3.2.1. Khảo sát ảnh hưởng của pH tới hiệu quả xử lý COD và NH4+-N
Điều kiện thí nghiệm
Nƣớc thải đầu vào: CODđầu vào = 7864 mg/l; NH4 +
-Nđầu vào = 480 mg/l. Khoảng thời gian và tốc độ phản ứng đƣợc thực hiện nhƣ trong quá trình keo tụ thông thƣờng tức gồm hai quá trình khuấy trộn nhanh ở tốc độ 200-300 vòng/phút trong 30-40s và quá trình khuấy trộn chậm ở tốc độ 50 vòng/phút trong 3-5 phút. Tỉ lệ mol phân tử Mg2+:NH4
+
:PO4 3-
= 0,6:1:1.Các giá trị pH khảo sát từ 5,5 đến 11,5.
Kết quả nghiên cứu được thể hiện trên đồ thị hình 3.4 sau:
Hình 3.4. Ảnh hƣởng của pH đến hiệu quả xử lí COD và NH4+-N của quá trình kết tủa MAP sử dụng hỗn hợp hóa chất MgCl2.6H2O và K2HPO4.3H2O
pH là một trong những yếu tố ảnh hƣởng quyết định đến quá trình tạo kết tủa MAP. Trong rất nhiều trƣờng hợp, một sự thay đổi nhỏ của pH cũng gây ra những biến động rất lớn đến quá trình phản ứng. Điển hình trong thí nghiệm lần này, khi pH tăng từ 5,5 đến 8 thì hiệu quả xử lí tăng chậm nhƣng khi pH đạt pH = 10 thì ngay lập tức hiệu quả xử lí đã tăng nhanh chóng và đạt cực đại là 56%. Khi pH tiếp
Lớp KTMT 2012B 46 Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường
tục tăng thì hiệu quả xử lí cũng không tăng nữa, điều này đƣợc lí giải tƣơng tự trong trƣờng hợp khảo sát pH đối với cặp hóa chất MgSO4.7H2O và Na3PO4.12H2O. Cũng tƣơng tự nhƣ vậy đối với hiệu quả xử lí COD.
3.2.2. Khảo sát ảnh hưởng của sự thay đổi tỉ lệ phân tử Mg2+:NH4+: PO43- tới hiệu quả xử lí COD và NH4+-N
Ảnh hƣởng của tỉ lệ Mg2+
:NH4+:PO43- đến khả năng loại bỏ ammoni và COD đã đƣợc nghiên cứu ở các tỉ lệ khác nhau. Trong thí nghiệm lần này ta tiến hành thay đổi nồng độ của của một trong hai ion Mg2+
và PO4 3-
và giữ nguyên nồng độ ion còn lại so với NH4
+
theo tỉ lệ mol là 1:1.
a. Ảnh hưởng của việc thay đổi nồng độ ion Mg2+ tới hiệu quả xử lí
Điều kiện thí nghiệm
Nƣớc thải đầu vào: CODđầu vào = 7960 mg/l; NH4 +
-Nđầu vào = 492 mg/l. Khoảng thời gian và tốc độ phản ứng đƣợc thực hiện nhƣ trong quá trình keo tụ thông thƣờng tức gồm hai quá trình khuấy trộn nhanh ở tốc độ 200-300 vòng/phút trong 30-40s và quá trình khuấy trộn chậm ở tốc độ 50 vòng/phút trong 3-5 phút. pH thí nghiệm tại pH = 10. Tỉ lệ mol phân tử khảo sát tƣơng ứng Mg2+:NH4
+
:PO4 3-
= (0.3– 2):1:1.
Kết quả nghiên cứu được thể hiện trên đồ thị hình 3.5 sau:
Hình 3.5. Ảnh hƣởng của việc thay đổi nồng độ ion Mg2+ tới hiệu quả xử lí NH4+-N và COD khi sử dụng hỗn hợp hóa chất MgCl2.6H2O và K2HPO4.3H2O
Lớp KTMT 2012B 47 Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường
Từ đồ thị hình 3.5 nhận thấy, khi tăng nồng độ ion Mg2+ thì hiệu quả xử lí ammoni và COD đều tăng và đạt hiệu quả cao nhất tại tỉ lệ Mg2+
:NH4+:PO43- = 1:1:1 với hiệu quả xử lí ammoni đạt 62%. Đối với ammoni, hiệu quả xử lí tăng khi tăng nồng độ ion Mg2+ đến tỉ lệ Mg2+:NH4 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
+
:PO4 3-
= 1:1:1 do tăng động lực quá trình làm tăng phản ứng tạo kết tủa, từ đó làm tăng hiệu quả xử lí. Vƣợt qua tỉ lệ trên thì hiệu quả xử lí ammoni gần nhƣ có xu hƣớng giảm nhẹ, điều này có thể lí giải do sự hình thành của các loại kết tủa khác ở tỉ lệ phân tử cao hơn. Hiệu quả xử lí COD cũng có xu hƣớng tăng theo hiệu quả xử lí ammoni. Trong khi, kể từ tỉ lệ phân tử Mg2+:NH4
+
: PO4 3-
= 1:1:1 thì hiệu quả xử lí ammoni không tăng và hầu nhƣ không đổi thì hiệu quả xử lí COD tiếp tục tăng nhẹ, có thể lí giải điều này khi nồng độ ion Mg2+ cao và vƣợt quá yêu cầu theo phƣơng trình phản ứng thì lƣợng ion Mg2+ dƣ sẽ đóng vai trò nhƣ một chất keo tụ phụ trong quá trình, kèm theo sự hấp phụ của các hạt kết tủa struvite tạo thành sẽ làm giảm COD trong dung dịch.
b. Ảnh hưởng của việc thay đổi nồng độ ion PO43- tới hiệu quả xử lí
Điều kiện thí nghiệm
Nƣớc thải đầu vào: CODđầu vào = 7961 mg/l; NH4 +
-Nđầu vào = 492 mg/l. Khoảng thời gian và tốc độ phản ứng đƣợc thực hiện nhƣ trong quá trình keo tụ thông thƣờng tức gồm hai quá trình khuấy trộn nhanh ở tốc độ 200-300 vòng/phút trong 30-40s và quá trình khuấy trộn chậm ở tốc độ 50 vòng/phút trong 3-5 phút. pH thí nghiệm tại pH = 10. Tỉ lệ mol phân tử khảo sát tƣơng ứng Mg2+:NH4
+
:PO4 3-
= 1:1:(0,3-2).
Lớp KTMT 2012B 48 Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường
Hình 3.6. Ảnh hƣởng của việc thay đổi nồng độ ion PO43- tới hiệu quả xử lí NH4+-N và COD khi sử dụng hỗn hợp hóa chất MgCl2.6H2O và K2HPO4.3H2O
Cũng tƣơng tự nhƣ đối với khảo sát sự ảnh hƣởng của nồng độ Mg2+
, từ đồ thị hình 4.6 ta thấy khi tăng nồng độ của ion PO43- thì hiệu quả xử lí ammoni cũng tăng và đạt cực đại 65% tại tỉ lệ Mg2+
:NH4 +
:PO4 3-
= 1:1:1. Khi tiếp tục tăng nồng độ ion PO4
3-
thì hiệu suất loại bỏ cũng không tăng nữa. Lí giải cho điều này là việc tăng nồng độ ion PO43- cũng làm tăng động lực quá trình của quá trình kết tủa, thúc đẩy phản ứng kết tủa xảy ra và khi phản ứng kết tủa đạt đến trạng thái cực đại hoặc bão hòa thì dù có tăng nồng độ ion PO4
3-
thì hiệu quả quá trình cũng không tăng nữa. Với hiệu quả xử lí COD cũng có cùng xu hƣớng tăng với hiệu quả xử lí ammoni và cũng đạt ổn định tại tỉ lệ Mg2+
:NH4+:PO43- = 1:1:1, dù có tiếp tục tăng nồng độ ion PO43- thì hiệu quả khử COD cũng không tăng nữa.
Qua các kết quả nghiên cứu thu đƣợc cho phép so sánh hiệu quả xử lí của hai hỗn hợp hóa chất nhƣ sau: Hỗn hợp hóa chất MgSO4.7H2O và Na3PO4.12H2O MgCl2.6H2O và K2HPO4.3H2O pH tối ƣu 9 10 Tỉ lệ Mg2+:NH4 + :PO4 3- tối ƣu 1.1:1:1.1 1:1:1 Hiệu quả xử lí NH4 + -N 78% 65%
Lớp KTMT 2012B 49 Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường
Nhƣ vậy, ta có thể thấy khi sử dụng hỗn hợp MgSO4.7H2O và Na3PO4.12H2O sẽ cho nhiều ƣu điểm hơn so với hỗn hợp MgCl2.6H2O và K2HPO4.3H2O về hiệu quả xử lí COD, NH4
+
-N cao hơn và pH thấp hơn mặc dù sử dụng tỉ lệ Mg2+:NH4 + (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
:PO4 3-
cao hơn nhƣng lƣợng này là không đáng kể.
3.3. Khảo sát ảnh hƣởng của các yếu tố khác đến quá trình kết tủa MAP
Sau khi xác định đƣợc cặp hóa chất (MgSO4.7H2O và Na3PO4.12H2O) cho hiệu quả cao nhất cùng các điều kiện pH và tỉ lệ phân tử tối ƣu, ta tiến hành khảo sát thời gian khuấy trộn và tốc độ khuấy trộn tối ƣu cho cặp hóa chất này.
3.3.1. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian khuấy trộn đến quá trình kết tủa
Điều kiện thí nghiệm
Nƣớc thải đầu vào: CODđầu vào = 9126 mg/l; NH4 +
-Nđầu vào = 492 mg/l. pH thí nghiệm tại pH = 9. Tỉ lệ mol phân tử thí nghiệm tƣơng ứng Mg2+:NH4
+
:PO4 3-
= 1,1:1:1,1. Tốc độ khuấy trộn tại 150 vòng/phút. Thời gian khuấy trộn khảo sát trong khoảng từ 3-60 phút.
Kết quả nghiên cứu được thể hiện trên đồ thị hình 3.7 sau:
Hình 3.7. Ảnh hƣởng của thời gian khuấy trộn tới hiệu quả xử lí NH4+-N và COD
Từ đồ thị hình 3.7 ta thấy, với hiệu quả khử ammoni hiệu suất phản ứng nhanh chóng đạt hiệu quả cao nhất tại thời gian t =10 phút là gần 80%. Sau thời gian trên, cân bằng phản ứng đƣợc thiết lập và hiệu suất xử lí gần nhƣ không đổi trong các thời gian tiếp theo. Hiệu suất loại bỏ ammoni đạt hiệu quả cao ngoài việc do tăng thời gian tiếp xúc giữa các thành phần tạo kết tủa còn là việc tăng thời gian hóa khí của ammoni trong môi trƣờng kiềm.Do đó mà hiệu quả xử lí đạt rất cao.
Lớp KTMT 2012B 50 Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường
Với hiệu quả xử lí COD, hiệu suất khử COD cũng có cùng xu hƣớng với hiệu quả xử lí ammoni và với thời gian 10 phút hiệu suất đạt gần 20% và sẽ đạt hiệu quả cao nhất tại 30 phút là trên 30%. Sau thời gian trên, hiệu suất khử COD gần nhƣ ổn định. Điều này có thể lí giải do khi các hạt kết tủa tạo thành và dần dần ổn định thì việc duy trì thời gian tiếp xúc lâu hơn với tốc độ khuấy trộn sẽ làm tăng khả năng hấp phụ của các hạt kết tủa đối với các chất hữu cơ có trong nƣớc thải.
Kết hợp lại để hiệu quả xử lý COD và NH4+-N đều đạt cao là ở thời gian 30 phút. Nhƣng mục tiêu chính của nghiên cứu xử lý sơ bộ là đuổi tách NH4+
-N còn COD có thể loại ở khâu xử lý sinh học. Vì vậy ở đây chọn thời gian phản ứng tối ƣu là 10 phút.
3.3.2. Khảo sát ảnh hưởng của tốc độ khuấy trộn đến quá trình kết tủa
Tốc độ khuấy trộn liên quan trực tiếp đến vấn đề năng lƣợng tiêu tốn cho quá trình và khả năng tạo độ xáo động cũng là tăng sự tiếp xúc giữa các thành phần trong phản ứng kết tủa nên việc khảo sát là rất cần thiết.
Điều kiện thí nghiệm
Nƣớc thải đầu vào: CODđầu vào = 9320 mg/l; NH4 +
-Nđầu vào = 495 mg/l. pH thí nghiệm tại pH = 9. Tỉ lệ mol phân tử thí nghiệm tƣơng ứng Mg2+:NH4
+
:PO4 3-
= 1.1:1:1.1. Thời gian khuấy trộn tại t = 10 phút và tốc độ khuấy trộn khảo sát trong khoảng từ 10 - 300 vòng/phút.
Kết quả nghiên cứu được thể hiện trên đồ thị hình 3.8 sau:
Hình 3.8. Ảnh hƣởng của tốc độ khuấy trộn tới hiệu quả xử lí NH4+-N và COD
Từ kết quả thể hiện trên đồ thị hình 3.8 cho thấy, với việc tách amoni, tại thời gian khuấy trộn là 10 phút, hiệu quả xử lí sẽ tăng khi tăng dần tốc độ khuấy và tại
Lớp KTMT 2012B 51 Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
tốc độ khuấy 200 vòng/phút thì hiệu suất khử NH4 +
-N đã đạt 84%. Khi tiếp tục tăng tốc độ khuấy thì hiệu quả xử lí vẫn tiếp tục tăng nhƣng tăng không đáng kể. Lí giải cho điều này, khi tăng tốc độ khuấy nghĩa là tăng cƣờng quá trình đảo trộn trong dung dịch, làm tăng khả năng di chuyển vật chất vào bề mặt kết tủa MAP, làm tăng hiệu quả tách NH4
+
- N và COD. Tuy nhiên, khi tốc độ khuấy quá lớn sẽ lại làm tan trở lại một phần kết tủa, điều đó làm tốc độ kết tủa và hòa tan gần cân bằng nhau, dẫn tới hiệu quả xử lí sẽ tăng không nhiều nữa. Đối với hiệu suất khử COD, nhìn chung khi tăng tốc độ khuấy thì hiệu quả xử lí có xu hƣớng tăng dần và đạt cực đại tại tốc độ khuấy 100 vòng/phút. Khi tăng tốc độ khuấy lên đến 200 vòng/phút thì hiệu quả gần nhƣ không đổi. Tại tốc độ khuấy 250 vòng/phút còn có xu hƣớng giảm nhẹ. Điều này có thể đƣợc giải thích khi tốc độ khuấy tăng lên quá cao tức năng lƣợng cấp vào lớn dẫn tới phá vỡ liên kết giữa các chất hữu cơ với bề mặt kết tủa do đó làm giảm hiêu quả quá trình tách COD. Vì vậy cân bằng giữa bài toán xử lí và bài toán kinh tế thì ta sẽ chọn tốc độ khuấy tối ƣu là 200 vòng/phút.
3.4. Nghiên cứu xử lý yếm khí nƣớc thải chế biến cao su
3.4.1. Quá trình hoạt hóa bùn yếm khí và khởi động hệ thống Pilot thí nghiệm
- Bùn yếm khí đƣợc lấy từ bể xử lý yếm khí của hệ thống xử lý nƣớc thải đang hoạt động tại công ty đem về phòng thí nghiệm.
- Bùn sau đó đƣợc loại bỏ bớt các hạt rắn vô cơ, phối trộn thêm với một lƣợng nhỏ vi khuẩn đã đƣợc phân lập, tuyển chọn trong thí nghiệm trƣớc đó trƣớc khi đƣa vào hệ thống Pilot thí nghiệm. Hàm lƣợng VSS trong bùn đƣợc phân tích theo phƣơng pháp phân tích khối lƣợng APHA 2005 là 50000 mg/L.
- Sau khoảng 2 ngày bùn đƣợc nạp vào hệ thống, nƣớc thải đƣợc đƣa vào hệ thống. Ở thời điểm ban đầu vận hành hệ thống, lƣu lƣợng nƣớc thải đƣợc đƣa vào với lƣu lƣợng 4 ml/phút nhờ 01 bơm định lƣợng. COD trong nƣớc thải ở thời điểm khởi động hệ thống là 2000 mg/L.
- Nƣớc thải sử dụng trong quá trình nghiên cứu là nƣớc thải sau quá trình xử lý bậc 1 bằng phƣơng pháp kết tủa MAP có bổ sung thêm các nguyên tố đa lƣợng và vi lƣợng để kích thích quá trình sinh trƣởng của các vi sinh vật trong bùn. Thời gian đầu nƣớc thải đƣợc điều chỉnh pH = 7.
Lớp KTMT 2012B 52 Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường
- Nhiệt độ đƣợc duy trì ổn định trong thiết bị ở khoảng nhiệt độ tối ƣu cho quá trình xử lý yếm khí có thu Biogas là từ 35oC - 37 oC.
- Trong khoảng 2 tuần đầu sau khi khởi động hệ thống, lƣợng Biogas tạo thành rất ít. Hình 3.9 là các hình ảnh quan sát dƣới kính hiển vi các hạt bùn yếm khí trong giai đoạn khởi động hệ thống. Có thể nhận thấy các hạt bùn thƣờng có hình dạng là hình tròn hoặc bầu dục, với kích thƣớc của đƣờng kính dao động từ 0,2 – 2mm, trung bình là 1,5mm (có một số hạt có kích thƣớc cực đại khoảng 3 – 4 mm). Dựa trên quan sát hình dạng của một số vi khuẩn có trong bùn, có thể nhận thấy có nhiều chủng vi khuẩn yếm khí khác nhau, cả cầu khuẩn và trực khuẩn.
Hình 3.9. Các hạt bùn yếm khí trong giai đoạn khởi động hệ thống
3.4.2. Ảnh hưởng của pH dòng vào
Để nghiên cứu ảnh hƣởng của pH dòng vào tới hiệu quả xử lý của thiết bị, nƣớc thải đầu vào đƣợc điều chỉnh pH thay đổi từ 5,5 – 8,5. Nƣớc thải đƣợc bơm
Lớp KTMT 2012B 53 Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường
vào trong thiết bị với lƣu lƣợng ổn định là 8ml/phút nhờ 1 bơm định lƣợng, tƣơng ứng với thời gian lƣu của nƣớc thải trong thiết bị là 3 ngày.
Trong nghiên cứu này, nƣớc thải đầu vào đƣợc chuẩn bị với COD dao động trong khoảng 3000 – 4000 mg/l. Nƣớc thải đầu vào cũng đƣợc bổ sung vi lƣợng với tỷ lệ thích hợp 1ml vi lƣợng/1g COD nƣớc thải đầu vào.
Lƣợng khí Biogas thu đƣợc ở thời điểm ban đầu khi mới vận hành thiết bị rất thấp, khi phân tích, CO2 chiếm trên 25%. Sau 2-3 tuần khi thiết bị hoạt động ổn định, lƣợng khí Biogas thu đƣợc tăng lên đáng kể và khi phân tích hàm lƣợng khí CO2 giảm, hàm lƣợng CH4 tăng, khi đốt cho ngọn lửa màu xanh. Trong Biogas thành phần chủ yếu là CO2 và CH4 nên chỉ cần phân tích CO2 rồi suy ra CH4. Hình 3.10 thể hiện mối quan hệ giữa pH của nƣớc thải dòng vào tới hiệu quả xử lý và hiệu quả khí hóa của thiết bị.
Hình 3.10. Ảnh hƣởng của pH dòng vào tới hiệu quả xử lý và hiệu quả khí hóa
Từ hình 3.10 Có thể nhận thấy khi pH tăng, hiệu quả xử lý cũng nhƣ hiệu quả khí hóa tăng. Trong khoảng pHopt = 7- 7,5, cho hiệu quả xử lý và hiệu suất thu Biogas (hiệu quả khí hóa) cao nhất (đạt khoảng 0,42 l/g COD chuyển hóa).
3.4.3. Ảnh hưởng của tải lượng dòng vào