Diễn biến các thành phần nitơ dòng vào và dòng ra trong giai đoạn làm giàu bùn anammox bằng mô hình IC (72 ngày) đối với nước rỉ rác sau quá trình nitrit hóa bán phần PN được thể hiện ở Hình 4.1, Hình 4.2 và Hình 4.
Hình 4.1. Diễn biến các thành phần nitơ trong thời gian làm giàu bùn anammox
Hình 4.2. Tỉ lệ nồng độ NO2--N/NH4+-N đầu vào và đầu ra trong thời gian làm giàu bùn anammox
0 100 200 300 400 500 600 700 800
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70
Nồng độ, mg N/L
Thời gian, ngày
NH4+ Vào NO2- Vào NO3- Vào
NH4+ Ra NO2- Ra NO3- Ra
NLR = 2,0 kg N/m3.ngày
0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70
Tỉ lệ NO2--N/NH4+-N
Thời gian, ngày NO2- vào/NH4+ vào NO2- ra/NH4+ ra
Hình 4.3. Sự biến thiên nồng độ nitơ, AMRR, NRR trong thời gian làm giàu bùn anammox
Trong giai đoạn này, VSV được tạo môi trường thích hợp để phát triển bằng cách pha nước rỉ rác sau quá trình nitrit hóa bán phần PN có bổ sung thêm NH4HCO3 để đạt được tỉ lệ NH4+-N:NO2 -N= 1:1,32 phù hợp với quá trình anammox, tổng nitơ đầu vào 750-1.000 mg/L. Bên cạnh đó, bể phản ứng cũng được điều chỉnh duy trì DO = 0 mg/L, pH đầu vào 7,2-7,5, trong bể 7,5-7,8, tuần hoàn lại nước thải ở phía trên bể gần đầu ra, cách đầu ra 5 cm về phía dưới bể để duy trì trạng thái tầng sôi, pha loãng dòng vào và tăng sự tiếp xúc của VSV với cơ chất.
Trong những ngày thứ 19, 23, 24 và 26, tỉ lệ NO2--N:NH4+-N đầu ra cao hơn tỉ lệ NO2--N:NH4+-N đầu vào do pha nước thải đầu vào chưa chỉnh DO = 0 mg/L trước khi đưa vào mô hình nên dẫn đến vi khuẩn AOB sử dụng oxy hòa tan trong nước thải để chuyển hóa NH4+-N thành NO2--N.
Trong tuần đầu tiên, VSV chưa thích nghi với nước thải nên hiệu suất xử lí chưa ổn định, từ ngày thứ 19 hiệu suất xử lí tăng và ổn định đến ngày 24 và tốc độ loại bỏ nitơ (AMRR) đạt 0,12 kg N/m3.ngày. Ở ngày thứ 29, khi pha 90 L nước rỉ rác sau quá trình PN với nước cấp, do trong nước có độ kiềm cao và HCl 7% hết nên nhóm đã sử dụng 1.000 ml H2SO4 1N để hạ pH xuống 7,2, do vậy đã làm cho nồng độ sunfat rất cao (SO42-đầu vào = 304 mg/L) khi cấp vào bể phản ứng. Trong điều kiện kỵ khí của bể tuần hoàn nội bộ IC SO42- bị khử về H2S, gây hiện tượng ức chế sulfide, dẫn đến hiệu suất giảm đột ngột và hoạt tính anammox bị ức chế gần như hoàn toàn. Sau khi thay toàn bộ nước thải đầu vào và nước thải trong mô hình, bổ sung thêm thành phần dinh dưỡng
0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50
0 200 400 600 800 1000 1200
0 10 20 30 40 50 60 70
NRR, AMR (kg N/m3.ngày)
Nồng độ, mg N/L
Thời gian, ngày
TN Vào TN Ra AMRR NRR
gồm KCl = 100 mg/L, sắt chelate Fe-EDTA-13 = 1 mg/L, CaCl2 = 80 mg/L, NaH2PO4
= 110 mg/L. Duy trì độ kiềm trong bể lớn hơn 1.000 mgCaCO3/L, điều chỉnh pH, DO thích hợp thì sau đó hiệu suất xử lí dần phục hồi và tăng dần, tốc độ loại bỏ nitơ tăng dần.
Ở các ngày 17, 30, 33, 39 nồng độ đầu vào lớn so với các ngày còn lại do trước những ngày gồm 16, 29, 32, 38 nước thải được pha mới, trong mỗi lần pha nồng độ của nước rỉ sau quá trình nitrit hóa bán phần PN từ mô hình của Tuấn (2018) có nồng độ lớn hơn các ngày lấy trước đó.
Từ ngày thứ 39 nồng độ của nước thải đầu vào được pha cao hơn nhưng vẫn giữ lưu lượng bơm nước thải dẫn đến tải trọng lúc này lớn hơn 2,0 kg N/m3.ngày. Từ ngày 39 tốc độ loại bỏ nitơ vẫn tiếp tục tăng. Ở cuối giai đoạn thích nghi hiệu suất xử lí ammonium và tốc độ loại bỏ ammonium (AMRR) lần lượt là 33,7% và 0,16 kg N/m3.ngày.
4.1.2. pH, độ kiềm, FA và FNA
Trong quá trình làm giàu bùn anammox bằng bể IC, pH và độ kiềm của nước thải đầu vào, trong bể phản ứng và đầu ra được theo dõi hằng ngày, việc kiểm soát pH và độ kiềm là rất quan trọng, để duy trì môi trường thích hợp cho VSV hoạt động. Độ kiềm là nguồn carbon vô cơ cho vi khuẩn tự dưỡng AOB và anammox sử dụng để tổng hợp tế bào, thực hiện quá trình chuyển hóa ammonium.
pH trung bình đầu vào được điều chỉnh 7,1 ± 0,4 để duy trì pH trong bể 8,0 ± 0,3 phù hợp với quá trình anammox, pH đầu ra 7,9 ± 0,4, bằng dung dịch NaHCO3 5% và HCl 7%. Độ kiềm trung bình đầu vào 875 ± 523 mg CaCO3/L, đầu ra 823 ± 473 mg CaCO3/L, bên cạnh đó nước thải đầu vào cũng được lưu trữ hơn 2 ngày trước khi đưa vào mô hình vận hành để duy trì DO = 0 mg/L. Khi độ kiềm trong bể phản ứng thay đổi thì pH cũng thay đổi theo, từ đó ảnh hưởng đến hoạt động của VSV trong bể phản ứng.
Diễn biến pH và độ kiềm trong giai đoạn làm giàu bùn anammox (72 ngày) được thể hiện qua Hình 4.4.
Hình 4.4. Diễn biến pH và độ kiềm theo thời gian vận hành
Hình 4.4 cho thấy độ kiềm dòng ra thấp hơn rõ ràng so với dòng vào, chứng tỏ VSV trong bể phản ứng đã sử dụng độ kiềm trong nước thải đầu vào để thực hiện các quá trình chuyển hóa.
Diễn biến nồng độ FA và FNA trong giai đoạn làm giàu bùn anammox (72 ngày) được thể hiện qua Hình 4.5.
Hình 4.5. Diễn biến nồng độ FA và FNA theo thời gian vận hành
Ở giai đoạn đầu (30 ngày) độ kiềm của nước thải đầu vào hơi thấp (< 800 mg CaCO3/L) chưa thích hợp cho anammox phát triển, sau khi tham khảo nghiên cứu của Toàn (2018) độ kiềm được điều chỉnh và duy trì lớn hơn 1.000 mgCaCO3/L thích hợp
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600
pH
Độ kiềm, mg CaCO3/L
Thời gian, ngày
Kiềm Vào Kiềm Ra pH Vào pH Ra
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70
FNA, mg/L
FA, mg/L
Thời gian, ngày
FA FNA
cho anammox sinh trưởng và phát triển. Ở các ngày 5, 7 và 11, nồng độ FA tăng cao so với các ngày còn lại do nước thải đầu vào có pH cao dẫn đến đẩy pH trong bể cao lên.
Nhưng FA trong những ngày này vẫn thấp hơn giới hạn ức chế của vi sinh anammox là FA > 100 mg/L theo Gabarró và cộng sự (2012), nên không ảnh hưởng đến hoạt động của VSV. Ở ngày thứ 29 khi dùng H2SO4 để chỉnh pH đầu vào đã khiến cho vi sinh bị ức chế, được khắc phục bằng cách rút toàn bộ nước thải trong bể phản ứng ra thay bằng nước thải nhân tạo và pha lại nước thải đầu vào và điều chỉnh các thông số đầu vào phù hợp.
Trong quá trình vận hành, pH và độ kiềm được điều chỉnh ở các giá trị thích hợp, FA và FNA được kiểm soát ở mức thấp: FA < 9 mg/L, FNA < 0,3 mg/L thấp hơn giới hạn ức chế vi khuẩn anammox theo Tang và cộng sự (2010), do đó ít ảnh hưởng đến sự phát triển của hệ VSV.