STT N–NH4+ vào (mg/L) N–NH4+ ra (mg/L) Kiềm vào (mgCaCO3/L) Kiềm ra (mgCaCO3/L) pH vào pH ra Hiệu suất xử lý NH4+ 1 142 25 476 52 6.54 6.78 82.39% 2 125 12 496 84 6.59 6.82 90.40% 3 125 15 496 102 6.55 7.03 88.00% 4 130 13 496 80 6.62 6.92 90.00% 5 107 22 548 80 6.71 6.89 79.44% 6 121 26 580 88 6.69 6.95 78.51% 7 147 31 660 144 6.85 7.11 78.91% 8 151 29 620 196 6.79 7.15 80.79% 9 149 28 620 192 6.74 7.19 81.21% 10 123 13 586 112 6.67 7.08 89.43%
Trong 10 ngày chạy bổ sung kiềm vào mơ hình là 1gam NaHCO3, nồng độ N–NH4+ đầu vào dao động trong khoảng 107 – 151 mg N–NH4+/L, độ kiềm trước xử lý dao động trong khoảng 476 – 620 mg CaCO3/L, pH trong khoảng 6,54 – 6,85. Sau xử lý nồng độ N–NH4+ còn lại 12 – 31 mg N–NH4+/L, độ kiềm dao động trong khoảng 52 – 196 mg CaCO3/L trong thời gian lưu nước là 12,5 giờ. Kết quả cho thấy, khi giảm lượng kiềm bổ sung vào bể còn lại 1gam, hiệu quả xử lý N–NH4+ không đạt QCVN 14: 2008/BTNMT cột B, cho thấy lượng kiềm bổ sung vào bể không đủ nên q trình nitrate hóa xảy ra khơng liên tục, hiệu quả xử lý N–NH4+ không ổn định. Biến
73
thiên N–NH4+, độ kiềm và pH trước và sau xử lý trong mơ hình được trình bày chi tiết ở hình 3.41, 3.42 và 3.43.
Hình 3.41 Biến thiên nồng độ N–NH4+ trước xử lý và sau xử lý trong giai đoạn nghiên cứu ảnh độ kiềm
Hình 3.42 Biến thiên nồng độ kiềm trước xử lý và sau xử lý trong giai đoạn nghiên cứu ảnh độ kiềm
74
Hình 3.43 Biến thiên nồng độ pH trước xử lý và sau xử lý trong giai đoạn nghiên cứu ảnh độ kiềm
Kết quả chạy mơ hình ở 4 nồng độ kiềm bổ sung vào mơ hình lần lượt là 5 gam NaHCO3-, 4 gam NaHCO3-, 2 gam NaHCO3- và 1 gam NaHCO3- cho thấy, lượng kiềm bổ sung 2 gam NaHCO3- vào mơ hình là tối ưu nhất, q trình nitrate hóa xảy ra liên tục, tốc độ chuyển hóa N–NH4+ vẫn liên tục, làm cho thời gian xử lý N–NH4+ rút ngắn lại chỉ còn 12,5 giờ, nồng độ N–NH4+ sau xử lý đạt QCVN 14: 2008/BTNMT cột B, khi bổ sung kiềm vào mơ hình thì chi phí xử lý thấp hơn nhiều so với khơng bổ sung kiềm vào mơ hình.
3.4. Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ oxy hòa tan
Sau khi kết thúc nghiên cứu ảnh hưởng độ kiềm, ta chuyển sang nghiên cứu ảnh hưởng DO. Kết quả chạy mơ hình được trình bày trong bảng sau:
75
Bảng 3.10 Kết quả giai đoạn nghiên cứu ảnh hưởng DO=4,5 – 5 mgO2/L đến hiệu quả xử lý ammonia STT N–NH4+ vào (mg/L) N–NH4+ ra (mg/L) Kiềm vào (mgCaCO3/L) Kiềm ra (mgCaCO3/L) N–NO3- (mg/L) Hiệu suất xử lý NH4 1 123 13 586 112 26 89.43% 2 153 23 586 312 28 84.97% 3 155 19 686 138 17 87.74% 4 158 14 686 108 15 91.14% 5 132 6 544 200 19 95.45% 6 139 10 544 206 14 92.81% 7 136 10 520 180 16 92.65% 8 142 8 560 138 10 94.37% 9 144 8 560 152 17 94.44% 10 150 7 508 126 20 95.33%
Khi chạy DO 4,5 – 5 mgO2/L, kết quả phân tích cho thấy q trình nitrate hóa đạt hiệu suất rất tốt. Khi chạy mơ hình ổn định hiệu quả chuyển hóa N–NH4+ đạt 92- 95% tương ứng nồng độ N–NH4+ trước xử lý là 123 – 158 mg N–NH4+/L xuống còn 6 – 10 mg N–NH4+/L. Nồng độ N–NO3- sau xử lý là 14 – 28 mg N–NO3-/L, kiềm trước xử lý dao động trong khoảng 508 – 606 mg CaCO3/L, lượng kiềm sau xử lý 108 – 200 mg CaCO3/L. Kết quả cho thấy nồng độ N–NH4+, N–NO3- sau xử lý đều đạt QCVN 14: 2008/BTNMT, cột B. Biến thiên N–NH4+, độ kiềm và N–NO3- trước và sau xử lý trong mơ hình được trình bày chi tiết ở hình 3.44, 3.45 và 3.46.
Hình 3.44 Biến thiên nồng độ N–NH4+ trước xử lý và sau xử lý trong giai đoạn nghiên cứu ảnh nồng độ DO
76
Hình 3.45 Biến thiên độ kiềm trước xử lý và sau xử lý trong giai đoạn nghiên cứu ảnh nồng độ DO
Hình 3.46 Biến thiên N–NO3- sau xử lý trong giai đoạn nghiên cứu ảnh nồng độ oxy hòa tan
77
Bảng 3.11 Kết quả giai đoạn nghiên cứu ảnh hưởng DO=3,5 – 4mgO2/L đến hiệu quả xử lý ammonia STT N–NH4+ vào (mg/L) N–NH4+ ra (mg/L) Kiềm vào (mgCaCO3/L) Kiềm ra (mgCaCO3/ L) N– NO3- (mg/L) Hiệu suất xử lý NH4+ 1 146 13 572 410 20 91.10% 2 142 12 572 394 19 91.55% 3 147 12 572 174 16 91.84% 4 145 9 572 124 24 93.79% 5 141 9 572 142 21 93.62% 6 139 7 548 144 13 94.96% 7 143 7 610 128 18 95.10% 8 151 8 620 120 23 94.70%
Tương tự khi chạy DO 3,5 – 4 mgO2/L, kết quả phân tích cho thấy q trình nitrate hóa khơng bị ảnh hưởng khi giảm DO trong nước thải. Hiệu quả chuyển hóa N– NH4+ đạt 91- 95% tương ứng nồng độ N–NH4+ trước xử lý là 139 – 151 mg N– NH4+/L xuống còn 7 – 9 mg N–NH4+/L. Nồng độ N–NO3- sau xử lý là 13 – 24 mg N–NO3-/L, kiềm trước xử lý dao động trong khoảng 548 – 610 mg CaCO3/L, lượng kiềm sau xử lý 120 – 174 mg CaCO3/L. Kết quả cho thấy nồng độ N–NH4+, N–NO3- sau xử lý đều đạt QCVN 14: 2008/BTNMT, cột B. Biến thiên N–NH4+, độ kiềm và N–NO3- trước và sau xử lý trong mơ hình được trình bày chi tiết ở hình 4.37, 3.48 và 3.49.
Hình 3.47 Biến thiên nồng độ N–NH4+ trước xử lý và sau xử lý trong giai đoạn nghiên cứu ảnh nồng độ DO
78
Hình 3.48 Biến thiên độ kiềm trước xử lý và sau xử lý trong giai đoạn nghiên cứu ảnh nồng độ DO
79
Bảng 3.12 Kết quả giai đoạn nghiên cứu ảnh hưởng DO=2,5 – 3mgO2/L đến hiệu quả xử lý ammonia STT N–NH4+ vào (mg/L) N–NH4+ ra (mg/L) Kiềm vào (mgCaCO3/L) Kiềm ra (mgCaCO3/L) N–NO3- (mg/L) Hiệu suất xử lý NH4+ 1 154 51 552 306 4 66.88% 2 145 46 530 212 7 68.28% 3 144 40 580 242 8 72.22% 4 151 50 620 326 5 66.89% 5 155 49 640 480 7 68.39% 6 132 33 496 308 9 75.00% 7 127 30 480 276 9 76.38% 8 138 35 596 296 8 74.64% 9 140 36 576 268 8 74.29%
Khi chạy DO 2,5 – 3 mgO2/L, kết quả phân tích cho thấy, hiệu quả chuyển hóa N– NH4+ 66 – 75% tương ứng với nồng độ N–NH4+ trước xử lý là 127 - 154 mg N– NH4+/L xuống còn 30 – 51 mg N–NH4+/L. Nồng độ N–NO3- sau xử lý là 4 – 9 mg N–NO3-/L, kiềm trước xử lý dao động trong khoảng 480 – 640 mg CaCO3/L, lượng kiềm sau xử lý 212 – 480 mg CaCO3/L. Từ kết quả phân tích cho thấy hiệu quả xử lý N–NH4+ bị ảnh hưởng khi DO < 3 mgO2/L, hiệu quả xử lý N–NH4+ không đạt QCVN 14: 2008/BTNMT, cột B. Biến thiên N–NH4+, độ kiềm và N–NO3- trước và sau xử lý trong mơ hình được trình bày chi tiết ở hình 3.50, 3.51 và 3.52.
Hình 3.50 Biến thiên nồng độ N–NH4+ trước xử lý và sau xử lý trong giai đoạn nghiên cứu ảnh nồng độ DO
80
Hình 3.51 Biến thiên độ kiềm trước xử lý và sau xử lý trong giai đoạn nghiên cứu ảnh nồng độ DO
Hình 3.52 Biến thiên N–NO3- sau xử lý trong giai đoạn nghiên cứu ảnh nồng độ DO
81
Như vậy, so sánh các nghiên cứu quá trình chạy DO, hiệu quả xử lý N–NH4+ và N–
NO3- ở nồng độ DO = 4,5 – 5 và 3,5 – 4 mgO2/L là tương đương nhau, ở hai nồng
độ DO này thì nồng độ N–NH4+ và N–NO3- sau xử lý đều đạt QCVN 13: 2008/BTNMT. Tương tụ như nghiên cứu của Võ Hoàng Sang (2015), “nghiên cứu đánh giá các yếu tố ảnh hưởng đến q trình nitrate hóa nước thải sinh hoạt trong hệ thồng bùn hoạt tính hiếu khí một giai đoạn” cho thấy, q trình nitrate hóa và oxy hóa chất hữu cơ khơng bị ảnh hưởng ở DO > 3 mgO2/L. Tuy nhiên, trong thực tế vận hành để tiết kiệm năng lượng tiêu thụ cũng như giảm chi phí vận hành, ta có thể kiểm sốt DO trong bể bùn hoạt tính hiếu khí tăng trưởng dính bám cố định ở DO = 3,5 – 4 mgO2/L.
Từ kết quả chạy tải trọng, độ kiềm và nồng độ oxy hòa tan cho thấy, ở các tải trọng N–NH4+ sau xử đều đạt yêu cầu xả thải, nên tải trọng trong nghiên cứu này đều nằm trong điều kiện tối ưu, nồng độ kiềm bổ sung 5 gam, 4 gam, 2 gam và 1 gam vào mơ hình thì lựa chon bổ sung 2 gam vào mơ hình là tối ưu nhất, tiết kiệm được chi phí hóa chất, đảm bào hiệu quả xử lý N–NH4+ sau xử lý đều đạt yêu cầu xả thải. Chạy DO ở các khoảng DO = 4,5 – 5, 3,5 – 4 và 2,5 – 3 mgO2/L, DO =3,5 – 4 mgO2/L là tối ưu nhất, tiết kiệm được chi phí điện năng, đảm bào hiệu quả xử lý N– NH4+ sau xử lý đều đạt yêu cầu xả thải.
3.5. Đề xuất phương án cải tạo trạm xử lý nước thải Bình Điền
So sánh hiệu quả kinh tế khi chạy mơ hình thí nghiệm:
Bảng 3.13 So sánh chi phí xử lý nước thải giữa bổ sung kiềm và không bổ sung
STT Tên Bổ sung kiềm Không bổ sung kiềm
1 Thời gian lưu nước 12,5 giờ 20 giờ
2 Điện năng tiêu thụ 225 W 360 W
3 Chi phí điện 2000/KWh 2000/KWh
4 Hóa chất sử dụng 2 gam/25 lít -
5 Chi phí hóa chất 8500 đồng/1kg -
82
Từ kết quả tính tốn chi phí xử lý nước thải giữa bổ sung kiềm và không bổ sung kiềm vào mơ hình, cho thấy khi bổ sung kiềm vào mơ hình thì rút ngắn được thời gian xử lý, chi phí xử lý giảm cịn khoảng 2/3 chi phí khi khơng bổ sung kiềm. Từ kết quả nghiên cứu các yếu tố tải trọng thể tích, độ kiềm và nồng độ oxy hòa tan đến hiệu quả xử lý ammonia bằng q trình bùn hoạt tính hiếu khí tăng trưởng dính bám cố định ta rút ra được các thơng số tối ưu cho mơ hình được trình bày trong bảng sau:
Bảng 3.14 Tóm tắt vận hành thơng số tối ưu mơ hình nghiên cứu
Thơng số Đơn vị Giá trị
Thể tích cơng tác L 25
Thời gian lưu nước (HRT) giờ 12,5
N-NH4+ vào mg/L 92 – 157
COD vào mg/L 480 - 1200
Tải trọng ammonia kg N-NH4+/m3.ngđ 0,20 – 0,21
Liều lượng kiềm bổ sung g NaHCO3/ngày 2
Nồng độ oxy hòa tan mg/L 3,5 – 4
Từ kết quả chạy mơ hình nghiên cứu trên, tóm tắt thơng số vận hành trạm xử lý nước thải và đề xuất phương án cải tạo hệ thống xử lý nước thải chợ đầu mối nơng sản thực phẩm Bình Điền như sau:
Bảng 3.15 Tóm tắt vận hành thơng số tối ưu của trạm xử lý nước thải Bình Điền
Thơng số Đơn vị Giá trị
Thể tích cơng tác m3 1632
Xây mới bể Anoxic m3 315
Thời gian lưu nước (HRT) giờ 12,5
N-NH4+đầu vào mg/L 92 – 157
CODđầu vào mg/L 480 - 1200
Tải trọng ammonia kg N-NH4+/m3.ngđ 0,20 – 0,21
Liều lượng kiềm bổ sung kg NaHCO3/ngày 200
83
Vận chuyển đi xử lý
Nước thải đầu vào(1)
Song chắn rác 1(thô)(2) Bể điều hòa Bể lắng đứng đợt 1 Bể bùn hoạt tính hiếu khí dính bám Bể lắng đứng đợt 2 Bể tiếp xúc Sông Chợ Đệm Bể nén bùn Bể trộn bùn Máy ép bùn Polymer Ca(OCl)2 Máy thổi khí Hố thu 1(3) Song chắn rác 2 (thô)(4) Hố thu 2(5) Lưới chắn rác (tinh)(6) Sân phơi bùn Bể Anoxic NaHCO3 Ghi chú:
đường dẫn nước thải đường dẫn bùn thải đường dẫn hóa chất đường dẫn khí bơm nước thải
(2) Song chắn rác 1 (thơ) được đặt tại phía trong hố thu 1
(3) Hố thu 1 được đặt ngoài trạm xử lý nước thải, gần các nhà lồng chợ
(4) Song chắn rác 2 (thô) được đặt phía trong hố thu 2 (5) Hố thu 2 được đặt trong trạm xử lý nước thải (6) Lưới chắn rác (tinh) được đặt phía trên bể điều hịa
(1) Nước thải vào trạm xử lý nước thải phát sinh từ các nhà lồng chợ, khu vệ sinh, nhà quản lý và nước mưa chảy tràn
84
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
1. Kết luận
Đề tài đã thực hiện đầy đủ các nội dung trình bày trong đề cương nghiên cứu:
Hiệu quả xử lý N–NH4+ tốt nhất đạt 94 – 97% ứng với N–NH4+ ban đầu trong nước thải chợ Bình Điền dao động trong khoảng 131 – 142 mg/L giảm xuống còn 3 – 5 mg/L, mơ hình hoạt động ổn định nhất khi vận hành với thời gian lưu nước 17 giờ ứng với tải trọng 0,17 – 0,19 kg N-NH+4/m3.ngđ. Hiệu quả xử lý N–NH4+ tốt nhất đạt 91 – 98% ứng với N–NH4+ ban đầu trong nước thải chợ Bình Điền dao động trong khoảng 146 – 157 mg/L giảm xuống cịn 2 – 4 mg/L, mơ hình hoạt động ổn định nhất khi vận hành với thời gian lưu nước 18 giờ ứng với tải trọng 0,20 – 0,21 kg N-NH+4/m3.ngđ. Nồng độ N–NH4+ tỷ lệ thuận với thời gian lưu nước, nồng độ N–NH4+ càng cao thì thời gian xử lý càng dài.
Kết quả chạy độ kiềm bổ sung, so sánh các lượng kiềm bổ sung vào mơ hình thì lượng kiềm bổ sung 2 gam vào mơ hình là tối ưu nhất, q trình nitrate hóa xảy ra liên tục, tốc độ chuyển hóa N–NH4+ nhanh hơn, làm cho thời gian xử lý N–NH4+ rút ngắn lại chỉ còn 12,5 giờ, nồng độ N–NH4+ sau xử lý đạt QCVN 14: 2008/BTNMT cột B, điều này chúng tỏ khi bổ sung kiềm thì q trình nitrate hóa xãy ra liên tục, rút ngắn thời gian lưu nước, tiết kiệm được diện tích cơng trình, khi bổ sung kiềm vào mơ hình thì chi phí xử lý thấp hơn nhiều so với không bổ sung kiềm vào mơ hình.
Với điều kiện vận hành tối ưu là DO = 3,5 – 4 mgO2/L, độ kiềm bổ sung 2 gam, q trình nitrate hóa N–NH4+ đạt kiệu quả cao nhất với thời gian lưu nước trong bể bùn hoạt tính hiếu khí tăng trưởng dính bám cố định là 12,5 giờ. Hiệu suất chuyển hóa N–NH4+ đạt 95% tương ứng với nồng độ N–NH4+ trước xử lý là 150 mg N–NH4+/L giảm xuống còn 7 mg N–NH4+/L. Như vậy, trong thực tế vận hành để tiết kiệm năng lượng tiêu thụ cũng như giảm chi phí vận hành, ta có thể kiểm sốt DO trong bể bùn hoạt tính hiếu khí tăng trưởng dính bám cố định ở DO = 3,5 – 4 mgO2/L.
85
2. Kiến nghị
Qua nghiên cứu mơ hình thực nghiệm nhằm xử lý ammonia trong nước thải chợ đầu mối nông sản thực phẩm Bình Điền bằng q trình bùn hoạt tính hiếu khí tăng trưởng dính bám cố định cho thấy công nghệ này đáp ứng tốt các yêu cầu về mặt kinh tế và kỹ thuật. Hiệu quả xử lý ammonia và chất hữu cơ cao nếu kiểm soát các yếu tố ảnh hưởng đến q trình nitrate hóa như: bổ sung độ kiềm và DO. Trong nghiên cứu này chưa xác định tỷ số COD/TKN và pH cho q trình nitrate hóa. Vì vậy, cần nghiên cứu them các yếu tố này nâng cao hiệu quả xử lý của quá trình nitrate hóa.
86
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. http://nhipcaudautu.vn/kinh-te/vai-tro-cua-cho-truyen-thong-trong-do-thi- 3109455/#axzz43SCIiwKn.
2. Lâm Minh Triết. Xử Lí Nước Thải Cơng Nghiệp Và Đô Thị. Nhà xuất bản đại học quốc gia Tp. HCM. 2008, tr 8-18.
3. Phạm Khắc Liệu. Điều tra hiện trạng vệ sinh môi trường ở một số chợ vừa
và nhỏ trên địa bàn thành phố Huế và đề xuất giải pháp xử lý. Báo cáo tổng
kết đề tài cấp cơ sở - Đại học Khoa học Huế. 2002.