Số liệu phân tích thu được được xử lý bằng phần mềm Excel sau đó xuất ra các biểu đồ, đồ thị minh họa.
CHƯƠNG 3
KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 3.1. Thực nghiệm
3.1.1. Đối tượng nước thải trong nghiên cứu
Nước thải chăn nuôi lợn lấy tại bể Biogas của trung tâm nghiên cứu lợn Thụy Phương thuộc Viện chăn nuôi (Cổ Nhuế, Hà Nội). Trung tâm nghiên cứu lợn Thụy Phương nuôi có khoảng 2500 con lợn giống, rửa chuồng 2 lần/ngày, vào mùa hè rửa 3 lần/ngày. Lượng nước dùng khoảng 150 – 200 m3/ngày. Nước thải chăn nuôi lợn có chứa chất hữu cơ cao, hàm lượng amoni cao và chất rắn lơ lửng tương đối cao. Đặc trưng của nước thải trong nghiên cứu được thể hiện trong bảng 4.1:
Bảng 3.1. Đặc trưng nước thải chăn nuôi lợn
STT Thông số Đơn vị Hàm lượng
1 pH - 6.5 – 8.5 2 COD mg/l 400 – 2000 3 N-NH4+ mg/l 250 – 450 4 N-NO3- mg/l 0 – 2 5 Tổng N mg/l 300 – 500 6 Tổng P mg/l 4 – 6
3.1.2. Mô hình thiết bị thí nghiệm
NT NT NT NT NT NT I P1 B1 II III
Chú thích:
I – Xô nhựa chứa nước thải đầu vào có chia vạch định mức P1 – Máy bơm nước thải đầu vào
B1 – Máy bơm cấp khí II – Bể phản ứng
III – Xô nhựa chứa nước thải đầu ra
Chi tiết hệ thiết bị thí nghiệm được thể hiện trong bảng 4.2:
Bảng 3.2. Chi tiết thiết bị thí nghiệm
TT Thiết bị Số lượng
1. Bể lọc sinh học ngập nước 01 1. 2 Xô nhựa chứa nước thải đầu vào và đầu ra 02 2. 3 Bộ điều khiển bằng điện (đồng hồ…) 01 3. 4 Máy bơm nước thải vào 01 4. 5 Máy bơm khí 01 5. 6 Đầu đo DO 01
3.2. Các chế độ thí nghiệm
Nghiên cứu thực hiện các chế độ thí nghiệm của phương pháp lọc sinh học ngập nước theo phương thức sục khí gián đoạn.
+ Chế độ 1: Chế độ sục khí - ngừng sục khí 60/90 phút, thời gian lưu 2 ngày. + Chế độ 2: Chế độ sục khí - ngừng sục khí 90/90 phút, thời gian lưu 2 ngày. + Chế độ 3: Chế độ sục khí - ngừng sục khí 110/70 phút, thời gian lưu 2 ngày.
3.3. Ảnh hưởng của chu kỳ sục khí – ngừng sục khí đến hiệu quả xử lý COD, N COD, N
3.3.1. Hiệu quả xử lý COD
Hiệu quả xử lý COD tại các chế độ thí nghiệm khác nhau được thể hiện trên hình 3.3.
Hình 3.3: Ảnh hưởng của chế độ sục khí – ngừng sục khí đến hiệu suất xử lý COD
Các kết quả thí nghiệm thu được ở hình 3.1 cho thấy:
- Tại chế độ thí nghiệm 1, chu kỳ sục khí – ngừng sục khí là 60 phút/90 phút, nồng độ COD đầu vào dao động trong khoảng 1200 – 1600 mg/l. Nồng độ đầu ra dao động trong khoảng 200 – 300 mg/l, hiệu suất xử lý COD đạt khoảng 79% – 84%.
- Tại chế độ thí nghiệm 2, chu kỳ sục khí – ngừng sục khí là 90 phút/90 phút, nồng độ COD đầu vào dao động trong khoảng 1000 – 1500 mg/l. Nồng độ COD đầu ra dao động khoảng 200 mg/l, hiệu suất xử lý đạt trên 80%.
- Tại chế độ thí nghiệm 3, chu kỳ sục khí – ngừng sục khí là 110 phút/70 phút, với nồng độ COD đầu vào khoảng 1300 – 1600 mg/l thì hiệu suất cao hơn đạt trên 85%, nồng độ đầu ra tương đối ổn định trong khoảng 200 mg/l.
Như vậy, chế độ sục khí không ảnh hưởng nhiều đến hiệu suất xử lý COD. Ở cả 3 chế độ đều cho hiệu suất xử lý đạt trên 80%. Nồng độ đầu ra hầu hết trong khoảng 200 mg/l. Tuy nhiên chế độ 3 vẫn cho kết quả ổn định hơn cả.
3.3.2. Hiệu quả xử lý Nitơ
Hiệu quả xử lý N-NH4+
Ảnh hưởng của chu kỳ sục khí – ngừng sục khí đến hiệu suất xử lý NH4+ được thể hiện trong hình 3.4.
Hình 3.4: Ảnh hưởng của chế độ sục khí – ngừng sục khí đến hiệu suất xử lý NH4+
Kết quả chỉ ra ở hình 3.4 cho thấy:
- Chế độ 1, hiệu suất xử lý amoni đạt khoảng 85 – 90%, nồng độ amoni đầu ra cao hơn so với chế độ 2 và chế độ 3 dao động trong khoảng 10 – 40 mg/l. Nguyên nhân là do thời gian sục khí ngắn hơn nên hiệu suất xử lý amoni thấp hơn 2 chế độ còn lại.
- Tại chế độ 2 và chế độ 3, hiệu quả xử lý tương đối cao trên 90%. Nồng độ NH4+ ra < 20 mg/l.
Như vậy có thể nhận thấy thời sục khí ở chế độ thí nghiệm 2 và chế độ thí nghiệm 3 là tương đối phù hợp để thực hiện quá trình nitrat hóa, hiệu suất xử lý amoni đều tốt, đạt trên 90%.
Sự chuyển hóa NO2-
Ảnh hưởng của chế độ sục khí - ngừng sục khí đến sự chuyển hóa NO2-
Hình 3.5: Ảnh hưởng của chế độ sục khí – ngừng sục khí
đến sự chuyển hóa NO2-
Tại chế độ 1 thì nồng độ NO2- đầu ra rất cao, dao động trong khoảng 40 – 100 mg/l, nguyên nhân là do thời gian sục ngắn và thời gian ngừng sục lâu . Ở chế độ 2, nồng độ NO2- ra có giảm hơn so với chế độ 1 nhưng vẫn cao hơn so với chế độ 3 do tăng thời gian sục khí nhưng vẫn để thời gian ngừng sục lâu. Việc tăng thời gian sục khí lên 110 phút và giảm thời gian ngừng sục khí xuống còn 70 phút làm cho nồng độ NO2- trong nước đầu ra là thấp nhất trong ba chế độ thí nghiệm, khoảng 20 – 60 mg/l.
Sự chuyển hóa NO3-
Ảnh hưởng của chế độ sục khí – ngừng sục khí đến sự chuyển hóa NO3- được thể hiện ở hình 3.6.
Hình 3.6: Ảnh hưởng của chế độ sục khí – ngừng sục khí
đến sự chuyển hóa NO3-
Chế độ sục khí – ngừng sục khí ảnh hưởng rõ rệt đến sự chuyển hóa nitrat và nitrit trong hệ. Thời gian ngừng sục khí ở chế độ 1 và chế độ 2 dài hơn nên khả năng khử nitrat tốt hơn chế độ 3 có thời gian ngừng sục khí ngắn nên quá trình khử nitrat không đủ để thực hiện hết, vì thế tại chế độ 3 NO3-
đầu ra là cao nhất hầu hết đều > 30 mg/l.
Hiệu quả xử lý T-N
Ảnh hưởng của chế độ sục khí – ngừng sục khí đến hiệu quả xử lý tổng nitơ đươc thể hiện ở hình 3.7.
Hình 3.7: Ảnh hưởng của chế độ sục khí – ngừng sục khí đến hiệu quả xử lý T - N
Xử lý T - N là mục đích chính của đề tài này, lượng N đầu vào của nước thải sau Biogas rất cao thường khoảng 350 mg/l có những ngày có thể lên tới 450 – 500 mg/l. Thời gian sục khí – ngừng sục khí ảnh hưởng rất lớn đến hiệu suất loại bỏ N. Qua đồ thị trên ta thấy, ở chế độ 1 thì hiệu suất của hệ thống chỉ đạt khoảng 60%, nồng độ tổng N đầu ra còn cao khoảng 150 mg/l. Tới chế độ 2 thì hiệu suất xử lý T - N đã đạt tới khoảng 65 - 70% và sang chế độ 3 thì hiệu suất xử lý T - N đã đạt tới khoảng trên 70%, nồng độ T - N đầu ra dưới 150 mg/l. Như vậy có thể nhận thấy, tỷ lệ thời gian sục khí – ngừng sục khí ở chế độ 3 là đạt hiệu quả xử lý nitơ cao nhất.
3.4. Ảnh hưởng của tỷ lệ C/N đến hiệu quả xử lý COD, N
3.4.1. Hiệu quả xử lý COD
Ảnh hưởng của tỷ lệ C/N đến hiệu quả xử lý tổng nitơ đươc thể hiện ở hình 3.8.
Hình 3.8: Ảnh hưởng của tỷ lệ C/N đến hiệu quả xử lý COD
Các kết quả thí nghiệm thu được ở hình 3.8 cho thấy:
Đối với tỷ lệ C/N trong khoảng 1 – 3, hiệu suất xử lý COD đạt 75 – 85%. Khi tăng tỷ lệ C/N trong khoảng 3 – 4,5, hiệu suất xử lý COD tương đối ổn định và đạt khoảng trên 85%. Tỷ lệ C/N trong khoảng 4,5 – 6, hiệu suất COD đạt 85%.
Như vậy, tỷ lệ C/N không ảnh hưởng đến hiệu suất xử lý COD.
3.4.2. Hiệu quả xử lý T – N
Ảnh hưởng của tỷ lệ C/N đến hiệu quả xử lý tổng nitơ đươc thể hiện ở hình 3.9.
Hình 3.9: Ảnh hưởng của tỷ lệ C/N đến hiệu quả xử lý T – N
Các kết quả thí nghiệm thu được ở hình 3.9 cho thấy:
Đối với tỷ lệ C/N trong khoảng 1 – 2, hiệu suất xử lý T – N đạt khoảng 28 – 50%. Khi tăng tỷ lệ C/N trong khoảng 2 – 3, hiệu suất xử lý T – N đạt khoảng 55 – 65%. Tỷ lệ C/N trong khoảng 3 –6, hiệu suất COD tương đối ổn định và đạt rất cao trong khoảng 70 – 80%.
Như vậy, qua kết quả trên có thể nhận thấy rằng tỷ lệ C/N có ảnh hưởng rất lớn đến hiệu suất xử lý T – N và với tỷ lệ C/N ≥ 3 sẽ cho hiệu suất xử lý T – N ổn định và rất cao. Tìm ra tỷ lệ C/N thích hợp để có thể đạt được hiệu quả xử lý nitơ trong nước thải tối ưu nhất.
KẾT LUẬN
Ảnh hưởng của chế độ sục khí tới hiệu quả xử lý COD, T-N
Chế độ sục khí không ảnh hưởng nhiều đến hiệu quả xử lý COD. Hiệu quả xử lý COD ở cả 3 chế độ sục khí đạt trong khoảng 80 – 85% và khá ổn định. COD đầu ra hầu hết dao động khoảng 200 mg/l.
Hiệu quả xử lý amoni ở cả 3 chế độ thí nghiệm đều cao, hầu hết đều > 95%. Tuy nhiên, ở chế độ thí nghiệm 2 và 3 hiệu suất xử lý amoni tương đối ổn định, chứng tỏ rằng thời gian sục khí là tương đối phù hợp, đủ thời gian để thực hiện quá trình oxy hóa amoni.
Hiệu suất loại bỏ N ở chế độ 1 chỉ đạt khoảng 60%, chế độ 2 thời gian hiếu khí được tăng lên và hiệu suất loại bỏ N đạt cao hơn khoảng 65%. Hiệu suất xử lý N đạt cao nhất ở chế độ 3 đạt khoảng 75%. T - N đầu ra khoảng 150 mg/l, có khi xuống dưới 80 mg/l.
Nhận thấy chế độ sục khí – ngừng sục khí là 110 phút/70 phút cho hiệu quả xử lý COD, T - N cao và ổn định nhất.
Ảnh hưởng của chế độ sục khí tới hiệu quả xử lý COD, T-N
Tỷ lệ C/N không ảnh hưởng đến hiệu suất xử lý COD nhưng có ảnh hưởng rất lớn đến hiệu suất xử lý T – N và với tỷ lệ C/N ≥ 3 sẽ cho hiệu suất xử lý T – N ổn định và rất cao.
TÀI LIỆU THAM KHẢO A. TÀI LIỆU TIẾNG VIỆT
1. Nguyễn Thị Thu Thủy, 2006, Xử lý nước cấp sinh hoạt và công nghiệp, Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật.
2. PGS. TS. Lương Đức Phẩm, Công nghệ xử lý nước thải bằng biện pháp sinh học, Nhà xuất bản giáo dục.
3. PGS. TS. Trịnh Lê Hùng, Kỹ thuật xử lý nước thải, Nhà xuất bản giáo dục.
4. Trần Văn Nhân – Ngô Thị Nga, Giáo trình công nghệ xử lý nước thải, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật. [4]
5. Trần Hiếu Nhuệ, Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học. NXB Đại học Xây Dựng. Hà Nội. 1990.
6. Tạp chí Khoa Học và Công Nghệ, Viện Khoa Học và Công Nghệ Việt Nam, Tập 46 – số 6A, 2008.
7. Nguyễn Văn Khôi, Cao Thế Hà (2000), Nghiên cứu xử lý Nitơ – Amoni trong nước ngầm Hà Nội, đề tài cấp TP 01C-09-2000-2.
8. Nguyễn Thế Côi, 2006, Vincient pophyre, Thâm canh chăn nuôi lợn, quản lý chất thải và bảo vệ môi trường, ấn phẩm của prise.
9. Đỗ Văn Mạnh (2005). Nghiên cứu xử lý amoni trong nước cấp bằng phương pháp lọc sinh học ngập nước, Luận văn cao học, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội.
10. Viện Chăn nuôi (2006). Điều tra đánh giá hiện trạng MT trại chăn nuôi lợn.[10]
B. TÀI LIỆU TIẾNG ANH
11. Dr. C.M. William, Alternative natural technologies sequencing batch reactor performance verification.
12. Amir Hossein Mahvi, A.R. Mesdaghinia and Farhan Karakani, (2004),
Feasibility of continuous Flow sequencing Batch Reactor in domestic wastewater treatment, American Journal of Applied Science.
13. Lawrence K. Wang - Nazih K. Shammas - Norman C. Pereira, (2009),
Advanced Biological Treatment Processes.
14. Ronakd F. Poltak, (9/2005), Sequencing Batch Reactor desing and operational consideration.
15. Abeling, U. and Seyfried, C.F.(1992). Anaerobic-aerobic treatment of high-strength ammonium wastewater : nitrogen removal via nitrite.