5. Tính khoa học và thực tiễn
3.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của tải trọng thể tích đến hiệu quả xử lý ammonia
3.2.1. Giai đoạn 1 nâng tải trọng 0.17–0.19kgN–NH4+/m 3.ngđ
Sau khi mơ hình đã chạy liên tục ổn định ở giai đoạn khởi động, ta tiến hành chạy mơ hình ở dạng mẻ để xác định thời gian lưu nước tối ưu cho mơ hình.
Bảng 3.2 Kết quả chạy tải trọng 0.17–0.19 kgN–NH4+/m3.ngđ chạy mơ hình mẻ
Ngày 1 2 3 4 5 6 7 8
pH vào 6.62 6.63 6.58 6.65 6.64 6.62 6.73 6.67
pH ra 7.17 7.15 7.11 7.05 6.87 6.74 6.78 6.77
Kiềm vào (mgCaCO3/L) 596 560 520 532 544 620 596 572
Kiềm ra (mgCaCO3/L) 176 158 144 148 60 52 56 58 COD vào (mg/L) 840 880 840 600 560 640 640 880 COD ra (mg/L) 32 16 48 32 16 32 16 32 N–NH4+ vào (mg/L) 131 134 135 132 142 133 130 139 N–NH4+ ra (mg/L) 15 8 4 5 5 3 4 5 NO3- (mg/L) 16 28 17 6 7 19 37 9
Hiệu suất xử lý COD (%) 96.2 98.2 94.3 94.7 97.1 95.0 97.5 96.4 Hiệu suất xử lý NH4+ (%) 88.6 94.0 97.0 96.2 96.5 97.7 96.9 96.4
47
Thí nghiệm được tiến hành như sau:
Mơ hình chạy ở dạng mẻ ổn định trong thời gian 8 ngày, nồng độ N–NH4+ vào dao động trong khoảng 131 – 142 mg N–NH4+/L, nồng độ N–NH4+ giảm dần. Ở ngày thứ nhất, hiệu suất xử lý N–NH4+ đạt 88,5%, có thể lý giải là do bùn đã thích nghi tốt và đang hoạt động ổn định. Ngày thứ hai, hiệu quả xử lý N–NH4+ tăng lên, hiệu suất đạt 94%. Từ ngày thứ ba trở đi, mơ hình đã hoạt động ổn định, với nồng độ N– NH4+ trước xử lý 130- 142 mg N–NH4+/L, hiệu quả xử lý ammonia của mơ hình dao động trong khoảng 96 – 97%, tương ứng với nước thải sau xử lý có nồng độ N– NH4+ dao động trong khoảng 3 – 5 mg N–NH4+/L. Biến thiên N–NH4+ trước và sau xử lý giai đoạn chạy mơ hình ở dạng mẻ được trình bày trong hình 3.6
Hình 3.6 Biến thiên nồng độ N–NH4+ trước xử lý và sau xử lý trong giai đoạn nghiên cứu ảnh hưởng tải trọng 0.17 – 0.19kg N–NH4+ /m3.ngđ
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 130 – 142 mg/L giảm còn 15 – 3 mg/L, kết quả cho thấy nồng độ N–NO3- tạo thành thấp hơn nồng độ N–NH4+ oxy hóa, điều này chứng tỏ quá trình khử N–NO3- xảy ra ở bể Anoxic và một khử N–NO3- xảy ra ở bể bùn hoạt tính hiếu khí tăng trưởng dính bám cố đinh do bể có lớp màng vi sinh vật. Kết quả cho thấy nồng độ N–NO3- sau xử lý đều đạt QCVN 14: 2008/BTNMT. 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 3.7
48
Hình 3.7 Biến thiên nồng độ N–NO3- sau xử lý trong giai đoạn nghiên cứu ảnh hưởng tải trọng 0.17 – 0.19kg N–NH4+ /m3.ngđ
Trong 8 ngày chạy mơ hình ở dạng mẻ, nồng độ COD trong nước thải trước xử lý dao động trong khoảng 560 – 880mg/L, nồng độ COD sau xử lý dao động trong khoảng 16 – 48mg/L, hiệu suất xử lý COD đạt 95 – 98%. Kết quả cho thấy nồng độ COD sau xử lý đều đạt QCVN 14: 2008/BTNMT. Biến thiên COD trước và sau xử lý được trình bày trong hình 3.8
Hình 3.8 Biến thiên nồng độ COD trước xử lý và sau xử lý trong giai đoạn nghiên cứu ảnh hưởng tải trọng
Kết quả chạy mơ hình nghiên cứu cho thấy, pH và độ kiềm trước xử lý dao động trong khoảng 6,58 – 6,74 và 520 – 620 mg CaCO3/L. Sau xử lý pH và độ kiềm lần lượt là 7,17 – 6,74 và 176 – 52 mg CaCO3/L, tương ứng với độ kiềm tiêu thụ dao
49
động trong khoảng 3,54 – 5,78 mg CaCO3/L. So sánh với kết quả nghiên cứu của Trần Quốc Bảo Truyền (2015) “nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến q trình nitrate hóa xử lý ammonia trong nước rỉ rác”độ kiềm tiêu thụ là 5,75mg CaCO3/L cho thấy mức độ tiêu thụ kiềm tương đương nhau, tiêu thụ kiềm thấp hơn so với lý thuyết. Biến thiên độ pH và độ kiềm của nước thải trước và sau xử lý được trình bày trong hình 3.9 và 3.10.
Hình 3.9 Biến thiên nồng độ pH trước xử lý và sau xử lý trong giai đoạn nghiên cứu ảnh hưởng tải trọng ammonia 0.17 – 0.19kg N–NH4+ /m3.ngđ
Hình 3.10 Biến thiên nồng độ kiềm trước xử lý và sau xử lý trong giai đoạn nghiên cứu ảnh hưởng tải trọng ammonia 0.17 – 0.19kg N–NH4+ /m3.ngđ
50
Ảnh hưởng của thời gian lưu nước
Sau thời gian 8 ngày chạy mơ hình ở dạng mẻ, khi hiệu quả xử lý N–NH4+/L, N– NO3- và COD đã ổn định. Profile phân tích để xác định thời gian lưu nước tối ưu cho mơ hình.
Mơ hình đã hoạt chạy ổn định được trình bày trong hình 4.6. Với kết quả phân tích thí nghiệm cho thấy nồng độ N–NH4+ đầu vào 126mg N–NH4+/L. Sau hai giờ đầu tiên nồng độ N–NH4+ giảm nhanh từ 126 mg N–NH4+/L xuống 85 mg N–NH4+/L, trong các giờ tiếp theo mức độ giảm chậm dần đến giờ thứ 10, nhưng đến giờ thứ 11 nồng độ N–NH4+ tăng trở lại, điều này có thể lý giải là do lượng chất hữu cơ bị phân hủy nội bào nên làm cho nồng độ N–NH4+ tăng trở lại.
Chất hữu cơ trong nước thải
C10H19O3N + 10 NO3- 5N2 + 10CO2 + 3H2O + NH3 + 10OH-
Đến giờ thứ 17, nồng độ N–NH4+ còn lại là 10mg N–NH4+/L, đạt quy chuẩn xả thải QCVN 14: 2008/BTNMT, tương ứng với hiệu suất đạt 92%. Từ kết quả chạy biến thiên theo giờ cho thấy thời gian lưu nước tối ưu ở tải trọng 0.17 – 0.19 kg N–NH4+ /m3ngđ là 17h. Biến thiên N–NH4+ trước và sau xử lý chạy profile phân tích được trình bày trong hình 3.11
Hình 3.11 Biến thiên nồng độ N–NH4+ theo giờ trong giai đoạn nghiên cứu ảnh hưởng tải trọng ammonia 0.17 – 0.19kg N–NH4+ /m3.ngđ
51
Trong quá trình chạy biến thiên theo giờ, 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 9 nồng độ N–NO3- tăng lên 9mg/L và tăng dần theo thời gian. Nồng độ N– NO3- tăng cao nhất 26mg/L ở giờ thứ 21 và giảm ở giờ thứ 22. Nồng độ N–NO3- ở giờ thứ 22 giảm có thể lý giải là do khơng cịn N–NH4+ chuyển hóa thành N–NO3-, nên lượng N–NO3- ở giờ thứ 21 bị khử giảm xuống 19mg/L. 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 biến thiên theo giờ được trình bày trong hình 3.12
Hình 3.12 Biến thiên nồng độ N–NO3- chạy biến thiên theo giờ trong giai đoạn nghiên cứu ảnh hưởng tải trọng ammonia 0.17 – 0.19kg N–NH4+ /m3.ngđ Trong quá trình chạy biến thiên theo giờ, nồng độ COD đầu vào 880mg/L, hiệu quả xử lý COD chỉ trong 6 giờ, hiệu suất xử lý đạt 90%. Bắt đầu giờ thứ 7 hiệu quả xử lý COD đã ổn định và không giảm thêm nữa. So sánh với kết quả nghiên cứu của Trần Quốc Bảo Truyền (2015) “nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nitrate hóa xử lý ammonia trong nước rỉ rác” nồng độ COD vào 352mg/L giảm xuống còn 48mg/L, hiệu quả xử lý 83%. Biến thiên COD trước và sau xử lý chạy profile bùn được trình bày trong hình 3.13.
52
Hình 3.13 Biến thiên nồng độ COD chạy biến thiên theo giờ trong giai đoạn nghiên cứu ảnh hưởng tải trọng ammonia 0.17 – 0.19kg N–NH4+ /m3.ngđ
Sau khi chạy biến thiên theo giờ, xác định được thời gian lưu nước tối ưu cho mơ hình là 17 giờ. Ta tiến hành chạy mơ hình ở dạng liên tục, điều chỉnh lưu lượng vào tương ứng với thời gian lưu nước 17 giờ để kiểm chứng hiệu quả xử lý N–NH4+, N– NO3- và COD. Kết quả chạy mơ hình dạng liên tục được trình bày trong bảng sau: Bảng 3.3 Kết quả chạy tải trọng 0.17–0.19kgN–NH4+/m3.ngđ chạy mơ hình liên tục
Ngày 9 10 11 12 13 14 15 16
pH vào 6.81 6.57 6.63 6.6 6.54 6.85 6.68 6.59
pH ra 7.02 6.93 6.66 6.72 6.62 6.74 6.76 6.68
Kiềm vào (mgCaCO3/L) 690 672 592 620 492 640 644 580
Kiềm ra (mgCaCO3/L) 112 80 48 60 32 44 52 48 COD vào (mg/L) 480 560 480 480 1000 720 760 960 COD ra (mg/L) 32 48 48 32 64 48 32 48 N–NH4+ vào (mg/L) 125 136 125 129 135 128 126 126 N–NH4+ ra (mg/L) 25 17 20 15 5 4 4 2 NO3- (mg/L) 7 10 8 10 14 7 15 19
Hiệu suất xử lý COD (%) 93.3 91.4 90.0 93.3 93.6 93.3 95.8 95.0 Hiệu suất xử lý NH4+ (%) 80.0 87.5 84.0 88.4 96.3 96.9 96.8 98.4 Thời gian chạy mơ hình liên tục trong 8 ngày. Nồng độ N–NH4+ trước xử lý dao động trong khoảng 125 – 136 mg/L. Khi thay đổi mơ hình từ dạng mẻ sang dạng liên tục, hiệu quả xử lý ở 4 ngày đầu không ổn định, nồng độ N–NH4+ sau xử lý dao
53
động trong khoảng 25 – 15 mg/L, có thể lý giải là do việc thay đổi thời gian lưu nước từ 24 giờ sang 17 giờ nên vi sinh vật trong bể chưa kịp thích nghi. Đến ngày thứ 5 trở đi, hiệu quả xử lý N–NH4+ bắt đầu ổn định, nồng độ N–NH4+ sau xử lý dao động trong khoảng 5 – 2 mg/L. Nồng độ N–NO3- sau xử lý dao động trong khoảng 7 – 19mg/L. Nồng độ COD sau xử lý dao động trong khoảng 32 – 64 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 3.14, 3.15 và 3.16
Hình 3.14 Biến thiên nồng độ N–NH4+ trước xử lý và sau xử lý trong giai đoạn nghiên cứu ảnh hưởng tải trọng ammonia 0.17 – 0.19kg N–NH4+ /m3.ngđ
54
Hình 3.15 Biến thiên nồng độ N–NO3- sau xử lý trong giai đoạn nghiên cứu ảnh hưởng tải trọng ammonia 0.17 – 0.19kg N–NH4+ /m3.ngđ
Hình 3.16 Biến thiên nồng độ COD trước xử lý và sau xử lý trong giai đoạn nghiên cứu ảnh hưởng tải trọng ammonia 0.17 – 0.19kg N–NH4+ /m3.ngđ
Kết quả nghiên cứu 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 thực tế thấp hơn kiềm sử dụng trên lý thuyết. Có thể lý giải do q trình khử N–NO3- tạo ra kiềm, nên lượng kiềm được tạo ra được sử dụng tiếp cho q trình oxy hóa N–NH4+ thành N–NO3-. Biến thiên độ pH và độ kiềm của nước thải trước và sau xử lý được trình bày trong hình 3.17 và 3.18.
55
Hình 3.17 Biến thiên nồng độ pH trước xử lý và sau xử lý trong giai đoạn nghiên cứu ảnh hưởng tải trọng ammonia 0.17 – 0.19kg N–NH4+ /m3.ngđ
Hình 3.18 Biến thiên nồng độ kiềm trước xử lý và sau xử lý trong giai đoạn nghiên cứu ảnh hưởng tải trọng ammonia 0.17 – 0.19kg N–NH4+ /m3.ngđ
56