CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
4.3. Nội dung nghiên cứu 3: Đánh giá sự ảnh hưởngcủa hàm lượng chất hữu
4.3.3. Kết quả, thảo luận và so sánh kết quả nghiên cứu đánh giá sự ảnh hưởngcủa
khác.
Thí nghiệm tiến hành đồng thời 3 cột mơ hình Anammox AX1 (HRT=12h), AX2 (HRT=9h) và AX3 (HRT=6h) trong thời gian 150 ngày. Nồng độ chất hữu cơ được bổ sung vào trong nước thải nhân tạo của các giai đoạn để thu được tỉ lệ C/N lần lượt là 1,0; 2,0; 3,5; 5,5 và 7,0.
Bảng 4.7. So sánh sự ảnh hưởng của hàm lượng chất hữu cơ đến quá trình Anammox với một số nghiên cứu khác
Bể phản ứng Tỉ lê C/N Nồng độ COD (mg/L) Ảnh hưởng TLTK
UASB - 290 Ức chế hoàn toàn việc loại bỏ amoni [75] UASB - > 300 Gây ức chế hoàn toàn phản ứng
Anammox [30]
UASB 4,0 400 Giảm hiệu quả loại bỏ amoni từ 100%
xuống 70% [83]
SBR 1,4 300 Giảm hiệu quả loại bỏ amoni từ 96,5%
xuống 47% [88]
MBR 4,0 800 Giảm hiệu quả xử lý tổng nitơ 30% [145] SBR 3,5 487 Giảm hiệu quả loại bỏ tổng nitơ từ 99%
xuống 22% [68]
AX
(FBR) > 6,0 > 300
Hiệu quả loại bỏ tổng nitơ < 50% và nồng độ amoni đầu ra không đảm bảo yêu cầu của QCVN 14:2008/BTNMT (>10 mg/L)
Nghiên cứu này
Nghiên cứu này cũng có kết quả tương đối giống một số nghiên cứu khác khi đánh giá ảnh hưởng của hàm lượng các chất hữu cơ như nghiên cứu của Cham Choi [30], Ni [83], Pereira [88], Zhang [145], … Đó là sự có mặt của các hợp chất hữu cơ
trong nước thải gây ảnh hưởng đến hiệu quả xử của quá trình Anammox, và sự ảnh hưởng này không chỉ đánh giá thông qua tỉ lệ C/N mà còn phụ thuộc cả vào nồng độ chất hữu cơ trong nước thải. Nồng độ các chất hữu cơ càng cao thì hiệu quả xử lý bằng quá trình Anammox càng lớn. Với tỉ lệ C/N >300 mg/L, hiệu quả xử lý của quá trình Anammox giảm xuống dưới 50% đối với cả 3 mơ hình AX1, AX2 và AX3. Nguyên nhân của việc giảm hiệu quả xử lý là do hoạt tính vi khuẩn Planctomycetes bị giảm khi các hợp chất hữu cơ cùng tồn tại với amoni, nitrit trong nước thải. Lý do có thể là vì vi khuẩn kỵ khí khơng cạnh tranh được với các chất khử nitơ dị dưỡng cho các chất nhận electron do tốc độ phát triển của chất khử nitơ cao. Theo Jin và cộng sự [59] có hai cơ chế ức chế q trình Anammox bởi chất hữu cơ. Đầu tiên là liên quan đến sự cạnh tranh giữa vi khuẩn tự dưỡng của quá trình Anammox và vi khuẩn dị dưỡng bằng nitrit, chất nhận điện tử mà cả hai nhóm vi sinh vật đều sử dụng. Khi vi khuẩn dị dưỡng phát triển nhanh hơn vi khuẩn tự dưỡng, quần thể vi khuẩn khử nitơ kết thúc tăng kích thước để ức chế sự phát triển của vi khuẩn anammox [53], [75]. Cơ chế ức chế thứ hai xảy ra khi vi khuẩn tự dưỡng của q trình Anammox vẫn là nhóm chủ đạo trong mơi trường có tỷ lệ C/N cao, tuy nhiên, chúng thực hiện một con đường trao đổi chất thay thế, trong đó chất hữu cơ được sử dụng làm chất cho điện tử thay vì amoni.
Từ kết quả của nghiên cứu, ngưỡng ức chế quá trình Anammox trong mơ hình phản ứng tầng cố định sử dụng giá thể mang Felibendy được xác định là 300 mgCOD/L. Điều đó có nghĩa là nếu COD <300 mg/L thì thuận lợi cho quá trình Anammox và hoàn toàn phù hợp với nước thải của HTTN chung có nồng độ chất hữu cơ thấp. Đối với nước thải của HTTN riêng của các đơ thị Việt Nam có tỉ lệ C/N lớn, nồng độ chất hữu cơ cao sẽ gây ức chế đến các vi khuẩn Planctomycetes nên q trình Anammox sẽ khơng phát huy hiệu quả loại bỏ các hợp chất nitơ trong nước thải. Do đó, đối với nước thải có COD cao có thể sơ bộ tiến hành loại bỏ một phần các chất hữu cơ (giảm xuống dưới 300 mgCOD/L) rồi sau đó mới áp dụng q trình Anammox.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN
Nghiên cứu đã tiến hành đánh giá khả năng ứng dụng quá trình Anammox sử dụng giá thể mang Felibendy nhằm xử lý nitơ trong nước thải sinh hoạt và có một số kết luận sau:
1. Tốc độ loại bỏ tổng nitơ của mơ hình AX tăng dần theo từng giai đoạn nghiên cứu và đạt giá trị lớn nhất là 1,15 kgN/m3/ngày vào cuối của giai đoạn 4 (HRT=6h). Giá thể mang Felibendy có khả năng cố định và lưu giữ vi khuẩn
Planctomycetes, phù hợp là giá thể mang ứng dụng quá trình Anammox trong mơ
hình AX. Hiệu quả loại bỏ amoni, nitrit và tổng nitơ của mơ hình AX sử dụng giá thể mang Felibendy sau 191 ngày vận hành đạt giá trị lớn nhất lần lượt là 86,4%, 82,9% và 71,5%.
2. Hệ mơ hình PN/AX (mơ hình nitrit hố bán phần và mơ hình AX) đã loại bỏ được các hợp chất chứa nitơ trong nước thải đảm bảo được yêu cầu theo cột B của QCVN 14:2008/BTNMT với hiệu quả xử lý amoni và tổng nitơ đạt 91,4 ± 0,2 % và 69,8
± 0,7%.
3. Với thời gian lưu thủy lực trong mơ hình PN là 9h, tỉ lệ amoni/nitrit trong nước thải đạt được là 1,03 ± 0,02, phù hợp với điều kiện cần thiết cho quá trình Anammox diễn ra. Đối với mơ hình AX sử dụng kỹ thuật phản ứng tầng cố định, thời gian lưu thuỷ lực là 6 giờ đảm bảo được nồng độ amoni đầu ra là 9,9±0,3 mg/L đáp ứng được yêu cầu của nguồn tiếp nhận. Luận án đã xác định được thời gian lưu thuỷ lực phù hợp đối với mơ hình nitrit hố bán phần (mơ hình PN) là 9h và đối với mơ hình Anammox (mơ hình AX) là 6h.
4. Nghiên cứu đã xác định được trong 3 mơ hình phương trình bậc 1, phương trình bậc 2 Grau và phương trình Stover Kincannon thì phương trình động Stover – Kincannon là phù hợp nhất để mơ tả q trình nitrit hố bán phần trong bể PN và quá trình Anammox trong bể FBR. Trong mơ hình PN, nghiên cứu đã xác định được hằng số bán bão hoà KB đối với cơ chất amoni và nitrit lần lượt là 8,038 và 0,905 (mg/L/ngày); hằng số tiêu thụ cơ chất lớn nhất Umax đối với amoni và nitrit
130
lần lượt là 15,489 và 1,156 (mg/L/ngày). Trong mơ hình AX với nước thải sau bể PN, nghiên cứu đã xác định được hằng số KB và Umax của phương trình động học Stover Kincannon đối với cơ chất amoni là KB = 1,7389 (mg/L/ngày); Umax = 1,2411 (mg/L/ngày) và đối với cơ chất tổng nitơ là KB = 3,083 (mg/L/ngày); Umax = 1,763 (mg/L/ngày).
5. Nghiên cứu cho thấy hàm lượng chất hữu cơ trong nước thải có ảnh hưởng đến hiệu quả của quá trình Anammox. Ngưỡng ức chế đối với quá trình Anammox bởi các chất hữu cơ trong mơ hình phản ứng tầng cố định sử dụng giá thể mang Felibendy được xác định là 300 mg/L.
6. Nghiên cứu cũng xác định được hằng số tốc độ tiêu thụ lớn nhất (Umax) và hằng số bán bão hoà KB của quá trình Anammox tỉ lệ nghịch với tỉ lệ C/N trong nước thải. Đối với quá trình loại bỏ amoni, khi tỉ lệ C/N tăng từ 0 đến 6,0, giá trị Umax giảm dần từ 0,685 xuống 0,314 (mg/L/ngày); giá trị KB giảm từ 0,846 xuống 0,498 (mg/L/ngày). Tương tự như vậy, với quá trình loại bỏ tổng nitơ, khi tỉ lệ C/N tăng từ 0 đến 6,0, giá trị Umax giảm dần từ 0,982 xuống 0,599 (mg/L/ngày) và giá trị KB giảm dần từ 1,427 xuống 1,022 (mg/L/ngày).
KIẾN NGHỊ
1. Tiếp tục nghiên cứu khảo sát các yếu tố ảnh hưởng khác, các biện pháp khắc phục ảnh hưởng của COD cao để có cơ sở đề xuất dây chuyền công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt/nước thải đơ thị ứng dụng q trình Anammox.
2. Tiếp tục nghiên cứu sử dụng mơ hình PN/AX với giá thể mang Felibendy ở quy mơ pilot và quy mơ thực tế để có thể đánh giá về mức tiêu thụ năng lượng, hiệu quả kinh tế của giải pháp xử lý nitơ trong nước thải sinh hoạt/nước thải đơ thị ứng dụng q trình Anammox.
3. Nghiên cứu đánh giá điều kiện sinh trưởng và phát triển tối ưu của vi khuẩn cũng như nuôi cấy, làm giàu vi khuẩn Nitrosomonas và Planctomycetes để chủ động nguồn cung cấp vi khuẩn.
131
DANH MỤC CÁC BÀI BÁO ĐÃ CƠNG BỐ CỦA TÁC GIẢ CĨ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN
1. Nguyễn Thị Mỹ Hạnh (2016), “Ứng dụng quá trình Anammox để xử lý amoni trong nước thải”, Tạp chí Khoa học Kiến trúc & Xây dựng, ISSN 1859-350X, 21, 57- 61.
2. Nguyễn Thị Mỹ Hạnh, Trần Thị Hiền Hoa (2019), “Đánh giá hiệu quả xử lý
nitơ trong nước thải sinh hoạt ứng dụng q trình nitrit hố bán phần và anammox”,
Tạp chí Khoa học Kiến trúc & Xây dựng, ISSN 1859-350X, 34, 43-46.
3. Nguyen Thi My Hanh, Tran Thi Hien Hoa (2020), “Effect of hydraulic retention time on nitrogen removal in domestic wastewater by partial nitritation and Anammox processes”, Journal of Science and Technology in Civil Engineering (STCE)-NUCE, 14(2), 127-136. ISSN 1859-2996.
4. Nguyen, H. T. M., & Tran, H. T. H. (2021), “Effect of organic matter on nitrogen removal through the anammox process”, Water Environment Research, 93(4), 608-619.
132
TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng Việt
1. Nguyễn Việt Anh (2010), Bể tự hoại và bể tự hoại cải tiến, Nhà xuất bản Xây dựng.
2. Bộ Xây dựng (2021), Quản lý thoát nước, xử lý nước thải tại Việt Nam và kinh nghiệm của Nhật Bản, Nhà xuất bản Xây dựng, Hà Nội.
3. Lê Văn Cát (2007), Xử lý nước thải giàu N và P, Nhà xuất bản khoa học tư nhiên và Công nghệ Quốc gia, Hà Nội
4. Cục Hạ tầng kỹ thuật, Bộ Xây Dựng (2018), Báo cáo Hội thảo Việt - Nhật về thoát
nước và xử lý nước thải.
5. Cao Thế Hà, Vũ Ngọc Duy, Nguyễn Thị An Hằng, Nguyễn Trường Quân, Trần Mạnh Hải (2019), “Hiện trạng công nghệ xử lý nước thải theo hướng phát triển bền vững”, Tạp chí Khoa học và Cơng nghệ Việt Nam, (1B), 50.
6. Trần Đức Hạ, Đỗ Văn Hải (2002), Cơ sở hố học q trình xử lý nước cấp và nước
thải, Nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội.
7. Trần Đức Hạ, Trần Thị Hiền Hoa, Nguyễn Quốc Hịa, Trần Cơng Khánh, Trần Thị Việt Nga, Lê Thị Hiền Thảo (2011), Cơ sở hóa học và vi sinh vật học trong kĩ thuật
môi trường, Nhà xuất bản Giáo dục.
8. Nguyễn Như Hiển (2017), Nghiên cứu xử lý nitơ trong nước thải chế biến mủ cao
su kết hợp q trình nitrit hố bán phần-Anammox trong hệ bùn lơ lửng và bùn giá thể, Luận án Tiến sĩ, Đại học Quốc Gia, thành phố Hồ Chí Minh, Viện Mơi trường
và Tài nguyên.
9. Nguyễn Như Hiển, Trương Thị Thanh Vân, Lê Thanh Sơn, Phan Thế Nhật, Nguyễn Phước Dân (2017), “Ứng dụng q trình kết hợp Nitrit hóa bán phần – Anammox sử dụng giá thể sinh học quay để xử lý nước thải giàu ammonium”, Tạp chí Phát triển Khoa học và Cơng nghệ, 19(2), 5-16.
10. Trần Thị Hiền Hoa (2017), Nghiên cứu ứng dụng q trình Anammox (Anaerobic
Ammonium Oxidation - ơxi hóa kỵ khí amơni) để xử lý amơni trong nước thải, Đề
tài cấp Bộ B2015-03-15, Bộ Giáo dục và đào tạo.
11. Nguyễn Xuân Hoàn (2009), “Nghiên cứu xử lý amonium nồng độ thấp trong nước thải sinh hoạt bằng phương pháp Anammox”, Tạp chí Hố học & ứng dụng, 13, 39- 44.
133
12. Phạm Khắc Liệu, Kenji Furukawa (2008), “Phát triển quá trình xử lý sinh học mới loại nitơ trong nước thải trên cơ sở phản ứng anammox”, Tạp chí Khoa học, Đại học Huế, 48, 109–118.
13. Ngân hàng Thế giới (2013), Báo cáo Đánh giá hoạt động quản lý nước thải đô thị
tại Việt Nam.
14. Nguyễn Văn Phước (2007), Giáo trình xử lý nước thải sinh hoạt và công nghiệp bằng phương pháp sinh học, Nhà xuất bản Xây Dựng.
15. Lê Công Nhất Phương, Lê Thị Cẩm Huyền, Nguyễn Huỳnh Tấn Long (2012), “Xử
lý amonium trong nước thải giết mổ bằng việc sử dụng kết hợp q trình nitrit hóa bán phần kết hợp/Anammox”, Tạp chí Sinh học, 34(3), 105–110.
16. Lê Cơng Nhất Phương (2009). Nghiên cứu ứng dụng nhóm vi khuẩn Anammox trong xử lý nước thải nuôi heo, Luận án Tiến sĩ, Viện Môi trường và Tài nguyên,
Đại học Quốc Gia, thành phố Hồ Chí Minh.
17. Lê Cơng Nhất Phương (2015), Nghiên cứu ứng dụng phương pháp nitrit/anammox
để xử lý nitơ trong nước thải thuộc da, Đề tài khoa học cấp Bộ, BC15000015. 18. Lê Công Nhất Phương, Lều Thọ Bách (2009), “Ứng dụng phương pháp nitrit hóa và
ơxy hóa kỵ khí nitơ amơn nhằm xử lý triệt để nước thải chăn ni lợn”, Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng (KHCNXD) - ĐHXD, 3(3).
19. Lê Công Nhất Phương, Ngô Kế Sương, Nguyễn Thị Thắng, Lều Thọ Bách, Trần Hiếu Nhuệ, Furukawa K (2009), “Làm giàu và định danh nhóm vi khuẩn Anammox từ bùn của hệ thống xử lý nước thải chăn ni lợn”, Tạp chí Khoa học Cơng nghệ
Xây dựng (KHCNXD) – ĐHXD, 3(1).
Tài liệu tiếng Anh
20. Abbas, G., Wang, L., Li, W., Zhang, M., & Zheng, P. (2015), "Kinetics of nitrogen removal in pilot-scale internal-loop airlift bio-particle reactor for simultaneous partial nitrification and anaerobic ammonia oxidation", Ecological Engineering, 74,
356–363.
21. Abyar, H., Younesi, H., Bahramifar, N., Zinatizadeh, A. A., & Amini, M. (2017), "Kinetic evaluation and process analysis of COD and nitrogen removal in UAASB bioreactor", Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers, 78, 272–281.
134
22. Adams, M., Xie, J., Xie, J., Chang, Y., Guo, M., Chen, C., & Zhang, T. C. (2020), “The effect of carrier addition on Anammox start-up and microbial community: a review”, Reviews in Environmental Science and Bio/Technology, 19(2), 355-368.
23. Ahn, Y.-H., Hwang, I.-S., & Min, K.-S. (2004), "Anammox and partial denitritation in anaerobic nitrogen removal from piggery waste", Water Science and Technology, 49(5–6), 145–153.
24. APHA. (1995), Standard methods for the examination of water and wastewater, American public health association.
25. Augusto, M. R., Camiloti, P. R., & Souza, T. S. O. de. (2018), "Fast start-up of the single-stage nitrogen removal using anammox and partial nitritation (SNAP) from conventional activated sludge in a membrane-aerated biofilm reactor", Bioresource
Technology, 266, 151–157.
26. Bao, P., Wang, S., Ma, B., Zhang, Q., & Peng, Y. (2017), “Achieving partial nitrification by inhibiting the activity of Nitrospira-like bacteria under high-DO conditions in an intermittent aeration reactor”, Journal of Environmental
Sciences, 56, 71-78.
27. Bassin, J. P., Abbas, B., Vilela, C. L. S., Kleerebezem, R., Muyzer, G., Rosado, A. S., ... & Dezotti, M. (2015), “Tracking the dynamics of heterotrophs and nitrifiers in moving-bed biofilm reactors operated at different C/N ratios”, Bioresource
technology, 192, 131-141.
28. Broda, E. (1977), "Two kinds of lithotrophs missing in nature", Zeitschrift Für
Allgemeine Mikrobiologie, 17(6), 491–493.
29. Cao, Y., van Loosdrecht, M. C., & Daigger, G. T. (2017), “Mainstream partial nitritation–anammox in municipal wastewater treatment: status, bottlenecks, and further studies”, Applied Microbiology and Biotechnology, 101(4), 1365-1383.
30. Chamchoi, N., Nitisoravut, S., & Schmidt, J. E. (2008), "Inactivation of ANAMMOX communities under concurrent operation of anaerobic ammonium oxidation (ANAMMOX) and denitrification", Bioresource Technology, 99(9), 3331–3336.
31. Chang, Z., Sun, N., Li, Z., & Jiang, R. (2018), “Sulfide-driven and nitrite-oxidizing bacteria (NOB) inhibition shortcut nitrification and denitrification biological
135
nitrogen removal technology”, Chinese Journal of Environmental
Engineering, 12(5), 1416-1423.
32. Chen, C., Huang, X., Lei, C., Zhu, W., Chen, Y., & Wu, W. (2012), "Improving Anammox start-up with bamboo charcoal", Chemosphere, 89(10),1224–1229.
33. Chen, C., Sun, F., Zhang, H., Wang, J., Shen, Y., & Liang, X. (2016), "Evaluation of COD effect on anammox process and microbial communities in the anaerobic baffled reactor (ABR)", Bioresource Technology, 216, 571–578.
34. Chen, C., Zhu, W., Huang, X., Zhang, T. C., Wu, W., & Sun, F. (2017), “Effects of
HRT and Loading Rate on Performance of Carriers Amended Anammox UASB‐
Reactors”, Water Environment Research, 89(1), 43-50.
35. Chen, G., Li, J., Wei, J., Zeng, J., Zhang, Y., Bian, W., & Deng, H. (2016), “Nitritation via heat shock using immobilized active sludge aggregates”, Desalination and Water Treatment, 57(48-49), 22779-22787.
36. Chen, R., Ji, J., Chen, Y., Takemura, Y., Liu, Y., Kubota, K., Ma, H., & Li, Y.-Y. (2019). "Successful operation performance and syntrophic micro-granule in partial nitritation and anammox reactor treating low-strength ammonia wastewater", Water
Research, 155, 288–299.
37. Contois, D. E. (1959), “Kinetics of bacterial growth: relationship between population density and specific growth rate of continuous cultures”, Microbiology,
21(1), 40- 50.
38. Cui, Y., Peng, C., Peng, Y., & Ye, L. (2009), "Effects of Salt on Microbial Populations and Treatment Performance in Purifying Saline Sewage Using the MUCT Process", CLEAN – Soil, Air, Water, 37(8), 649–656.
39. Dapena-Mora, A., Fernández, I., Campos, J. L., Mosquera-Corral, A., Méndez, R., & Jetten, M. S. M. (2007), "Evaluation of activity and inhibition effects on