5. Tính khoa học và thực tiễn
3.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của tải trọng thể tích đến hiệu quả xử lý ammonia
3.2.2. Giai đoạn 2 nâng tải trọng 0.20–0.21 kgN–NH4+/m3.ngđ
Kết thúc giai đoạn tải trọng 0.17–0.19 kgN–NH4+/m3.ngđ, ta tiến hành nâng tải trọng lên 0.20 – 0.21 kgN–NH4+/m3.ngđ chạy mơ hình ở dạng mẻ để xác định thời gian lưu nước tối ưu cho mơ hình.
Bảng 3.4 Kết quả chạy tải trọng 0.20 – 0.21 kgN–NH4+/m3.ngđ chạy mơ hình mẻ
Ngày 1 2 3 4 5 6 7 8
pH vào 6.67 6.56 6.59 6.71 6.52 6.63 6.58 6.68
pH ra 6.73 6.7 6.72 6.68 6.74 6.72 6.67 6.82
Kiềm vào (mgCaCO3/L) 582 564 570 540 560 620 544 670
Kiềm ra (mgCaCO3/L) 72 60 48 52 52 60 48 58 COD vào (mg/L) 620 880 680 800 680 760 560 520 COD ra (mg/L) 48 16 32 32 48 64 64 48 N–NH4+ vào (mg/L) 154 156 152 152 153 157 147 146 N–NH4+ ra (mg/L) 11 13 2 3 4 2 4 2 NO3- (mg/L) 20 14 10 18 15 8 7 13
Hiệu suất xử lý COD (%) 92.3 98.2 95.3 96.0 92.9 91.6 88.6 90.8 Hiệu suất xử lý NH4+(%) 92.9 91.7 98.7 98.0 97.4 98.7 97.3 98.6 Thí nghiệm được tiến hành như sau:
Sau khi kết thúc thí nghiệm ở tải trọng 0.17 – 0.19 kgN–NH4+/m3.ngđ, tiến hành nâng tải trọng, chạy mơ hình ở dạng mẻ để xác định thời gian lưu nước tối ưu cho mơ hình, mơ hình chạy ở dạng mẻ ổn định trong thời gian 8 ngày, nồng độ N–NH4+ vào trong khoảng 146 – 157 mg N–NH4+/L, với thời gian lưu nước 24h, nồng độ N– NH4+ giảm dần. Ở ngày thứ nhất, hiệu suất xử lý N–NH4+ đạt 93%, kết quả cho thấy hiệu quả xử lý N–NH4+ khá tốt, có thể lý giải là do thay đổi thời gian lưu nước từ 17 giờ lên 24 giờ. Từ ngày thứ ba trở đi, mơ hình đã hoạt động ổn định, với nồng độ N–NH4+ trước xử lý 146- 157 mg N–NH4+/L, nước thải sau xử lý có nồng độ N– NH4+ dao động trong khoảng 2 – 4 mg N–NH4+/L, hiệu quả xử lý ammonia của mô hình dao động trong khoảng 97 – 98%. Biến thiên N–NH4+ trước và sau xử lý giai đoạn chạy mơ hình ở dạng mẻ được trình bày trong hình 3.19
57
Hình 3.19 1 Biến thiên nồng độ N–NH4+ trước xử lý và sau xử lý trong giai đoạn nghiên cứu ảnh hưởng tải trọng ammonia 0.20 – 0.21 kgN–NH4+/m3.ngđ Nồng độ N–NO3- của nước thải trước xử lý rất thấp <1mg/L. Nồng độ N–NO3- trong nước thải sau xử lý dao động trong khoảng 7 – 37 mg/L, trong khi nồng độ N–NH4+ đầu vào 146 – 157 mg/L giảm còn 13 – 2 mg/L, kết quả cho thấy nồng độ N–NO3- tạo thành thấp hơn nồng độ N–NH4+ bị khử. Điều này chứng tỏ quá trình khử N– NO3- xảy ra hiệu quả ở bể Anoxic và khử N–NO3- xảy ra một phần trong bể bùn hoạt tính hiếu khí tăng trưởng dính bám cố định do có lớp màng vi sinh vật bám trên bề mặt vật liệu. Kết quả khảo sát biến thiên nồng độ N–NO3- trước và sau xử lý trong chạy mơ hình ở dạng mẻ để xác định thời gian lưu nước tối ưu được trình bày chi tiết trong hình 3.20
58
Hình 3.20 Biến thiên nồng độ N–NO3- sau xử lý trong giai đoạn nghiên cứu ảnh hưởng tải trọng ammonia 0.20 – 0.21 kgN–NH4+/m3.ngđ
Tương tự như các kết quả nghiên cứu trước, nồng độ COD, pH và độ kiềm trước và sau xử lý được trình bày chi tiết trong hình 3.21, 3.22 và 3.23.
Hình 3.21 Biến thiên nồng độ COD trước xử lý và sau xử lý trong giai đoạn nghiên cứu ảnh hưởng tải trọng ammonia 0.20 – 0.21 kgN–NH4+/m3.ngđ
59
Hình 3.22 Biến thiên nồng độ pH trước xử lý và sau xử lý trong giai đoạn nghiên cứu ảnh hưởng tải trọng ammonia 0.20 – 0.21 kgN–NH4+/m3.ngđ
Hình 3 23 Biến thiên nồng độ kiềm trước xử lý và sau xử lý trong giai đoạn nghiên cứu ảnh hưởng tải trọng ammonia 0.20 – 0.21 kgN–NH4+/m3.ngđ
Ảnh hưởng thời gian lưu nước đến tải trọng 0.20 – 0.21 kg N–NH4+ /m3.ngđ
Trong thời gian chạy mơ hình dạng mẻ đã ổn định, tiến hành chạy biến thiên theo giờ giai đoạn tải trọng 0.20–0.21 kg N–NH4+ /m3.ngđ. Nồng độ N–NH4+ đầu vào
60
148 mg N–NH4+/L. Ở 4 giờ đầu tiên nồng độ N–NH4+ giảm nhanh từ 148 mg N– NH4+/L xuống 66 mg N–NH4+/L, nhưng đến giờ thứ 5 nồng độ N–NH4+ tăng trở lại, điều này có thể lý giải là do lượng chất hữu cơ bị phân hủy nên làm cho nồng độ N– NH4+ tăng trở lại. Đến giờ thứ 18, nồng độ N–NH4+ còn lại là 9 mg N–NH4+/L, đạt quy chuẩn xả thải QCVN 14: 2008/BTNMT, tương ứng với hiệu suất đạt 94 %. Từ kết quả chạy biến thiên theo giờ cho thấy thời gian lưu nước tối ưu ở tải trọng 0.20 – 0.21 kg N–NH4+ /m3.ngđ là 18 giờ. Biến thiên N–NH4+ trước và sau xử lý chạy biến thiên theo giờ được trình bày trong hình 3.24
Hình 3.24 Biến thiên nồng độ N–NH4+ chạy profile bùn trong giai đoạn nghiên cứu ảnh hưởng tải trọng ammonia 0.20 – 0.21 kgN–NH4+/m3.ngđ
Trong quá trình chạy profile phân tích, nồng độ N–NO3- đầu vào thấp <1mg/L. Nồng độ N–NO3- ở những giờ đầu dao động trong khoảng 1 – 3mg/L, bắt đầu đến giờ thứ 13 nồng độ N–NO3- tăng lên 7 mg/L và tăng dần theo thời gian. Nồng độ N– NO3- tăng cao nhất 26mg/L ở giờ thứ 22. Kết quả chạy biến thiên theo giờ cho thấy, nồng độ N–NO3- sau xử lý đều đạt QCVN 14: 2008/BTNMT. Biến thiên N–NO3- trước và sau xử lý chạy profile phân tích được trình bày trong hình 3.25.
61
Hình 3.25 Biến thiên nồng độ N–NO3- chạy biến thiên theo giờ trong giai đoạn nghiên cứu ảnh hưởng tải trọng ammonia 0.20 – 0.21 kgN–NH4+/m3.ngđ Tương tự nồng độ COD đầu vào 920mg/L, hiệu quả xử lý COD chỉ trong 7 giờ, hiệu suất xử lý đạt 91%. Hiệu quả xử lý COD đã ổn định ở giờ tiếp theo và không giảm thêm nữa. Nồng độ COD sau xử lý đều đạt QCVN 14: 2008/BTNMT, cột B. Biến thiên COD trước và sau xử lý chạy biến thiên theo giờ được trình bày trong hình 3.26.
Hình 3.26 Biến thiên nồng độ COD chạy profile phân tích trong giai đoạn nghiên cứu ảnh hưởng tải trọng ammonia 0.20 – 0.21 kgN–NH4+/m3.ngđ
62
Sau khi chạy biến thiên theo giờ, xác định được thời gian lưu nước tối ưu cho mơ hình là 18 giờ. Ta tiến hành chạy mơ hình ở dạng liên tục, điều chỉnh lưu lượng vào tương ứng với thời gian lưu nước 18 giờ để kiểm chứng hiệu quả xử lý N–NH4+, N– NO3- và COD.
Bảng 3.5 Kết quả chạy tải trọng 0.20 – 0.21 kgN–NH4+/m3.ngđ chạy mơ hình liên tục
Ngày 9 10 11 12 13 14 15 16 17
pH vào 6.55 6.64 6.62 6.57 6.67 6.51 6.79 6.82 6.61
pH ra 7.53 7.62 7.34 7.22 7.28 7.16 7.05 6.94 6.92
Kiềm vào (mgCaCO3/L) 496 612 644 572 596 548 572 596 586
Kiềm ra (mgCaCO3/L) 196 212 176 144 128 84 80 58 54 COD vào (mg/L) 680 680 720 640 680 480 540 640 680 COD ra (mg/L) 64 80 80 64 64 48 16 32 16 N–NH4+ vào (mg/L) 150 156 146 153 149 154 153 153 145 N–NH4+ ra (mg/L) 41 37 23 10 15 9 8 4 4 NO3- (mg/L) 11 16 20 25 19 35 12 7 10
Hiệu suất xử lý COD (%) 90.6 88.2 88.9 90.0 90.6 90.0 97.0 95.0 97.7 Hiệu suất xử lý NH4+ (%) 72.7 76.3 84.3 93.5 89.9 94.2 94.8 97.4 97.2 Thời gian chạy mơ hình liên tục trong 9 ngày. Nồng độ N–NH4+ trước xử lý dao động trong khoảng 146 – 156 mg/L. Khi thay đổi mơ hình từ dạng mẻ sang dạng liên tục, hiệu quả xử lý ở 5 ngày đầu không ổn định, nồng độ sau xử lý dao động trong khoảng 41 – 10 mg/L, có thể lý giải là do việc thay đổi thời gian lưu nước từ 24 giờ sang 18 giờ nên vi sinh vật trong bể chưa kịp thích nghi. Đến ngày thứ 6 trở đi, hiệu quả xử lý N–NH4+ bắt đầu ổn định, nồng độ N–NH4+ sau xử lý dao động trong khoảng 9 – 4 mg/L. Nồng độ N–NO3- sau xử lý dao động trong khoảng 7 – 35mg/L. Nồng độ COD sau xử lý dao động trong khoảng 32 – 80 mg/L. Kết quả nghiên cứu cho thấy, nồng độ N–NH4+, N–NO3- và COD sau xử lý thấp tương đồng với thời gian lưu nước từ quá trình chạy profile bùn. Biến thiên N–NH4+, N–NO3- và COD trước và sau xử lý trong mơ hình chạy liên tục được trình bày chi tiết ở hình 3.27, 3.28 và 3.29.
63
Hình 3.27 Biến thiên nồng độ N–NH4+ trước xử lý và sau xử lý trong giai đoạn nghiên cứu ảnh hưởng tải trọng ammonia 0.20 – 0.21 kgN–NH4+/m3.ngđ
Hình 3.28 Biến thiên nồng độ N–NO3- sau xử lý trong giai đoạn nghiên cứu ảnh hưởng tải trọng ammonia 0.20 – 0.21 kgN–NH4+/m3.ngđ
64
Hình 3.29 Biến thiên nồng độ COD trước xử lý và sau xử lý trong giai đoạn nghiên cứu ảnh hưởng tải trọng ammonia 0.20 – 0.21 kgN–NH4+/m3.ngđ
Tương tự kết quả nghiên cứu kiềm và pH ở nghiên cứu trên, cho thấy biến thiên độ kiềm trước xử lý và sau xử lý cũng tương tự như các thí nghiệm trên, lượng kiềm sử dụng dao động trong khoảng 2,8 – 3,76 mg CaCO3/L. Biến thiên độ pH và độ kiềm của nước thải trước và sau xử lý được trình bày trong hình 3.30 và 3.31.
Hình 3.30 Biến thiên nồng độ pH trước xử lý và sau xử lý trong giai đoạn nghiên cứu ảnh hưởng tải trọng ammonia 0.20 – 0.21 kgN–NH4+/m3.ngđ
65
Hình 3.31 Biến thiên nồng độ kiềm trước xử lý và sau xử lý trong giai đoạn nghiên cứu ảnh hưởng tải trọng ammonia 0.20 – 0.21 kgN–NH4+/m3.ngđ
Từ kết quả nghiên ảnh hưởng của tải trọng thể tích đến hiệu quả xử lý N–NH4+ cho thấy, nồng độ N–NH4+ tỷ lệ thuận với thời gian lưu nước. Mặc dù lượng kiềm có sẵn trong nước thải tính theo lý thuyết là khơng đủ để xử lý nồng độ N–NH4+. Cụ thể, ở tải trọng 0,17 – 0,19 kg N–NH4+ /m3.ngđ với nồng độ N–NH4+ dao động trong khoảng 125 – 135 mg N–NH4+/L, độ kiềm dao động trong khoảng 492 – 690 mg CaCO3/L thì thời gian lưu nước 17h mới xử lý N–NH4+ đạt QCVN 14: 2008/BTNMT, đến tải trọng 0,20 – 0,21 kg N–NH4+ /m3.ngđ với nồng độ 146 – 157 mg N–NH4+/L, độ kiềm dao động trong khoảng 496- 670 mg CaCO3/L thì thời gian lưu nước là 18 giờ mới xử lý N–NH4+ đạt QCVN 14: 2008/BTNMT, điều này chứng tỏ nồng độ N–NH4+ càng cao thì thời gian lưu nước càng kéo dài điều này có thể lý giải do lượng kiềm có sẵn khơng đủ để xử lý đạt yêu cầu, tuy nhiên trong bể xử lý xảy ra đồng thời q trình nitrate hóa và khử nitrate nên khi q trình nitrate hóa xảy ra sử dụng hết độ kiềm và tạo thành lượng N–NO3- nhất định. Lúc này lượng N–NH4+ không đủ độ kiềm để chuyển hóa thành N–NO3- và trong mơ hình tiếp tục xảy ra quá trình khử nitrate trả lại độ kiềm nên độ kiềm tạo thành tiếp tục được sử dụng cho q trình nitrate hóa tiếp theo nên thời gian lưu nước dài hơn và dù thiếu độ kiềm nhưng hiệu quả xử lý cũng đạt yêu cầu.
66