Nhƣ ta biết, hiệu quả loại bỏ TN của mơ hình phụ thuộc vào nồng độ NH4+, NO2-, NO3- và một phần rất nhỏ nitơ ở dạng hữu cơ, dạng nitơ này đƣợc sinh ra do quá trình chết đi của vi sinh vật. Vì vậy, ngồi NH4+
thì NO2- và NO3- là 2 thành phần đáng chú ý trong nƣớc dịng ra. Trong mơ hình SNAP thì NO3- là sản phẩm phụ của quá trình anammox, nĩ thể hiện đƣợc khả năng xử lý, loại bỏ nitơ của vi khuẩn anammox. NO2- là sản phẩm từ quá trình nitrit hĩa của vi khuẩn AOB, NO2- dịng ra chịu ảnh hƣởng từ hoạt tính của cả vi khuẩn AOB và vi khuẩn anammox, nếu nồng độ NO2- dịng ra quá cao, điều đĩ thể hiện hoạt tính của AOB mạnh hơn của vi khuẩn anammox, NO2- sinh ra khơng đƣợc anammox sử dụng triết để, ngƣợc lại, nếu NO2- dịng ra quá thấp, điều đĩ cĩ nghĩa là hoạt tính của AOB trong bể thấp hơn vi khuẩn anammox, vì vậy, NO2- sinh ra khơng đủ cho vi khuẩn anammox sử dụng. Nồng độ NO2- và NO3- trong dịng ra đƣợc thể hiện ở hình 4.9 y = 0.9775x - 6.0736 R² = 0.9895 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 0 20 40 60 80 100
Mối quan hệ giữa hiệu quả chuyển hĩa và hiệu quả xử lý
Hiệu quả chuyển hĩa amoni (%)
Hi ệu q u ả o ại bỏ nitơ (%)
HVTH: HỒ THANH HIỀN Trang 57
Hình 4.9 Nồng độ NO2-N và NO3-N dịng ra
Sự biến động NO3--N đầu ra
Nhìn chung NO3--N đâu ra khơng ổn định, tuy nhiên vẫn dể dàng nhận thấy nồng độ NO3- tăng dần theo thời gian, cùng với sự tăng tải trọng NH4+ bị loại bỏ. Điều này là phụ hợp với lý thuyết, vì theo lý thuyết, mỗi 1g NH4+ bị loại bỏ sẽ sinh ra 0,11g NO3-. Tuy nhiên, sự tăng nồng độ NO3- khơng theo nhƣ lý thuyết, đến cuối tải 0,4 kgN/m3.ngày, từ ngày 81 bắt đầu cĩ sự giảm nồng độ NO3-, đến đầu tải 0,6 kgN/m3.ngày bắt đầu cĩ sự tăng NO3- trở lại, nhƣng sự tăng này khơng cịn theo qui luật nhƣ lý thuyết, mà nồng độ NO3- tăng chậm hơn, điều này cĩ thể giải thích trong mơ hình SNAP bắt đầu cĩ sự khử NO3-. Vi khuẩn khử nitrat hồn tồn cĩ thể tồn tại trong mơ hình SNAP, vì vi sinh cho vào mơ hình khơng phải là vi sinh vật thuần chủng mà chúng đƣợc lấy từ bùn hiếu khí của bể phân hủy hiếu khí. Những vi khuẩn khử nitrat này là vi khuẩn tùy tiện, trong điều kiện cĩ oxi chúng sẽ sử dụng oxi là chất nhận điện tử, nhƣng trong điều kiện thiếu khí, chúng sẽ sử dụng NO3- là chất nhận điện tử. Những vi khuẩn này là vi khuẩn dị dƣỡng, chúng sử dụng nguồn cacbon hữu cơ, nguồn cacbon hữu cơ trong bể phản ứng SNAP đƣợc sinh ra từ quá trình chết đi của những vi khuẩn già nua cũng nhƣ vì những lý do khác và một lƣợng nhỏ chất hữu cơ đƣợc bổ sung vào (C8H5O4K). Nhƣng đến ngày thứ 81, sự khử NO3- mới bắt đầu đƣợc nhận thấy, bởi vì, đến giai đoạn này mới qui tụ đầy đủ những yếu tố để quá trình khử nitrat xảy ra:
HVTH: HỒ THANH HIỀN Trang 58 o Sinh khối tích lũy nhiều, các vi khuẩn khử nitrat lúc đầu nằm phía ngồi, nhƣng sau đĩ dần dần bị phủ lên một lớp vi khuẩn hiếu khí khác (chủ yếu là vi khuẩn AOB), các vi khuẩn khử nitrat này từ điều kiện hiếu khí chuyển sang thiếu khí, chúng bắt buộc phải sử dụng NO3- làm chất nhận điện tử (do sự ƣu tiên sử dụng oxi trong mơi trƣờng nếu cĩ cả oxi và NO3- nên lúc đầu chúng khơng sử dụng NO3-).
o Hàm lƣợng cacbon hƣu cơ đƣợc tạo ra nhiều hơn, đủ để cho vi khuẩn khử nitrat sử dụng để khử một lƣợng lớn NO3- mà ta cĩ thể nhận thấy cĩ sự khử NO3- trong bể phản ứng.
Theo thời gian vận hành lớp sinh khối ngày càng dày hơn, nghĩa là lớp sinh khối của vi khuẩn khử nitrat cũng dày hơn, đồng thời hàm lƣợng cacbon hữu cơ về sau cũng nhiều hơn, do đĩ hiệu quả khử nitrat ngày càng tăng. Cũng bởi lý do này mà mặt dù về sau, tải lƣợng NH4+ bị loại bỏ ngày càng tăng nhƣng nồng độ NO3- dịng ra tăng khá chậm và chỉ đạt 26,625 mg/l ở những ngày cuối cùng trong khi theo lý thuyết phải đạt 66,451 mg/lit ứng với sự loại bỏ 1,207 kgNH4+-N/m3.ngày. Sự biến động của nồng độ NO3—N dịng ra đƣợc thể hiện ở bảng 4.8 Bảng 4.8 Nồng độ NO3—N dịng ra STT Tải KgN/m3.ngày Nồng độ NO3--N cực tiểu (mg NO3--N /l) Nồng độ NO3--N cực đại (mg NO3--N /l) Trung bình (mg NO3--N /l) 1 0,2 1,454 9,423 5,278 ± 2,624 2 0,4 10,391 15,411 12,837 ± 1,707 3 0,6 12,131 16,688 14,925 ± 1,134 4 0,8 15,400 18,892 17,612 ± 1,073 5 1,0 14,601 20,766 18,859 ± 1,178 6 1,2 19,384 23,967 22,159 ± 1,514 7 1,4 22,368 26,943 25,735 ± 1,146
HVTH: HỒ THANH HIỀN Trang 59
Nồng độ NO2-N
Nhìn chung nồng độ NO2-N tăng dần theo thời gian. Tuy nhiên, nhìn vào đồ thị 4.9 ta thấy ở những ngày đầu, nồng NO2-N đầu ra cao, về sau, nồng độ giảm dần, rồi sau đĩ mới tăng trở lại. Điều đĩ cĩ thể giải thích là do nhƣng ngày đầu anammox chậm thích nghi hơn so với vi khuẩn AOB, vì vậy, NO2- sinh ra bởi vi khuẩn AOB khơng đƣợc tiêu thụ hết, nồng độ đầu ra cịn cao. Sau đĩ, khi anammox đã thật sự thích nghi thì bắt đầu tiêu thụ mạnh NO2-, làm cho nĩ giảm xuống. Theo thời gian, hoạt tính cũng nhƣ sinh khối anammox tăng lên, địi hỏi nồng độ NO2- trong bể cao hơn, chính vì vậy, sự tăng NO2- trong bể đã làm cho nồng NO2-
đầu ra tăng. Tuy nhiên, nồng độ NO2- trong bể vẫn khơng đủ cao để sinh ra nồng độ FNA gây ức chế cho vi khuẩn AOB trong bể. Đồng thời nhƣ đã nĩi ở 2.1.5 thì anammox bị ức chế khi NO2-N đạt 70 mg/l, tuy nhiên, nồng độ NO2-N dịng ra chỉ đạt 9mg/l. Ở nồng độ này, NO2-N hồn tồn khơng thể ức chế đƣợc vi khuẩn anammox. Nhƣ vậy, nồng độ NO2-N trong bể khơng đủ để ức chế vi khuẩn AOB và anammox.
Qua đồ thị 4.9 ta cũng thấy rõ ở một số tải nhƣ 0,6; 1; 1,4 kgN/m3.ngày, nồng độ NO2-N đơi khi cĩ sự biến động mạnh, tức là nồng độ NO2-N giảm xuống thấp sau đố đột ngột tăng mạnh, đĩ là do việc kiểm sốt DO trong bể đƣợc thiết lập thơng qua nồng độ NO2-N, nếu nồng độ NO2-N xuống thấp, tức là DO trong bể khơng đủ cĩ AOB chuyển hĩa NH4+ thành NO2-, lƣợng NO2- bị mất đi do vi khuẩn anammox sử dụng khơng đƣợc bổ sung từ AOB, chính vì vậy NO2- giảm dần, lúc này ta cần phải tăng DO trong bể, việc tăng DO trong bể đã làm nồng độ NO2-N tăng cao hơn nhiều so với ngày DO bị thiếu, chính vì vậy cĩ sự tăng đột ngột NO2-N trong bể ở một vài tải. Bảng 4.9 thể hiện nồng độ NO2-N trong bể qua các tải.
Bảng 4.9 Nồng độ NO2-N dịng ra STT Tải KgN/m3.ngày Trung bình (mg NO2-N /l) 1 0,2 2,156 ± 0,833 2 0,4 1,521 ± 0,542
HVTH: HỒ THANH HIỀN Trang 60 3 0,6 1,723 ± 0,408 4 0,8 3,177 ± 1,123 5 1,0 4,824 ± 1,980 6 1,2 6,724 ± 0,927 7 1,4 8,101 ± 1,180 4.2.4.2. Sự biến động Cl- dịng ra
Vì mơ hình chạy nƣớc thải giả, sử dụng NH4Cl là cơ chất nitơ. Vì vậy, khi tăng tải, nồng độ nitơ tăng đồng nghĩa với nồng độ Cl- trong bể cũng tăng. Mà Cl- cũng là một chất gây ức chế cho quá trình SNAP. Theo Pham Khắc Liệu thì Cl- ở nồng độ dƣới 10g/l sẽ khơng ảnh hƣởng đến vi khuẩn anammox, tuy nhiên, nĩ vẫn cĩ khả năng gây ức chế vi khuẩn AOB.
Hình 4.10 Nồng độ Cl-
Nồng độ Cl- đƣợc tăng từ 253,6 mgCl-/lit ở tải 0,2 kgN/m3.ngày đến 1521,4 mgCl-/lit ở tải 1,2 kgN/m3.ngày. Tuy nhiên, thơng qua hiệu quả xử lý nitơ của 7 tải, ta cĩ thể thấy, nồng độ Cl-
trong bể vẫn chƣa đủ để gây ức chế cho vi khuẩn AOB, ngày cả ở nồng độ 1803,4 mgCl-/l hiệu quả chuyển hĩa NH4+ và hiệu quả loại bỏ nitơ vẫn đạt ở mức cao, đạt tới trên 90% chuyển hĩa và 85% loại bỏ. Nhƣ vậy, nồng độ Cl- ở 1803,4 mgCl-/l vẫn chƣa cĩ khả năng ức chế đƣợc vi khuẩn AOB trong mơ hình SNAP, cũng nhƣ khơng ảnh hƣởng đến hiệu quả xử lý của mơ hình SNAP.
HVTH: HỒ THANH HIỀN Trang 61
4.3. Sinh khối bùn
4.3.1. Quan sát hình thái bùn
Sau thời gian vận hành, sinh khối bám càng nhiều trên bể và màu sắc bắt đầu cĩ sự thay đổi khá rõ. Bùn bám kín giá thể bắt đầu ở tải thứ 2 và phủ hồn tồn trên giá thể, khơng đê lộ màu trắng của giá thể ở tải thứ 3 (tải 0,6 kgN/m3.ngày) nhƣ ban đầu (tải 0,2 kgN/m3.ngày). Màu sắc của bùn bám trên giá thể cũng thay đổi rõ rệt, sự thay đổi thấy rõ bắt đầu từ tải 0,8 kgN/m3.ngày, màu nâu nhạt dần dần đƣợc chuyển sang màu nâu đỏ ở tải 1,0 kgN/m3.ngày và màu sắc này đƣợc giữ nguyên cho tới những tải cuối cùng. Điều này chứng tỏ vi khuẩn anammox phát triển trong hệ vi sinh bám trên giá thể ngày càng mạnh vì vi khuẩn anammox cĩ màu nâu đỏ. Bắt đầu từ tải 0,8 kgN/m3.ngày thì hiệu suất chuyển hĩa và xử lý NH4+ cũng khá cao trên 80% cho hiệu suất chuyển hĩa và trên 70% cho hiệu suất xử lý.
Tải 0,2 Tải 0,4 Tải 0,6
Tải 0,8 Tải 1,0 Tải 1,2 Tải 1,4
HVTH: HỒ THANH HIỀN Trang 62
Bùn trong giá thể và bùn lơ lửng
Hình bùn lơ lửng Hình bùn trên giá thể
Hình 4.12 Bùn trên giá thể và bùn lơ lửng
Bùn trong bể phản ứng chia làm 2 dạng, bùn bám trên giá thể và bùn lơ lửng nhƣ hình 4.12. Quan sát bằng mắt thƣờng cho ta thấy bùn bám trên giá thể liên kết với nhau chắc chẻ hơn, tạo thành những khối bùn lớn, và màu sắc thì cĩ màu nâu đỏ hơn so với bùn lơ lửng. Điều đĩ cho thấy mật độ anammox trong bùn lơ lửng thấp hơn nhiều so với mật độ sinh khối anammox trong bùn giá thể. Điều này cũng hồn tồn dể hiểu vì vi khuẩn anammox là vi khuẩn kị khí, vì vậy khi sống lơ lửng trong mơi trƣờng cĩ DO cao sẽ bị ức chết và khơng thể phát triển đƣợc, cịn trong giá thể, bùn anammox đƣợc bảo vệ, tránh sự ức chế của oxi nhờ những vi khuẩn AOB bám bên ngồi, vì vậy chúng cĩ điều kiện phát triển và tăng sinh khối.
HVTH: HỒ THANH HIỀN Trang 63
4.3.2. Sinh khối vi sinh vật
Sinh khối của vi sinh vật sẽ tăng theo thời gian vận hành. Hình cho thấy sinh khối của vi sinh trong bể tăng
Bể phản ứng 46 ngày 104 ngày
155 ngày 200 ngày 270 ngày
Hình 4.13 Sinh khối của bùn trong bể theo thời gian vận hành
Sau 270 ngày vận hành ( khơng tính thời gian chạy thích nghi) bùn đƣợc đem đi phân tích để xác định nồng độ sinh khối trong bể. Các thơng số của của đƣợc thể hiện qua bảng 4.10
Bảng 4.10 Đặc tính của bùn trong bể
SS VSS VSS/SS
Bùn khơng bám trên giá thể (g/l) 8,067 2,287 0,283
HVTH: HỒ THANH HIỀN Trang 64
Bùn khơng bám trên giá thể - Tính cho tồn bể (g)
48,4 13,721 0,283
Bùn bám trên giá thể (tính cho tồn bể) 96,567 80,851 0,837
Tồn bể (cho 6 lít) 144,967 94,572 0,652
Tính cho tồn bể (mg/l) 24,161 15,762 0,652
Thơng số bùn đƣợc tính tốn ở cuối tải 1,4 kgN/m3.ngày. Suốt thời gian vận hành đã rút 84g bùn lơ lửng thơng qua xả đáy.
Qua bảng số liệu 4.10 ta dể dàng nhận thấy đƣợc chủ yếu sinh khối đƣợc bám trên giá thể. Lƣợng SS của giá thể cao gấp 2 lần SS lơ lửng và VSS của giá thể cao gấp 5,891 lần VSS lơ lửng. Tỉ lệ VSS/SS của sinh khối bám trên giá thể cao hơn nhiều so với sinh khối lơ lửng. Sinh khối lơ lửng cĩ hàm lƣợng VSS rất thấp,VSS/SS chỉ cĩ 0,283, trong khi đĩ tỉ lệ này ở trên giá thể là 0,837. Điều đĩ cho thấy, quá trình loại bỏ Amoni trong nƣớc chủ yếu do vi khuẩn bám trên giá thể thực hiện. Và SS lơ lửng cĩ hàm lƣợng vi sinh rất thấp, chủ yếu là cặn, vì vậy việc rút bùn lơ lửng trong bể khi lƣợng bùn này quá nhiều khơng ảnh hƣởng nhiều đến hiểu quả xử lý mà cịn tạo điều kiện cho quá trình xử lý tốt hơn, vì nĩ sẽ tạo điều kiện đối lƣu dịng chảy trong bể tốt hơn, khơng gây ngẹt dịng trong bể.
Tổng lƣợng trong bể là 144,967gSS (hay 94,572gVSS), tính cho một lit thể tích bể là 24gSS/l (hay 15gVSS/l), so với lƣợng bùn cho vào (5gSS/l) thì nồng độ bùn trong bế ở cuối tải là khá cao. Sau 290 ngày vận hành (kể cả thời gian thích nghi) lƣợng bùn trong bể cao gấp 16 lần nồng độ bùn ban đầu. Điều đĩ cho thấy vi sinh vật đã phát triển khá tốt trong điều kiện thí nghiệm. Khi so sánh với kết quả thí nghiệm của tác giả Pham Khắc Liệu và Đào Vĩnh Lộc, lƣợng bùn bám trên giá thể cao hơn so với các tác giả. Cụ thể tác giả Phạm Khắc Liệu chỉ đạt 0,52gSS/g giá thể, tác giả Đào Vĩnh Lộc chỉ đạt 0,50gSS/g giá thể, với mơ hình thí nghiệm, lƣợng sinh khối bám trên giá thể là 1,047gSS/g giá thể. Khi so sánh SS trong bể phản ứng của mơ hình thí nghiệm và của tác giả Đào Vĩnh Lộc cũng cho thấy sinh khối của mơ hình cao hơn nhiều so với của tác giả, của mơ hình đạt 24gSS/l trong khi của tác giả Đào Vĩnh Lộc
HVTH: HỒ THANH HIỀN Trang 65
chỉ đạt 8,69gSS/l[1], điều này một lần nữa khẳng định cách bố trí vật liệu Biofix trong bể phù hợp hơn nhiều so với của tác giả, nĩ đã gĩp phần tạo nồng độ sinh khối trong bể cao hơn, từ đĩ tăng đƣợc hiệu quả xử lý. Tuy nhiên, so sánh này cũng chỉ mang tính tƣơng đối vì lƣợng bùn trên giá thể của 2 tác giả trên đƣợc tính cho tải 1,0 kgN/m3.ngày, trong khi đĩ lƣợng bùn trong thí nghiệm này đƣợc tính ở tải 1,4 kgN/m3.ngày (vì ở tải 1,0 kgN/m3.ngày khơng thể lấy giá thể ra cắt để làm thí nghiệm). Hiệu quả loại bỏ Amoni của bùn tƣơng đối cao. Hiệu quả tính tại ngày cuối cùng của quá trình thí nghiệm là 49,450 mgN/gSS.ngày hay 75,801mgN/gVSS.ngày.
HVTH: HỒ THANH HIỀN Trang 66
CHƢƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 1.Kết luận
Sau thời gian nghiên cứu về mơ hình SNAP để loại bỏ nƣớc thải nhận tạo với hàm lƣợng nitơ cao đƣa ra một số kết luận sau:
- Mơ hình đã đạt đƣợc hiệu quả xử lý nitơ ở 7 tải khác nhau với hiệu quả xử lý tƣơng đối cao. Hiệu quả chuyển hĩa và xử lý nitơ trung bình lần lƣợt là 43,217% và 35,094% ở tải 0,2 kgN/m3.ngày; 53,023% và 45,716% ở tải 0,4 kgN/m3.ngày; 59,716% và 53,800% ở tải 0,6 kgN/m3.ngày; 78,182% và 72,566% ở tải 0,8 kgN/m3.ngày; 79,244% và 74,3489% ở tải 1,0 kgN/m3.ngày; 79,656% và 74,045% ở tải 1,2 kgN/m3.ngày; 83,476% và 78,060% ở tải 1,4 kgN/m3.ngày.
- Mơ hình SNAP cĩ khả năng xử lý nƣớc thải cĩ hàm lƣợng nitơ cao và COD thấp.
- Vi khuẩn anammox cĩ thời gian thích nghi lâu hơn so với vi khuẩn AOB.
- Hiệu quả chuyển hĩa amoni và hiệu quả loại bỏ nitơ cĩ mối quan hệ với nhau. Để hiệu quả loại bỏ nitơ cao thì bắt buộc hiệu quả chuyển hĩa amoni phải cao. Nhƣng hiệu quả chuyển hĩa amoni cao khơng cĩ nghĩa là hiệu quả loải bỏ nitơ