4.2. Giai đoạn khảo sát hiệu quả xử lý nitơ
4.3.4.2. Hiệu quả loại bỏ TK
Hiệu quả loại bỏ nitơ là mục đích chính của thí nghiệm. Hiệu quả xử lý sẽ thể hiện được khả năng thích nghi và hoạt tính của vi khuẩn anammox. Nhìn chung hiệu quả khử nitơ tổng đạt khá cao vào ổn định ở những tải cuối. Nhìn vào đồ thì hình 4.6.
ta dể dàng nhận thấy hiệu quả xử lý tăng dần theo thời gian.
HVTH: HỒ THANH HIỀN Trang 52 Hình 4.6 Hiệu quả xử lý nitơ
Hình 4.7 Hiệu suất loại bỏ nitơ trung bình qua các tải trọng
Qua hình 4.7 ta thấy hiệu quả xử lý trung bình lần lượt của mỗi tải là: Tải 0,2 kgN/m3.ngày là 35,094 ± 17,859%. Tải 0,4 kgN/m3.ngày là 45,716 ± 11,011%. Tải 0,6 kgN/m3.ngày là 54,019 ± 11,989%, Tải 0,8 kgN/m3.ngày là 71,172 ± 8,127%. Tải 1,0 kgN/m3.ngày là 74,665 ± 12,071%, Tải 1,2 kgN/m3.ngày là 74,894 ± 6,789%, Tải 1,4 kgN/m3.ngày là 78,665 ± 7,580 %. Như vậy, hiệu quả loại bỏ nitơ trung bình tăng dần qua các tải và bắt đầu ổn định ở các tải 0,8 kgN/m3.ngày trở về sau. Nguyên nhân là do những tải đầu tiên, vi khuẩn chưa thích nghi kịp, hiệu quả xử lý những ngày đầu của tải còn ở mức rất thấp, từ đó hiệu quả xử lý trung bình của tải không cao. Ngoài ra, vi khuẩn anammox là vi khuẩn có thời gian nhân đôi khá chậm, và hoạt tính của nó còn thấp khi mới từ giai đoạn thích nghi sang. Chính vì vậy, ở những tải đầu 0,2; 0,4 và 0,6
35.094
45.716 53.800
72.566 74.349 74.045 78.060
0.000 10.000 20.000 30.000 40.000 50.000 60.000 70.000 80.000 90.000 100.000
Tải 0,2 Tải 0,4 Tải 0,6 Tải 0,8 Tải 1,0 Tải 1,2 Tải 1,4
Hiệu quả xử lý (%)
Hiệu quả xử lý (%)
HVTH: HỒ THANH HIỀN Trang 53 kgN/m3.ngày, sinh khối vi khuẩn anammox và hoạt tính của nó trong bể còn ở mức thấp nên hiệu quả xử lý không cao. Với tải 0,8; 1,0; 1,2 và 1,4 kgN/m3.ngày, sinh khối cũng như hoạt tính của hệ vi khuẩn trong bể đã tăng lên đáng nên hiệu quả xử lý khá cao.
Bảng 4.5 Hiệu quả xử lý ở các tải trọng
Số thứ tự Tải (KgN/m3.ngày)
Giá trị thấp nhất (%)
Giá trị cao nhất (%)
Giá trị trung bình (%)
1 0,2 8,864 58,236 35,094 ± 17,859
2 0,4 29,710 63,177 45,716 ± 11,011
3 0,6 35,709 70,529 54,019 ± 11,989
4 0,8 55,036 78,636 71,172 ± 8,127
5 1,0 57,334 88,230 74,665 ± 12,071
6 1,2 64,562 86,009 74,894 ± 6,789
7 1,4 62,496 85,437 78,665 ± 7,580
Qua bảng số liệu 4.5 ta nhận thấy ở tải trọng 0,2 kgN/m3.ngày hiệu quả xử lý dao động khá mạnh. Độ chệnh lệch giữa hiểu quả xử lý cực tiểu và cực đại là 49,596%, đây cũng là độ chệnh lớn nhất trong 7 tải thí nghiệm. Nguyên nhân có thể là do quá trình chạy thích nghi 20 ngày là quá ngắn, không đủ thời gian để vi khuẩn anammox tăng một lượng sinh khối thích hợp, vì vậy, ở tải 0,2 kgN/m3.ngày, hiệu quả loại bỏ ở những ngày đầu là khá thấp. Tuy nhiên, hiệu quả này cũng tăng dần theo thời gian và đạt 58,236% ở cuối tải 0,2kgN/m3.ngày. Trong khi đó, tải 0,4 kgN/m3.ngày, hiệu quả xử lý cực tiểu đã đạt 62,496%, cao hơn nhiều so với tải 0,2 kgN/m3.ngày.
Hiệu quả loại bỏ nitơ cực tiểu ở các tải cũng tăng dần, đạt 64,562% ở tải 1,2 kgN/m3.ngày, sau đó giảm nhẹ ở tải 1,4 kgN/m3.ngày (còn 62,496%). Như vậy, vi khuẩn anammox đã thích nghi với sự thay đổi nồng độ NH4+, cũng như nồng độ NO2-
được chuyển hóa thành khi có sự thay đổi tải lượng.
HVTH: HỒ THANH HIỀN Trang 54 Cũng như hiệu quả xử lý cực tiểu, hiệu quả xử lý cực đại cũng tăng dần qua 7 tải nghiên cứu. Và hiệu quả này ổn định ở các tải 1,0; 1,2 và 1,4 kgN/m3.ngày, đạt trên 85%. Khi so sánh với kết quả nghiên của của tác giả Phạm Khắc Liệu cho thấy, tuy hiệu quả xử lý của mô hình ở tải 0,6 kgN/m3.ngày thấp hơn so với nghiên cứu của tác giả Phạm Khắc Liệu (hiệu quả xử lý khoảng 75% [3] trong khi trong nghiên cứu này chỉ đạt 70%), nhưng ơ tải 1,0 kgN/m3.ngày, mô hình có hiệu quả cao hơn nhiều so với tác giả, hiệu quả xử lý đạt trên 88%, trong khi của tác giả chỉ đạt 80%[3]. Bên cạnh đó, khi so sánh kết quả của mô hình nghiên cứu với kết qua đạt được với tác giả Đào Vĩnh Lộc cho thấy, hiệu quả loại bỏ nitơ của mô hình nghiên cứu cao hơn rất nhiều so với mô hình của tác giả Đào Vĩnh Lộc ( ở tải 1,0 kgN/m3.ngày mô hình đạt hiệu quả xử lý cực đại trên 88% trong khi đó mô hình của tác giả Đào Vĩnh Lộc chỉ đạt 66,48%[1]) mặc dù 2 mô hình có nhiều đặc điểm giống nhau như: đều sử dụng nước thải giả, sử dụng giống nhau về vật liệu giá thể (biofix), cũng như môi trường vận hành (điều đặt ở phòng thí nghiệm đại học Bách Khoa). Như vậy, so với mô hình của tác giả Đào Vĩnh Lộc mô hình nghiên cứu đã có nhiều ưu điểm hơn và khắc phục được các nhược điểm của mô hình của tác giả. Hiệu quả chuyển hóa và hiệu quả xử lý trung bình của 2 mô hình được trình bày ở bảng 4.6
Bảng 4.6 So sánh hiệu quả xử lý Giai
đoạn Tải trọng (kgN/m3. ngày)
Hiệu suất chuyển hóa trung bình (%)
Hiệu suất loại bỏ trung bình (%)
SNAP* SNAP** SNAP* SNAP**
1 0,2 43,217 ±19,661 50,72 ± 18,79 35,094 ± 17,859 40,32 ± 17,73 2 0,4 53,023 ±11,653 51,50 ± 8,44 45,716 ± 11,011 43,26 ± 9,80 3 0,6 59,715 ±12,127 65,89 ± 11,29 54,019 ± 11,989 56,68 ± 10,79 4 0,8 76,247 ± 8,185 70,16 ± 4,80 71,172 ± 8,127 63,39 ± 5,15 5 1,0 79,244 ±12,383 67,36 ± 3,88 74,665 ± 12,071 62,18 ± 4,08 SNAP* là mô hình thí nghiệm
SNAP** là mô hình của tác giả Đào Vĩnh Lộc [1]
Nhìn vào bảng 4.6 ta thấy hiệu quả xử lý và hiệu quả chuyển hóa Amoni của SNAP** tăng dần theo các tải nhưng đên tải 1,0 kgN/m3.ngày thì hiệu quả lại đột ngột
HVTH: HỒ THANH HIỀN Trang 55 giảm, trong khi đó mô hình SNAP* hiệu quả xử lý tăng dần qua các tải, mặt dù ban đầu hiệu quả của SNAP* thấp hơn SNAP**, tuy nhiên đến tải 0,8 và 1,0 kgN/m3.ngày hiệu quả của SNAP* cao hơn nhiều so với SNAP**, như vậy, khi đến tải cao, cần lượng sinh khối lớn để quá trình xử lý thì mô hình SNAP** lại không đủ sinh khối cho mô hình xử lý, còn mô hình SNAP* được bố trí giá thể phù hợp hơn, nên mật độ sinh khối trong bể vẫn đủ để loại bỏ nitơ với nồng độ cao hơn, và hiệu quả loại bỏ vẫn tiếp tục tăng. Bên cạnh đó, việc bố trí hệ thống phân phối khí của SNAP** không được cách ly với giá thể như SNAP*, khi chạy ở tải trọng cao, DO được tăng cao, vận tốc khi lớn, các bong bóng khi là tác nhân gây tróc sinh khối bám trên giá, sinh khối trôi ra ngoài làm cho mật độ sinh khối trong bể thấp là nguyên nhân hiệu quả xử lý của SNAP** không cao và bị giảm ở tải 1,0 kgN/m3.ngày. Ta có thể dể dàng thấy sự chệnh lệch hiểu quả xử lý của mô hình SNAP* và SNAP** ở tải 1 kgN/m3.ngày ở bảng 3.7.
Bảng 4.7 So sánh hiệu quả chuyển hóa và xử lý ở tải 1 kgN/m3.ngày Hiệu quả chuyển hóa (%) Hiệu quả xử lý (%)
Cực tiểu Cực đại Trung bình Cực tiểu Cực đại Trung bình Mô hình thí
nghiệm
61,12 93,30 79,23±12,70 57,30 87,55 74,34±12,38 Mô hình của
tác giả Đào Vĩnh Lộc
59,86 71,79 67,36±3,88 54,56 66,48 62,18±4,08
Mối quan hệ giữa hiểu quả chuyển hóa Amoni và hiệu quả loại bỏ TK
Như ta đã biết, trong mô hình SNAP, amoni ban đầu sẽ được vi khuẩn AOB chuyển hóa thành NO2-, sau đó NO2- sẽ được vi khuẩn anammox chuyển hóa cùng với NH4+ thành N2 và một phần NO3-. Như vậy, để hiểu quả xử lý (NRE) đạt tối ưu thì hiệu quả chuyển hóa Amoni ( ACE) cũng phải đạt tối ưu. Hay nói cách khác, hiệu quả chuyển hóa Amonia với hiệu quả loại bỏ TN có mối quan hệ với nhau. Nhìn đồ thị hình 4.8 ta dể dàng thấy chúng có mối quan hệ tuyến tính với nhau.
HVTH: HỒ THANH HIỀN Trang 56 Hình 4.8 quan hệ giữa NRE với ACE
Như vậy, trong thí nghiệm này, NRE với ACE có mối quan hệ tuyến tính với nhau qua phương trình đường thẳng Y = 0,9775X – 6,0736 với R2 = 0,9895. Từ kết quả thí nghiệm và cơ sở lý thuyết, một lần nữa ta khẳng định trong mô hình SNAP để hiệu quả loại bỏ TN càng cao thì hiệu quả chuyển hóa amoni phải cao.