CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.4. So sánh, đánh giá và xác định chế độ vận hành tối ưu
Từ quá trình thực nghiệm, vận hành các chế độ hoạt động cùng với đó là phân tích và xử lý số liệu, thu được bảng so sánh sự khác biệt giữa các chế độ và hiệu quả xử lý các thông số ô nhiễm tương ứng.
Bảng 5. So sánh hiệu quả xử lý COD, NH4+ và T – N giữa các chế độ thí nghiệm Chế độ Chu kỳ (giờ) Tỷ lệ sục/ngừng sục (giờ/giờ) Hiệu suất xử lý (%) COD NH4+ T – N Chế độ khởi động 3 1,5/1,5 94,3 36,9 36,9 Chế độ 1 6 3,0/3,0 93,8 69,5 69,5 Chế độ 2 6 4,0/2,0 93,6 78,1 78,1
Dựa vào Bảng 5 nhận thấy hiệu suất xử lý COD ở cả 3 chế độ vận hành gần như khơng có sự khác nhau, tất cả đều đạt hiệu quả xử lý trên mức 93%, nồng độ COD nước thải đầu ra ln ổn định. Tuy có cùng hiệu quả xử lý như nhau nhưng chu kỳ làm việc giữa chế độ khởi động và 2 chế độ cịn lại là hồn toàn khác nhau. Tất cả các chế độ đều có lưu lượng nước thải đầu vào là 5 l/giờ và quá trình bơm nước diễn ra trong 30 phút. Như vậy, rõ ràng chu kỳ của chế độ khởi động ngắn hơn đồng nghĩa với thời gian lưu nước trong chế độ này cũng ít hơn 2 chế độ cịn lại và tải trọng COD đối với hệ thí nghiệm trong chế độ này là lớn hơn (gấp đơi so với 2 chế độ cịn lại). Điều này cho thấy chế độ vận hành không ảnh hưởng tới hiệu quả xử lý COD của hệ thiết bị, lý do là bởi chất hữu cơ có trong nước thải có bản chất rất dễ phân hủy sinh học và còn bay hơi theo thời gian.
Đối với hiệu quả xử lý NH4+ và T – N, ở 3 chế độ có sự khác nhau khá rõ rệt, trong đó chế độ 2 được xem là chế độ vận hành mang lại hiệu quả xử lý NH4+ cũng như T – N tối ưu nhất so với 2 chế độ cịn lại. Sở dĩ có sự khác biệt này là do trong chế độ khởi động, một phần những ngày đầu vận hành chưa có sự điều chỉnh cũng như bổ sung các yếu tố, điều kiện tối ưu cho quá trình xử lý sinh học của vi sinh vật. Sau khi điều chỉnh pH và bổ sung nguồn dinh dưỡng photpho, khơng những vậy cịn tăng chu kỳ làm việc (3 giờ lên 6 giờ) nên hệ thống đã đạt được sự ổn định, hiệu quả xử lý tăng một cách rõ rêt, cụ thể là hiệu quả xử lý NH4+ và T – N đã tăng nhanh từ 37% lên 70%.
Hiệu quả xử lý đạt được đối với NH4+ và T – N tuy đã tăng lên đáng kể, nhưng nếu xem xét kỹ số liệu phân tích đồng thời so sánh kết quả với các nghiên cứu liên quan khác, dễ dàng có thể nhận thấy hiệu suất xử lý của hệ thiết bị vẫn chưa phải là tối ưu. Vì thế đã có sự thay đổi về chế độ vận hành nhằm tìm ra được một chế độ làm việc tối ưu nhất. Việc thay đổi chế độ làm việc từ chế độ 1 sang chế độ 2 đã mang lại kết quả tích cực bởi hiệu suất xử lý NH4+ và T – N đã tăng lên. Điều này đã chứng tỏ rằng thời gian sục khí 3 giờ trong chế độ 1 là vẫn chưa đủ để oxy hóa hồn tồn lượng NH4+ có trong nước thải thành NO2-
và NO3-. Vì vậy, chế độ vận hành 2 với chu kỳ làm việc 6 giờ trong đó thời gian sục khí là 4 giờ và thời gian ngừng sục khí là 2 giờ được chọn làm chế độ vận hành tối ưu cho quá trình xử lý đồng thời các chất hữu cơ và Nitơ trong nước thải.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
A. KẾT LUẬN
1. Ảnh hưởng của chu kỳ sục khí – ngừng sục khí luân phiên đến hiệu quả xử lý chất hữu cơ và Nitơ
Hiệu suất xử lý COD ở ba chu kỳ vận hành khác nhau đều đạt giá trị cao, dao động trong khoảng 85 – 98%.
Hiệu quả xử lý N – NH4+ trong chế độ khởi động vẫn còn thấp, tuy nhiên trong chế độ 1 và đặc biệt là chế độ 2 thì hiệu suất xử lý đạt được đã tiến triển tốt hơn; đối với chế độ 1 là 60 – 75% và chế độ 2 là 72 – 80%. Chu kỳ sục khí – ngừng sục khí có ảnh hưởng tương đối đến hiệu suất xử lý N – NH4+ (do tổng thời gian sục khí – ngừng sục khí ở 3 chế độ là khác nhau; thời gian lưu nước trong chế độ 1 và 2 lâu hơn chế độ khởi động).
Chu kỳ sục khí luân phiên với tỷ lệ tổng thời gian sục khí và ngừng sục khí 4 giờ/2 giờ khá phù hợp để xử lý T – N. Hiệu suất đạt được dao động trong khoảng 72 – 80% với điều kiện tỷ lệ COD/T – N ≥ 3.
2. Ảnh hưởng của tải trọng COD và Nitơ đến hiệu suất xử lý COD, Nitơ
Tải trọng COD trong nghiên cứu dao động trong khoảng 0,35 – 0,95 kg COD/m3/ngày hầu như không ảnh hưởng đến hiệu suất xử lý COD, kết quả đạt được luôn ổn định khoảng 93%
Tải trọng T – N trong nghiên cứu này dao động trong khoảng 0,06 – 0,17 kg T – N/m3/ngày và có sự ảnh hưởng rõ rệt đến hiệu suất loại bỏ T – N của hệ thống.
B. KIẾN NGHỊ
Thực hiện tiếp các nghiên cứu khác để tìm ra chế độ thích hợp hơn cho hệ xử lý bằng phương pháp sục khí ln phiên
Tìm được chế độ thích hợp nhất cho phương pháp sục khí luân phiên, áp dụng vào thực tế cho mục đích xử lý các loại nước thải có tính chất giàu hữu cơ và Nitơ.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
A. Tiếng Việt
1. Trương Thanh Cảnh (2010), “Nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi bằng công nghệ sinh học kết hợp lọc dịng bùn ngược”, Tạp chí Phát triển
Khoa học và Cơng nghệ, 13(M1), TP. Hồ Chí Minh.
2. Lê Quang Huy, Nguyễn Phước Dân, Nguyễn Thanh Phong (2009), “Ứng dụng q trình thiếu khí từng mẻ để xử lý oxit Nitơ nồng độ cao trong nước rác cũ”, Tạp chí Phát triển Khoa học và Công nghệ, 12(02), TP. Hồ Chí Minh.
3. Trần Thị Thu Lan (2013), Nghiên cứu xử lý đồng thời các thành phần hữu
cơ và Nitơ trong nước thải chăn nuôi lợn sau biogas bằng phương pháp sục khí luân phiên, Luận văn thạc sĩ khoa học Môi trường,
Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – ĐHQGHN.
4. Nguyễn Văn Phước, Nguyễn Thị Thanh Phượng, Lê Thị Thu (2009), “Xử lý nước thải tinh bột mì bằng cơng nghệ hybrid (lọc sinh học – aerotank)”, Tạp chí Phát triển Khoa học và Cơng nghệ, 12(A02), Tp. Hồ Chí Minh.
5. Lê Cơng Nhất Phương (2009), Nghiên cứu ứng dụng nhóm vi khuẩn Anammox trong xử lý nước thải nuôi heo, Luận án tiến sĩ cấp Nhà
nước, Viện Môi trường và Tài nguyên, Trường Đại học Quốc Gia TP. Hồ Chí Minh.
6. Ngơ Kế Sương, Nguyễn Hữu Phúc, Phạm Ngọc Liên, Võ Thị Kiều Thanh (2006), “Mơ hình xử lý nước thải chăn ni heo tại xí nghiệp chăn ni Gị Sao”, Nơng thơn đổi mới, III. Kỹ thuật và công nghệ bảo quản – chế biến – tiêu thụ (14), Long Định.
7. Ngô Kế Sương, Lê Công Nhất Phương (2005), Nghiên cứu ứng dụng Cơng
nghệ sinh học kỵ khí và ao Thực vật thủy sinh xử lý nước thải chăn ni heo tại Xí nghiệp lợn giống Đơng Á, Sở Khoa học Cơng nghệ
Tp. Hồ Chí Minh
8. Tiêu chuẩn Việt Nam (1999), Chất lượng nước – xác định nhu cầu oxy hóa học, TCVN 6491 : 1999, ISO 6060 : 1989.
9. Tiêu chuẩn Việt Nam (1996), Chất lượng nước – xác định nitrat. Phương
pháp trắc phổ dùng axit sunfosalixylic, TCVN 6180 : 1996, ISO 7890
– 3 : 1988 (E).
10. Phạm Thị Hải Thịnh, Phan Đỗ Hùng, Trần Thị Thu Lan (2012), “Xử lý đồng thời hữu cơ và Nitơ trong nước thải chăn nuôi lợn bằng phương pháp SBR: Ảnh hưởng của chế độ vận hành và tỷ lệ giữa cacbon hữu cơ và Nitơ, Tạp chí Khoa học và Cơng nghệ, 50(2B), Hà Nội.
B. TIẾNG ANH
11. Ahn YH, Hwang IS, Min KS (2004), “ANNAMOX and partitial denitritation in anaerobic nitrogen removal from piggery waste”, Water”, Water Sci. Tech, 49(5-6), pp. 145 – 153.
12. Alleman J. E. (1985), “Elevated Nitrite Occurrence in Biological Wastewater Treatment Systems”, Water Sci. Technol, 17(2 – 3), pp. 409 – 419.
13. American Public Health Association, American Water Works Association and Water Environment Federation (1995), Standard methods for the
examination of water and wastewater.
14. Andreottola G, Foladori P, Ragazzi M (2001), “On-line control of a SBR system for nitrogen removal from industrial wastewater”, Water Sci.
Tech, 43(3), pp. 93 – 100.
15. Barrett S. E., Davis M. K. and McGuire M. J (1985), “Blending Chloraminated Water with Chlorinated Waters”, Jour. AWWA,
77(1), pp. 50 – 61.
16. Bortone G., Gemelli S., Rambaldi A. and Tilche A. (1992), “Nitrification, denitrification and biological phosphate removal in sequencing batch reactors treating piggery wastewater”, Water Sci. Tech, 26(5 – 6), pp. 911 – 985.
17. Figueroa L.A., Silverstein J. (1992), “The effect of particulate organic matter on biofilm nitrification”, Water environment research, 64(5), pp. 728 – 733.
18. Ford D. L., Churchwell R. L. and Kachtick J. Ư. (1980), “Comprehensive analysis of nitrification of chemical processing wastewater”, J. Water
Pollut. Control Fed, 52, 2726 – 2746.
19. Garrido J. M , Omil F, Arrojo B, Méndez R, Lema J. M (2001), “Carbon and nitrogen removal from a wastewater of an industrial dairy laboratory with a coupled anaerobic filter – sequencing batch reactor system”, Water Sci. Tech, 43(3), pp. 249 – 256.
20. Grady C. P. Leslie, Jr., and Henry C. Lim (1980), Biological Wastewater
Treatmnent, Marcel Dekker, New York
21. Henze M., Harremoes P., Cour Jansen J. la, Arvin E. (2002), Wastewater
Treatment: Biological and Chemical Process – Third Editon,
Springer Verlag Berlin Heidelberg, New York.
22. Jiayang Cheng and Bin Liu (2001), “Nitrification, Denitrification in Intermittent Aeration Process for Swine Wastewater Treatment”, K.
Environ. Eng., 127(8), pp. 705 – 711.
23. Katsuto Inomae, Hiroyuki Araki, Kenichi Koga, Youichi Awaya, Tetsuya Kusuda and Yasunari Matsuo (1987), “Nitrogen Removal in an Oxidation Ditch with Intermittent Aeration”, Water Sci. Tech., 19(1 – 2), pp. 209 – 218.
24. Koottatep S., Leesanga C. and Araki H. (1994), “Intermittent Aeration for Nitrogen Removal in Small Aerated Lagoon”, Water Sci. Tech.,
28(10), pp. 335 – 341.
25. Kousei Sasaki, Yasuji Yamamoto, Kazushi Tsumura, Shigeru Hatsumata and Masahiro Taewaki (1994), “Simultaneous Removal of Nitrogen and Phosphorous in Intermittently Aerated 2 – Tank Activated Sludge Process Using DO and ORP – Bending – Point Control”,
Water Sci. Tech., 28(11 – 12), pp. 513 – 521.
26. Odell L. H., Kirmeyer J. H., Wilczak A., Jacangelo J. G., Marcinko J. P. and Wolfe R. L. (1996), “Controlling nitrification in Chloraminated Systems”, Jour. AWWA, 88(7), pp. 86-98.
27. Skadsen J and Stanford L. (1996), “The effectiveness of high pH for control of nitrification and the impact of ozone on nitrification control”, In Proc. of the AWWA Water Quality Technology Conference, Denver, Colo.
28. Stenstrom M. K. and Posduska R. A. (1980), “The effect of dissolved oxygen concentration on nitrification”, Water Res, 14, pp. 643 – 649. 29. Turk O. and Mavinic D.S. (1986), “Preliminary Assessment of a shortcut in nitrogen removal from wastewater”, Can. J. Civ. Eng., 13(6), pp. 600 – 605.
30. Yang P. Y., Wang Zhiyu (1999), “Integrating an intermittent aerator in a swine wastewater treatment system for land – limited conditions”,
Bioresource Technology, 69(3), pp. 191 – 198.
31. Yang Qing, Wang Shuying, Yang Anming, Guo Jinhua, Bo Fengyang (2007), “Advanced nitrogen removal using pilot-scale with intelligent control system built on three layer network, Front. Environ. Sci. Engin. China, 1(1), pp. 33 – 38.
PHỤ LỤC
A. Phụ lục kết quả thực nghiệm
STT
Đầu vào Đầu ra Hiệu suất xử lý
Tải lượng COD, kg/m3/ngày Tải lượng N, kg/m3/ngày Thời gian lưu (ngày) Lưu lượng, (l/h) COD mg/l N- NH4+ mg/l T - N mg/l COD mg/l N- NH4+ mg/l N- NO2- mg/l N- NO3- mg/l N- NO2- + N- NO3- mg/l T - N mg/l COD mg/l N- NH4+ mg/l T - N mg/l 1 5 822,8 139,8 140,7 30,7 128,6 0,0 0,0 0,0 129,0 96,3 8,0 8,3 0,82 0,14 1,0 2 5 852,4 129,8 130,1 13,0 122,0 0,0 0,0 0,0 121,0 98,5 6,0 7,0 0,85 0,13 1,0 3 5 743,1 147,8 147,6 78,6 140,4 0,0 0,0 0,0 140,7 89,4 5,0 4,7 0,74 0,15 1,0 4 5 725,5 133,6 133,2 20,1 116,2 0,0 0,0 0,0 116,8 97,2 13,0 12,3 0,73 0,13 1,0 5 5 683,5 150,3 150,3 57,6 135,3 0,0 0,0 0,0 135,6 91,6 10,0 9,8 0,68 0,15 1,0 6 5 834,6 125,5 125,8 28,3 109,2 0,0 0,0 0,0 110,2 96,6 13,0 12,4 0,83 0,13 1,0 7 5 767,0 163,4 162,5 81,6 80,1 0,0 0,0 0,0 79,6 89,4 51,0 51,0 0,77 0,16 1,0 8 5 937,8 157,2 157,6 89,6 77,0 0,0 0,0 0,0 76,3 90,4 51,0 51,6 0,94 0,16 1,0 9 5 910,3 156,9 157,6 20,4 70,6 0,0 0,0 0,0 71,2 97,8 55,0 54,8 0,91 0,16 1,0 10 5 787,1 133,5 134,5 75,1 64,1 0,0 0,0 0,0 64,7 90,5 52,0 51,9 0,79 0,13 1,0 11 5 804,0 136,2 136,5 26,5 73,5 0,0 0,0 0,0 73,6 96,7 46,0 46,1 0,80 0,14 1,0 12 5 889,6 153,8 154,0 40,7 61,5 0,0 0,0 0,0 62,3 95,4 60,0 59,5 0,89 0,15 1,0 13 5 857,6 123,3 122,3 79,0 62,9 0,0 0,0 0,0 62,1 90,8 49,0 49,2 0,86 0,12 1,0 14 5 811,9 127,4 126,4 40,9 54,8 0,0 0,0 0,0 55,3 95,0 57,0 56,3 0,81 0,13 1,0 15 5 688,4 165,5 166,2 23,6 71,2 0,0 0,0 0,0 71,4 96,6 57,0 57,0 0,69 0,17 1,0 16 5 930,7 149,3 149,6 24,6 62,7 0,0 0,0 0,0 62,5 97,4 58,0 58,2 0,93 0,15 1,0 17 5 720,8 151,2 151,8 27,4 55,9 0,0 0,0 0,0 56,3 96,2 63,0 62,9 0,36 0,08 2,0 18 5 929,1 139,8 140,6 37,6 53,1 0,0 0,0 0,0 53,1 96,0 62,0 62,2 0,46 0,07 2,0 19 5 860,4 150,0 150,7 33,2 60,0 0,0 0,0 0,0 60,7 96,1 60,0 59,7 0,43 0,08 2,0
STT
Đầu vào Đầu ra Hiệu suất xử lý
Tải lượng COD, kg/m3/ngày Tải lượng N, kg/m3/ngày Thời gian lưu (ngày) Lưu lượng, (l/h) COD mg/l N- NH4+ mg/l T - N mg/l COD mg/l N- NH4+ mg/l N- NO2- mg/l N- NO3- mg/l N- NO2- + N- NO3- mg/l T - N mg/l COD mg/l N- NH4+ mg/l T - N mg/l 21 5 748,2 138,3 137,6 66,4 34,6 0,0 0,0 0,0 35,2 91,1 75,0 74,4 0,37 0,07 2,0 22 5 865,6 138,6 139,1 74,7 37,4 0,0 0,0 0,0 37,4 91,4 73,0 73,1 0,43 0,07 2,0 23 5 862,9 137,2 138,0 59,5 37,0 0,0 0,0 0,0 37,3 93,1 73,0 73,0 0,43 0,07 2,0 24 5 737,0 129,9 129,8 39,8 37,7 0,0 0,0 0,0 37,0 94,6 71,0 71,5 0,37 0,06 2,0 25 5 735,4 130,0 129,8 44,4 38,1 0,0 0,0 0,0 37,4 94,0 70,7 71,2 0,37 0,06 2,0 26 5 754,2 149,1 149,7 90,8 40,3 0,0 0,0 0,0 39,7 88,0 73,0 73,5 0,38 0,07 2,0 27 5 909,3 130,4 131,2 81,1 36,5 0,0 0,0 0,0 36,4 91,1 72,0 72,3 0,45 0,07 2,0 28 5 824,8 169,2 169,9 51,6 47,4 0,0 0,0 0,0 47,1 93,7 72,0 72,3 0,41 0,08 2,0 29 5 944,9 124,0 124,8 33,3 27,3 0,0 0,0 0,0 27,4 96,5 78,0 78,0 0,47 0,06 2,0 30 5 705,5 155,0 155,8 76,8 27,9 0,0 0,0 0,0 28,1 89,1 82,0 82,0 0,35 0,08 2,0 31 5 941,0 124,4 124,4 20,1 22,4 0,0 0,0 0,0 23,0 97,9 82,0 81,5 0,47 0,06 2,0 32 5 926,4 128,4 128,0 42,3 26,8 0,0 0,0 0,0 26,3 95,4 79,1 79,5 0,46 0,06 2,0 33 5 887,4 144,0 144,2 29,3 30,2 0,0 0,0 0,0 29,8 96,7 79,0 79,3 0,44 0,07 2,0 34 5 750,0 166,1 167,1 64,6 31,6 0,0 0,0 0,0 32,5 91,4 81,0 80,6 0,38 0,08 2,0 35 5 725,7 150,0 150,7 66,6 32,1 0,0 0,0 0,0 31,3 90,8 78,6 79,2 0,36 0,08 2,0 36 5 849,1 160,2 160,4 57,5 35,7 0,0 0,0 0,0 35,5 93,2 77,7 77,9 0,42 0,08 2,0 37 5 1108,8 229,1 229,5 136,5 84,8 0,4 0,6 1,0 86,2 87,7 63,0 62,4 0,55 0,11 2,0 38 5 1113,5 211,2 210,8 121,8 71,8 2,6 4,0 6,6 79,0 89,1 66,0 62,5 0,56 0,11 2,0 39 5 1231,3 229,8 229,8 128,1 87,3 8,5 5,3 13,8 100,7 89,6 62,0 56,2 0,62 0,11 2,0 40 5 1357,9 302,0 302,4 128,0 114,8 9,5 5,8 15,3 129,7 90,6 62,0 57,1 0,68 0,15 2,0 41 5 1417,2 336,4 337,3 138,9 110,7 8,6 5,6 14,1 125,0 90,2 67,1 62,9 0,71 0,17 2,0 42 5 1010,2 303,2 304,2 145,0 103,1 8,0 4,9 12,9 116,8 85,6 66,0 61,6 0,51 0,15 2,0 43 5 1346,7 310,1 311,1 144,9 108,5 8,1 5,4 13,5 122,4 89,2 65,0 60,7 0,67 0,16 2,0
B. Phụ lục hình ảnh