3.1.3.1 Mõ hình SBR nitrat hố bán phần hoạt động theo mẻ
Mơ hình SBR nitrate hĩa tồn phần được làm bằng mica cĩ kích thước 0,1m×0,1m×1m, thể tích 10L, thể tích làm việc 05L.
Mơ hình được làm thống bằng cách sục khí bằng đá bọt đặt ở đáy thiết bị.
Nước sau phản ứng được rút ra sau khi để lắng trên 1 giờ
3.1.3.2 Mơ hình MBR nitrat hố bán phần hoạt động theo mẻ
Mơ hình MBR nitrate hĩa được làm bằng mica cĩ kích thước 0,1m×0,1m×1m, thể tích 10L, thể tích làm việc 05L.
Trong mơ hình phản ứng, một module màng dạng sợi của hãng Mitsubishi Rayon Co.Ltd sản xuất, vật liệu Sterapore, model STNM424 cĩ kích thước lỗ rỗng 0,1µm và diện tích bề mặt là 0,42m2 được đặt nhúng chìm cố định ở phần trên của thiết bị.
Nước sau phản ứng được rút qua màng nhờ bơm định lượng (H=6,5Bar, Qmax=63 L/h) cĩ thể điều chỉnh lưu lượng.
Hình 3.1: Mơ hình MBR nitrat hố bán phần 3.1.3.3 Mơ hình đối chứng SBR nitrat hố bằng nước thải nhân tạo
Mơ hình SBR nitrate hĩa được làm bằng mica cĩ kích thước 0,1m×0,1m×1m, thể tích 10L, thể tích làm việc 05L.
Mơ hình được làm thống bằng cách sục khí bằng đá bọt đặt ở đáy thiết bị.
Nước sau phản ứng được rút ra sau khi để lắng trên 1 giờ
3.1.3.4 Mơ hình Anoxic
Mơ hình anoxic cĩ thể tích làm việc là 05L làm bằng mica cĩ hình trụ trịn, mơ hình được khuấy trộn bằng máy khuấy từ cĩ thể điều chỉnh tốc độ.
Hình 3.2. Mơ hình Anoxic 3.2. Phương pháp nghiên cứu
3.2.1 Khởi động mơ hình SBR nitrat hĩa bán phần
Nuơi cấy hệ bùn hoạt tính trong bể SBR với nồng độ MLSS ban đầu 8 g/l.
Nước thải vào là nước thải sau bể UASB.
Hoạt động theo mẻ .
Thay đổi và xác định HRT thích hợp cho quá trình nitrate hĩa bán phần diễn ra tốt nhất thơng qua viêc theo dõi tỉ lệ N-NH4+ : NO2- .
Ngừng quá trình khởi động khi SBR hoạt động ổn định với tỷ lệ N-NH4+ : N- NO2-≈ 1:1.
Các thơng số giám sát cho quá trình bao gồm: pH, nhiệt độ , MLSS, HRT, N- NH4+, N-NO2-, N-NO3- …
3.2.2 Khởi động mơ hình MBR nitrat hĩa tồn phần
Nuơi tiếp tục hệ bùn hoạt tính trong bể SBR với nồng độ MLSS đạt 14 g/l.
Nước thải vào là nước thải sau bể UASB.
Hoạt động theo mẻ .
Thay đổi và xác định HRT thích hợp cho quá trình nitrate hĩa tồn phần diễn ra tốt nhất thơng qua viêc theo dõi N-NH4+
Ngừng quá trình khởi động khi MBR hoạt động ổn định với nồng độ N-NH4+
đạt giá trị nhỏ nhất cĩ thể.
Các thơng số giám sát cho quá trình bao gồm: pH, nhiệt độ , MLSS, HRT, N- NH4+, N-NO2-, N-NO3- …
3.2.3 Khởi động mơ hình đối chứng – nitrat hố bằng nước thải nhân tạo
Nuơi cấy hệ bùn hoạt tính trong bể SBR với nồng độ MLSS ban đầu 8 g/l.
Nước cho vào mơ hình là nước cấp được được bổ sung:
3g NH4Cl/ lít
1.5g Na2HPO4/lít
3g glucơzơ/lít
Hoạt động theo mẻ .
Thay đổi và xác định HRT thích hợp cho quá trình nitrate hĩa diễn ra tốt nhất thơng qua viêc theo dõi tỉ lệ N-NH4+ : NO2- .
Ngừng quá trình khởi động khi SBR hoạt động ổn định với tỷ lệ N-NH4 : N- NO2-≈ 1:1.
Các thơng số giám sát cho quá trình bao gồm: pH, nhiệt độ , MLSS, HRT, N- NH4+, N-NO2-, N-NO3- …
Tiếp tục mơ hình đối chứng SBR nhưng khơng bổ sung glucơzơ mà ta bổ sung NaHCO3
3.2.4 Khởi động mơ hình Anoxic
Nuơi cấy hệ bùn kị khí nồng độ 8 g/L trong nước đầu ra của bể SBR . Chạy mơ hình theo mẻ cho đến khi ổn định .
Các thơng số giám sát cho quá trình bao gồm: pH, nhiệt độ , MLSS, HRT, N- NH4+, N-NO2-, N-NO3- …
3.3. Các thơng số vận hành
3.3.1 Mơ hình SBR nitrate hĩa bán phần và MBR nitrat hố tồn phần
Xác định thời gian lưu nước thủy lực cho quá trình nitrate hĩa ghi nhận tỷ lệ N-Amonia : N-Nitrite
Bảng 3.1: Thơng số vận hành mơ hình SBR, MBR
Điều kiện vận hành Giá trị
TKN ban đầu (mg/L) 1400 – 1900 (nước thải nguyên thủy) DO (mg/L) 3.5 - 4 pH 6,5 - 9 MLSS ban đầu (g/L) 8 SRT (ngày) Khơng rút bùn HRT (h) Thay đổi 3.3.2 Mơ hìnhđối chứng SBR
xác định thời gian lưu nước thuỷ lực cho quá trình nitrat hố bằng cách ghi nhận tiû lệ N-NH4+ : N-NO2.
Điều kiện vận hành Giá trị DO (mg/L) 3.5 - 4 pH 6,5 - 9 MLSS ban đầu (g/L) 8 SRT (ngày) Khơng rút bùn HRT (h) Thay đổi 3.3.3 Mơ hình Anoxic :
Xác định hiệu quả khử nitrit thơng qua HRT,MLSS, DO, SRT và chất dinh dưỡng bổ sung vào mơ hình.
Bàng 3.2: Thơng số vận hành mơ hình Anoxic
Điều kiện vận hành Giá trị
Chất dinh dưỡng ( glucozơ và mật rỉ đường) DO (mg/L) 0.2 MLSS ban đầu (g/L) 6 SRT (ngày) Khơng rút bùn HRT (h) Thay đổi 3.4. Phương pháp phân tích
Mẫu nước sau xử lý được lọc để sau đĩ đem đi phân tích các chỉ tiêu dựa theo cuốn “Standard Methods for the Exammination of Water and Wastewater".
• pH được đo bằng máy đo pH hay pH kế.
• Nhu cầu oxy hĩa học COD được xác định bằng phương pháp oxy hĩa sử dụng potassium K2Cr2O7 trong mơi trường acid mạnh sử dụng acid sulfuric đậm đặc, đun nĩng ở 1500C trong thời gian 2 giờ. Sau đĩ đem định phân bằng ferrous ammonium sulfate (FAS) Fe(NH)4(SO4)2.6H2O 0,25M với chỉ thị Feroin.
• Hàm lượng cặn lơ lửng trong hỗn hợp lỏng MLSS , được xác định bằng phương pháp sấy ở 103 - 1050C đến trọng lượng khơng đổi
• N- NH3 được xác định bằng phương pháp chưng cất Kjaldahl trong mơi trường pH = 9,5, hơi ammonia được hấp thụ vào dung dịch acid boric H3BO3 với chỉ thị H3BO3 - methyl red - methylenblue, sau đĩ định phân bằng dung dịch acid sulfuric H2SO4 0,02N .
• N hữu cơ được xác định bằng phương pháp phân hủy và chưng cất Kjeldahl. Mẫu nước được đem phân hủy bằng potassium sulfate K2SO4 và cupperic sulfate CuSO4 trong mơi trường acid mạnh H2SO4. Sau đĩ đem chưng cất như xác định ammonia .
• N-NO3- được xác định bằng phương pháp Salycilate và đo độ hấp thu trên máy spectrophotometer.
• N-NO2- được xác định bằng tác nhân Sulfanilamide, dung dịch N-(1-naphthyl) - ethylenediamine dehydrocloride và đo độ hấp thu trên máy spectrophotometer.
Chương 4 : KẾT QUẢ VAØ BAØN LUẬN 4.1. Quá trình nitrat hố bán phần trong mơ hình SBR
4.1.1. Xác định thời gian lưu nước cần thiết để cĩ tỉ lệ N-NH4+: N-NO2- cần :
Đối với mơ hình SBR chúng ta sẽ vận hành mơ hình đi từ giai đoạn thích nghi ban đầu đến giai đoạn hoạt động ổn định. Sự thay đổi này sẽ giúp cho chúng ta khảo sát được tỉ lệ N-NH3 : N-NO2- biến thiên theo thời gian lưu nước .
Trong suốt quá trình thơng số DO được cố định và theo dõi sự thay đổi của pH, MLSS, COD,N-NH4+, N-NO2-, N-NO3- theo HRT
Thời gian thích nghi là 20 ngày bao gồm các mẻ 1 , 2 , 3 , 4 và 5 . Cịn từ mẻ 6 trở về sau là giai đoạn mơ hình bắt đầu đi vào hoạt động ổn định .
Trong giai đoạn thích nghi này quá trình chuyển hố lúc đầu xảy ra chậm về sau trở nên rõ ràng hơn một phần là do thời gian lưu nước dài , một phần khác là do đang cĩ sự thích nghi dần dần của sinh khối trong mơ hình.
Ở mẻ 1 quá trình hầu như xảy ra rất chậm .
Bảng 4.2: Kết quả vận hành mẻ 1 (DO = 0,11 mg/L) HRT (h) TKN (mg/L) N-NH4+ (mg/L) N-NO2 (mg/L) N-NO3 (mg/L) COD (mg/L) pH T (0C) 0 1721 650 0.16 6 3415 8.12 30.2 24 1690 690 0.17 5.9 3269 8.16 30.1
Ở trạng mẻ 2 quá trình diễn ra cĩ chiều hướng rõ ràng hơn vì thời gian lưu nước lớn hơn rất nhiều. Điều này thể hiện như sau :
Hình 4.2: S bi n thiên TKN , N-NHự ế 4+, N-NO2- và N-NO3- m 2 (DO=0,16ở ẻ
mg/L)
Trong khoảng thời gian này mặc dù nitrit và nitrat biến thiên rất ít nhưng ammonia vẫn giảm theo thời gian với nguyên nhân chủ yếu là do quá trình bay hơi trong một thời gian dài dưới dạng khí ammoniac ( mùi rất nồng và duy trì ở mơ hình trong suốt quá trình).Quá trình đang diễn ra ở thời điểm này vẫn tập trung phần lớn từ sự chuyển hố nitơ hữu cơ sang ammonia .
Quá trình diễn ra khá rõ ràng kể từ mẻ 3 trở đi , đã cĩ sự chuyển hố nhanh dần từ dạng nitơ hữu cơ sang ammonia , từ ammonia sang nitrit , từ nitrit sang nitrat .
Hình 4.3:S bi n thiên TKN ,N-NHự ế 4+ ,N-NO2-,N-NO3- m 3(DO=0,19-ở ẻ
0,21mg/L)
Ở giai đoạn này , nitrit và nitrat đã cĩ gia tăng về lượng đáng kể bởi lượng DO cung cấp đã bắt đầu tăng lên nhưng tốc độ tăng nitrit vẫn cịn khá chậm .
Trong suốt giai đoạn vận hành mẻ 4 và 5 , quá trình được theo dõi với thời gian tương ứng là 4 giờ một lần trong vịng 48 tiếng đồng hồ và 2 giờ một lần trong vịng 24 tiếng đồng hồ .
Hình 4.4: K t qu c a m 4 (DO = 0,25-0,31 mg/L)ế ả ủ ẻ
Ở thời điểm này sự biến thiên của TKN và ammonia dường như ổn định hơn , trong khi nitrit tăng nhanh và nitrat tăng vừa phải trong thời gian ngắn hơn chứng tỏ cĩ ảnh hưởng của DO .Quá trình tiếp tục diễn ra nhanh hơn ở mẻ 5 .
Hình 4.5: K t qu c a m 5 (DO = 0,57-0,72 mg/L)ế ả ủ ẻ
Nếu tính đến khi kết thúc mẻ 5 thì lượng nitrit sinh ra là thấp hơn mẻ 3 và mẻ 4 nhưng thời gian lưu chỉ cịn 24 giờ mà thơi , song song đĩ sự biến thiên của ammonia vẫn ổn định .
Kết thúc giai đoạn thích nghi để chuyển sang giai đoạn đi vào hoạt động ổn định , việc theo dõi trở nên kỹ lưỡng hơn , chủ yếu tập trung việc theo dõi tỉ lệ N- NH4+ : N-NO2 thay đổi theo từng giờ đồng hồ . Mẻ vận hành tiếp theo chính là mẻ 6 (DO = 1,62-2,13 mg/L)
Hình 4.6: S bi n thiên c a ammonia và nitrit m 6 (DO = 1,62-ự ế ủ ở ẻ
2,13 mg/L)
Bàng 4.3: Kết quả vận hành mẻ 6
N-NH4+ : N-NO2 5787:1 19:01 11,1:1 7,9;1 6,8:1 2,1:1
N-NO3(mg/L) 6.4 23 13 48 52 119
Nhìn chung quá trình vẫn cịn mới đi vào giai đoạn ổn định cho nên tỉ lệ NH3: NO2 vẫn cịn cĩ sự dao động lớn . Ammonia nhìn chung cĩ giảm nhưng sự biến thiên là chưa kỉểm sốt được , đơi khi lại cĩ hiện tượng tăng nhẹ trở lại . Cịn nitrit cĩ tăng đáng kể nhưng cũng cĩ sự dao động khơng ổn định và vẫn cịn chậm , cĩ kéo theo sự tăng lên của nitrat ở một chừng mực nào đĩ . Chúng ta cần quan tâm đến điều này để điều chỉnh làm sao cho nitrat khơng tăng quá lớn . Bước đầu cĩ thể khẳng định tỉ lệ này sẽ đạt xấp xỉ 1:1 ở thời gian lưu nước từ 10 tiếng đồng hồ trở về sau .
Chúng ta tiếp tục chuyển sang mẻ vận hành tiếp theo , một mặt vừa tăng tốc độ chuyển hố , mặt khác vẫn theo dõi kỹ tỉ lệ NH3: NO2 để cĩ một nhận định rõ hơn về việc chuyển hố của quá trình . Thời gian theo dõi sẽ tập trung vào giai đoạn nữa đầu của 24 giờ lưu nước .
Hình 4.7: S bi n thiên c a ammonia và nitrit m 7 (DO = 2,22-ự ế ủ ở ẻ
2,35mg/L)
Bàng 4.4: Kết quả vận hành mẻ 7
HRT (h) 0 3 6 9 11 24 28
N-NH4+ : N-NO2 4225:1 36:1 15:01 14:1 9,5:1 4,5:1 1,9:1
N-NO3(mg/L) 6.2 16 19 30 31 83 122
Hình 4.8: S bi n thiên c a ammonia và nitrit m 8 (DO = 2,45-ự ế ủ ở ẻ 2,56mg/L) Bàng 4.5: Kết quả vận hành mẻ 8 HRT (h) 0 4 7 11 24 28 N-NH4+ : N-NO2 4728:1 14,3:1 14,5:1 7,4:1 3,3:1 1,8:1 N-NO3(mg/L) 6.4 15 37 31 53 62
Tỉ lệ NH3: NO2 đang dần cĩ sự điều chỉnh gần với ổn định hơn , khả năng dao động vẫn cịn khá lớn .Đã cĩ sự chuyển biến lớn khi chúng ta vẫn tiếp tục tăng DO ở mẻ thứ 9 .
Hình 4.9: S bi n thiên c a ammonia và nitrit m 9 (DO = 2,54-ự ế ủ ở ẻ
2,77mg/L)
Bàng 4.6: Kết quả vận hành mẻ 9
HRT (h) 0 4 8 11 23 24
N-NH4+ : N-NO2 3550:1 9,1:1 4,7:1 2,53:1 1:1,68 1:2,1
N-NO3(mg/L) 6.1 48 38 30 92 72
Lần đầu tiên lượng nitrit sinh ra đã vượt qua lượng ammonia và tỉ lệ giữa hai thành phần này cho thấy đang tiến xích lại gần nhau hơn , chứng tỏ quá trình đang gần tới trạng thái ổn định . Thời gian lưu nước để đạt tỉ lệ chắc chắn là sẽ nhỏ hơn 24 giờ . Tiếp theo chúng ta sẽ chuyển sự theo dõi về giai đoạn nữa sau của thời gian lưu nước là 24 giờ .
Hình 4.10: S bi n thiên c a ammonia và nitrit m 10(DO = 2,62-ự ế ủ ở ẻ 2,87mg/L) Bàng 4.7: Kết quả vận hành mẻ 10 HRT (h) 0 10 12 14 16 18 20 22 24 N-NH4+ : N-NO2 3835:1 2,66:1 1,97:1 1:1,14 1:1,06 1:1,35 1:1,83 1:2,32 1:2,7 N-NO3 (mg/L) 6.2 32 31 34 49 86 109 113 120
Mặc dầu lượng DO cung cấp cho 2 mẻ 9 và 10 là gần tương tự nhau nhưng chính sự xáo trộn hiệu quả hơn đã giúp cho mẻ 10 hoạt động tốt hơn .
Hình 4.11: S bi n thiên c a ammonia và nitrit m 11 (DO = 2,92-3,09ự ế ủ ở ẻ
mg/L) Bàng 4.8: Kết quả vận hành mẻ 11 HRT (h) 0 10 12 14 16 18 20 22 24 N-NH4+ : N-NO2 4157:1 2,37:1 1,78:1 1:1,08 1:1,35 1:1,78 1:2,12 1:2,7 1:2,94 N-NO3 (mg/L) 6.3 35 33 34 42 111 122 103 120
Ở hai mẻ hoạt động trên sự biến thiên của tỉ lệ N-NH4+ : N-NO2- đã dần ổn định , trong khoảng thời gian lưu nước từ giờ thứ 12 đến giờ thứ 16 cĩ sự biến động rõ ràng và dễ nhận thấy . Vì vậy ở mẻ 12 chúng ta vận hành mơ hình hoạt động theo 2 mẻ trước sau lần lượt sau mỗi chu kỳ lưu nước 24 giờ với mục đích là xác định rõ thời gian lưu nước cho thích hợp để cĩ tỉ lệ N-NH4+ : N-NO2 nằm trong giới hạn cần đạt được . Mẻ đầu tiên chúng ta theo dõi bắt đầu từ giờ lưu nước thứ 10 trờ về sau với biên độ dao động là 2 giờ
Hình 4.12:S bi n thiên c a ammonia và nitrit m 12 l n 1(DO=3,12-ự ế ủ ở ẻ ầ 3,38 mg/L) Bàng 4.9: Kết quả vận hành mẻ 12 lần 1 HRT (h) 0 10 12 14 16 18 20 22 24 N-NH4+ : N- NO2- 3835:1 2,1:1 1,66:1 1:1,16 1:1,47 1:1,98 1:2,21 1:2,89 1:3,1 N-NO3 (mg/L) 6.5 36 31 34 43 121 129 123 120
Kết thúc mẻ thứ nhất chúng ta đã cĩ thể giới hạn phạm vi thời gian lưu nước để cĩ tỉ lệ N-NH3: N-NO2 cần thiết . Ở mẻ hoạt động thứ hai sau đĩ chúng ta theo dõi bắt đầu từ giờ lưu nước thứ 12 đến giờ thứ 16 với biên độ dao động là 1 giờ .
Hình 4.13:S bi n thiên c a ammonia và nitrit m 12 l n 2(DO=3,12-ự ế ủ ở ẻ ầ
3,38 mg/L)
Bàng 4.10: Kết quả vận hành mẻ 12 lần 2
HRT (h) 0 12 13 14 15 16
N-NH4+ : N-NO2- 3835:1 1,71:1 1,08:1 1:1,19 1:1,35 1:1,53
N-NO3(mg/L) 6.5 42 46 73 40 42
Sau cùng khi kết hợp kết quả đạt được của 2 mẻ vận hành trên ta cĩ thể cĩ được thời gian lưu nước cần thiết để kiểm sốt quá trình .
Bàng 4.11: Kết quả về thời gian lưu nước cần thiết
Tỉ lệ N-NH4+ : N-NO2 Thời gian lưu nước cần thiết ( giờ )
1,5:1 12 - 13
1:1 13 – 14
1:1,32 < 15