Nhựa EVOH (Ethylene Vinyl Alcohol) thường được sử dụng rộng rãi làm vỏ bọc sản phẩm do đặc tính bền cơ học cao, độ đàn hồi, độ cứng bề mặt, khả năng chống ăn mòn cao. Phần cốt lõi của Felibendy là hạt nhựa PET (Polyethylene terephthalate). PET có khả năng chống mài mòn và độ ổn định rất cao, là loại nhựa nhiệt dẻo có độ đàn hồi tương đối ổn định có thể được sử dụng để sản xuất các sản phẩm yêu cầu đột phá về độ bền và có độ ổn định kích thước cao.
Q trình Steam-jet là quá trình ép nhựa dưới áp lực và nhiệt độ cao kết hợp với phun hơi nước làm tan chảy nhựa EVOH và nhựa PET làm gia tăng số lượng các điểm gắn kết và phát triển cấu trúc cứng với vơ số khoảng khơng, bề mặt xốp nhiều
41
lỗ rỗng. Felibendy có một cấu trúc sợi dạng cứng rắn, bền vững, với các đặc tính nhẹ, diện tích bề mặt lớn, cách nhiệt và thấm khí tốt
Bảng 1.6. Đặc tính của Felibendy [149]
STT Thông số Đơn vị Giá trị
1 Định lượng g/m2 800 2 Độ dày mm 8 3 Trọng lượng riêng g/cm3 0,1 4 Độ thấm khí g/cm3/cm2/s 26,2 5 Độ dẫn nhiệt W/m.K 0,034 6 Độ rỗng xốp % 90-95 7 Diện tích bề mặt m2/m3 4500-5000
Với các đặc tính được trình bày trong bảng 1.6, Felibendy có thể đáp ứng được các yêu cầu của giá thể mang và được lựa chọn làm giá thể vi sinh cố định nhằm hỗ trợ quá trình Anammox trong mơ hình phản ứng tầng cố định. Giá thể mang Felibendy cũng đã được sử dụng trong nghiên cứu của Trần Thị Hiền Hoa với mơ hình phản ứng tầng lưu động [10]. Trong quá trình vận hành 262 ngày, hiệu suất loại bỏ TN tăng dần từ 50,69% đến 79,88% với nồng độ TN đầu vào tăng từ 55 đến 235 mgN/L.
1.4.3. Tổng quan về các nghiên cứu về phương trình động học mơ tả q trình Anammox
Nhằm mơ tả q trình động học diễn ra trong các cơng trình xử lý, rất nhiều các nghiên cứu đã xây dựng các mơ hình động học. Động học của quá trình xử lý sinh học liên quan đến quá trình sinh trưởng tế bào và quá trình phân huỷ nội bào. Một số mơ hình động học cơ bản như mơ hình bậc 1, mơ hình Monod, mơ hình động học bậc hai Grau, mơ hình Contois, mơ hình Stover Kincannon… được trình bày trong bảng 1.7.
42 Bảng 1.7. Tổng hợp một số phương trình động học cơ bản Mơ hình động học Phương trình động học Chú thích TLTK
"#: tốc độ loại bỏ cơ chất (mg/L/ngày) "$ Bậc 1 − dS = K . S dt ! K1: hằng số tốc độ loại bỏ cơ chất bậc một (ngày-1) [60] S: nồng độ cơ chất (mg/L) % − dS = K . X. ) S& * dt % S'
"#: tốc độ loại bỏ cơ chất (mg/L/ngày) "$
K2: hằng số tốc độ loại bỏ cơ chất của Bậc 2
Grau
mơ hình động học bậc 2 (ngày-1)
X: nồng độ sinh khối trong mơ hình [48] (mgVSS/l)
S0: nồng độ cơ chất đầu vào (mg/L) Se: nồng độ cơ chất đầu ra (mg/L) "#: tốc độ loại bỏ cơ chất (mg/L/ngày) "$
�(: tốc độ sinh trưởng riêng tối đa
(ngày-1) Monod − � dtdS =((((((((((((((( �(. � .) +
KS: hằng số bán bão hoà (mg/L)
S: nồng độ cơ chất (mg/L) [76] X: nồng độ sinh khối trong mơ hình
(mg VSS/L)
Y: hệ số năng suất tăng trưởng sinh khối (mgVSS/g cơ chất)
43
Bảng 1.7. Tổng hợp một số phương trình động học cơ bản (tiếp)
Mơ hình động học
Phương trình động học
Chú thích TLTK
"#: tốc độ loại bỏ cơ chất (mg/L/ngày) "$
Contois − �. � dtdS = �( . � . � + �
X: nồng độ sinh khối trong mơ hình
(mgVSS/L) [37]
B: Hằng số bán bão hồ Contois S: nồng độ cơ chất (mg/L) Stover- Kincannon Q. S' − dS = U*+, 5 V 8 dt K- + 5 Q. S' V 8
"#: tốc độ loại bỏ cơ chất (mg/L/ngày) "$
Q: tốc độ dòng (L/ngày)
S0: nồng độ cơ chất đầu vào (mg/L) Se: nồng độ cơ chất đầu ra (mg/L) V: thể tích của bể phản ứng (L)
KB: hằng số bán bão hoà (mg/L/ngày) Umax: tốc độ tiêu thụ cơ chất lớn nhất (mg/L/ngày)
[85]
Năm 2012, Ni và cộng sự [84] đã áp dụng 5 dạng mơ hình động học gồm mơ hình Monod, mơ hình Contois, mơ hình động học bậc 1, mơ hình động học bậc 2 Grau và mơ hình Stover Kincanon đối với mơ hình UASB sử dụng bùn hạt. Kết quả cho thấy, mơ hình Monod và mơ hình Contois có hệ số xác định R2 thấp. Chỉ có mơ hình động học bậc 1, mơ hình Grau và mơ hình Stover Kincannon là phù hợp để mơ tả động học của q trình Anammox vì có hệ số xác định R2 cao (trên 80%). Kết quả này cũng tương đồng với kết quả nghiên cứu của Abbas và cộng sự [20] khi mơ hình phản ứng được vận hành với NLR là 420 ±30 kg/m3/ngày và thời gian lưu thủy lực từ 0,066 đến 1,0 ngày.
Trong nghiên cứu của Niu và cộng sự [85], hiệu quả loại bỏ tổng nitơ của mơ hình UASB được mơ phỏng và dự đốn bằng mơ hình Stover-Kincannon, mơ hình
44
Monod, mơ hình bậc nhất và mơ hình loại bỏ chất nền bậc hai Grau. Kết quả mô phỏng đã chứng minh rằng mơ hình Stover-Kincannon và mơ hình bậc hai Grau là những mơ hình thích hợp nhất với tốc độ loại bỏ TN tối đa được mong đợi là Umax và hằng số giá trị bão hòa KB lần lượt là 3,33 và 4,03 gN/L/ngày.
Theo nghiên cứu của Abyar và cộng sự [21], trong bốn mơ hình động học là mơ hình bậc nhất, bậc hai Grau, mơ hình Stover – Kincannon và Monod thì mơ hình Stover – Kincannon được cho là tốt nhất để mơ tả q trình xử lý với hằng số tiêu thụ cơ chất lớn nhất Umax và hằng số bán bão hoà KB lần lượt là 0,314 và 0,334.
Các nghiên cứu trên cho thấy, ba dạng mơ hình động học phù hợp nhất để mơ tả động học của q trình Anammox là mơ hình động học bậc một, mơ hình động học bậc hai Grau và mơ hình Stover-Kincannon. Tuy nhiên, các thơng số động học của các quá trình này là khác nhau đối với các loại nước thải, nồng độ cơ chất và điều kiện vận hành khác nhau của từng mơ hình [20], [91].
1.5. Một số vấn đề còn tồn tại khi xử lý nước thải bằng quá trình Anammox vàhướng nghiên cứu của luận án hướng nghiên cứu của luận án
Sau khi tổng quan các nghiên cứu về quá trình Anammox trên thế giới và thực trạng nghiên cứu ứng dụng ở Việt Nam, nhận thấy rằng:
- Ở Việt Nam, các nghiên cứu về q trình Anammox cịn chưa đa dạng về đối tượng nước thải, các nghiên cứu sử dụng nước thải sinh hoạt thực tế cịn ít. Cần phải có những thử nghiệm về hiệu suất lâu dài cũng như đánh giá được khả năng ứng dụng vào thực tiễn.
- Các nghiên cứu về yếu tố ảnh hưởng hoặc ức chế đến hoạt động của vi khuẩn Anammox chưa đầy đủ. Cần có các nghiên cứu, biện pháp nâng cao hiệu quả, rút ngắn thời gian khởi động của quá trình Anammox.
- Các nghiên cứu về nuôi cấy và làm giàu vi khuẩn Anammox còn hạn chế. Cơ chế của anammox và sự kết hợp của anammox với các vi khuẩn khác cần được khám phá thêm.
45
- Cần bổ sung các nghiên cứu về các giá thể mang hỗ trợ cho q trình dính bám của vi sinh vật nhằm đảm bảo màng vi sinh khơng bị rửa trơi trong q trình hoạt động của mơ hình xử lý.
- Cần xác định được các thơng số vận hành phù hợp với quá trình Anammox tương ứng với các mơ hình phản ứng khác nhau.
- Cần nghiên cứu động học của q trình Anammox, xác định được mơ hình động học phù hợp và dự đốn được chất lượng nước thải đầu ra.
Các vấn đề nêu trên không thể cùng lúc được giải quyết cho một nghiên cứu mà cần phải tiến hành nhiều nghiên cứu cũng như cần nghiên cứu từng bước một. Do đó, trong phạm vi luận án này, tác giả sẽ tập trung vào giải quyết một số vấn đề sau:
- Bổ sung nước thải sinh hoạt thực tế (nước thải sau bể tự hoại) vào đối tượng nghiên cứu ứng dụng quá trình Anammox (do 90% nước thải sinh hoạt từ các hộ gia đình đều được xử lý sơ bộ trước khi xả vào hệ thống thoát nước chung)
- Bổ sung nghiên cứu về việc ứng dụng giá thể vi sinh cố định (Felibendy) để đánh giá khả năng xử lý nitơ trong nước thải sinh hoạt bằng quá trình nitrit hố bán phần và Anammox.
- Nghiên cứu xác định thời gian lưu thuỷ lực phù hợp cho mơ hình nitrit hố bán phần và mơ hình Anammox sử dụng giá thể vi sinh cố định Felibendy. - Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng các chất hữu cơ trong nước thải đến
quá trình Anammox.
- Xác định phương trình động học phù hợp để mơ tả q trình xử lý nitơ trong nước thải. Đồng thời xác định các thông số động học tương ứng với các tỉ lệ C/N khác nhau trong nước thải sinh hoạt.
46
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NITƠ ỨNG DỤNG Q TRÌNH NITRIT HỐ BÁN PHẦN - ANAMMOX 2.1. Q trình Anammox
2.1.1. Bản chất của quá trình Anammox
Quá trình Anammox (Anaerobic ammonium oxidation) hay q trình oxi hóa kỵ khí amoni là một quá trình vi sinh quan trọng diễn ra trong mơi trường tự nhiên tồn cầu. Quá trình Anammox được định nghĩa là q trình amoni và nitrit được oxi hóa một cách trực tiếp thành khí N2 dưới điều kiện yếm khí với amoni là chất cho điện tử, cịn nitrit là chất nhận điện tử để tạo thành khí N2.