Sau quá trình sục hiếu khí với mốc thời gian là 6 giờ, ta tiếp tục tiến hành khuấy trộn thiếu khí với các mốc thời gian khảo sát là 1 giờ; 2 giờ; 3 giờ; 4 giờ và lặp lại qua 4 thí nghiệm. Kết quả sự biến thiên nồng độ Nitrat và Nitrit trong quá trình Anoxic được thể hiện trong 4 đồ thị sau:
Hình 3.5 Đồ thị biến thiên nồng độ Nitrat, Nitrit trong giai đoạn khuấy trộn thiếu khí (thí nghiệm lần 1)
Hình 3.6 Đồ thị biến thiên nồng độ Nitrat, Nitrit trong giai đoạn khuấy trộn thiếu khí (thí nghiệm lần 2)
Hình 3.7 Đồ thị biến thiên nồng độ Nitrat, Nitrit trong giai đoạn khuấy trộn thiếu khí (thí nghiệm lần 3)
Hình 3.8 Đồ thị biến thiên nồng độ Nitrat, Nitrit trong giai đoạn khuấy trộn thiếu khí (thí nghiệm lần 4)
Nitrit có thời điểm lại tăng và đạt cực đại tại 1 giờ. Trong quá trình này, chất hữu cơ dễ sinh hủy sẽ là chất nhận điện tử thay oxy. Nitrat sẽ chuyển hết về dạng Nitrit trước khi chuyển về các dạng Nitơ có số oxy hóa thấp hơn.
Quá trình khử Nitrat sẽ xảy ra theo giai đoạn nối tiếp nhau, từ hóa trị cao xuống thấp dần và đạt tới giá trị cuối cùng là không:
NO3– → NO2– → NO → N2O → N2
Trong khoảng thời gian từ 1 – 4 giờ , nồng độ Nitrat sẽ đạt trong khoảng 89 – 96 (mg/l) xuống 4,8 – 7,3 (mg/l). Đặc biệt, trong khoảng thời gian 1h đầu tiên, lượng Nitrat giảm rất nhanh với hiệu suất dao động trong khoảng 51,6 – 54,8 %, sau đó tốc độ này giảm dần ở các mốc thời gian sau. Tại giờ thứ 4, Nitrat dao động trong khoảng 4,8 – 7,3 (mg/l), so với giờ thứ 3 (nồng độ dao động trong khoảng 7,8 – 9,3 mg/l) thì nồng độ Nitrat giảm không đáng kể. Điều đó chứng tỏ, nồng độ Nitrat đã đạt đến gần điểm không còn khả năng giảm về nồng độ.
Nitrit sẽ tăng nồng độ theo thời gian, cụ thể: Tại thời điểm ban đầu của quá trình thiếu khí (0 giờ), hàm lượng Nitrit dao động trong khoảng 103 – 121 (mg/l) và sau thời gian 1h thì nồng độ của Nitrit đạt trong khoảng 116,1 – 129,8 (mg/l). Điều này chứng tỏ, tốc độ chuyển hóa của Nitrat nhanh hơn Nitrit. Sự hình thành Nitrit với điểm cực đại (tại 1 giờ) chứng minh cơ chế khử Nitrat có giai đoạn trung gian là sự hình thành Nitrit. Nitrit tổng cộng trong quá trình này bao gồm: Nitrit tạo ra trong quá trình hiếu khí và Nitrit hình thành từ Nitrat trong quá trình thiếu khí.
Sau khi đạt cực đại tại giờ thứ nhất, Nitrit bắt đầu giảm rất nhanh ở giờ thứ hai:
- Ở thí nghiệm 1: Giảm từ 116,1 (mg/l) xuống 53,5 (mg/l) → Hiệu suất đạt 53,92 %
- Ở thí nghiệm thứ 2: Giảm từ 119 (mg/l) xuống 53,2 (mg/l) → Hiệu suất đạt 55,29 %
- Ở thí nghiệm thứ 3: Giảm từ 129,8 (mg/l) xuống 55,3 (mg/l) → Hiệu suất đạt 57,40 %
- Ở thí nghiệm thứ 4: Giảm từ 127,8 (mg/l) xuống 61,6 (mg/l) → Hiệu suất đạt 51,80 %
Sau quá trình giảm nhanh tại giờ thứ 2 (nồng độ lúc này còn khoảng 53,2 – 61,6 mg/l), khả năng khử Nitrit bắt đầu giảm dần tại giờ thứ 3 (nồng độ còn khoảng 24,3 – 28,4 mg/l) và giảm rất ít giờ thứ 4 (nồng độ còn khoảng 17,6 – 20,1 mg/l). Qua đó chứng tỏ nồng độ Nitrit đã tiệm cận gần tới điểm không còn khả năng giảm thêm về nồng độ.
Do vậy ta chọn mốc thời gian cho giai đoạn thiếu khí là 3 giờ.
Việc lựa chọn mốc thời gian 3 giờ sẽ đảm bảo cả về yếu tố kinh tế lẫn kĩ thuật bởi lẽ: đảm bảo khả năng xử lý Nitrat và Nitrit đạt hiệu quả cao so với thời gian khuấy trộn (hiệu suất Nitrat đạt khoảng 89,8 – 91,2 % và Nitrit đạt khoảng 75,3 – 79,9 %). Đồng thời dễ nhận thấy từ mốc thời gian 2 giờ trở đi, tốc độ giảm của nồng độ NO3– và NO2– chậm lại, không còn giảm nhanh như những giờ trước. Như vậy, để đảm bảo tính kinh tế và tránh tổn thất năng lượng, không nhất thiết phải tiến hành thời gian khuấy trộn quá dài. Với kết quả trình bày trên hình 3.5; 3.6; 3.7 và 3.8, ta thấy nồng độ NO3–và NO2–ở thời điểm 3 giờ và 4 giờ không có nhiều chênh lệch. Do đó, chọn mốc 3 giờ là thời gian tối ưu cho giai đoạn này là vừa đảm bảo NO3– và NO2– được xử lý đạt hiệu quả, vừa tiết kiệm thời gian và chi phí vận hành.
Tuy nhiên, tại thời điểm giờ thứ 3 ở quá trình khuấy trộn thiếu khí: Lượng Nitrat (từ 7,8 – 9,3 mg/l) và Nitrit (từ 24,3 – 28,4 mg/l) vẫn chưa đảm bảo đầu ra theo QCVN 25:20009/BTNMT cột B2 nhưng do lượng cơ chất đo được trong giai đoạn này dao động trong khoảng 510 – 650 mg/l (chủ yếu là COD khó phân hủy hoặc không có khả năng phân hủy sinh học).