thời gian(TG) [0;60] 60 30 phút X3 [-1; 1] pH [5; 12] 7 3,5 - X4 [-1; 1]

Hàm mục tiêu là hiệu suất xử lý NH4+ (ƞ NH4+) Để xác định phương trình hồi quy, cần áp dụng kế hoạch trực giao bậc 2 với số lượng thí nghiệm phù hợp.

Với 2 k là số thí nghiệm hai mức, k là số yếu tố ảnh hưởng ở đây k=4, no là số thí nghiệm lặp tại tâm vùng quy hoạch 2k là thí nghiệm ở các điểm sao với kế hoạch bậc 2 trực giao khoảng cách từ thí nghiệm tại tâm đến các điểm sao với k