CHƯƠNG 3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
3.2. Mô hình thí nghiệm
3.2.1. Làm giàu bùn anammox a. Mô hình tuần hoàn nội bộ IC
Bùn hạt kỵ khí, bùn anammox được cho vào mô hình IC và nước rỉ rác sau quá trình nitrit hóa bán phần từ bể hình bể nitrit hóa bán phần theo mẻ luân phiên PN - SBR của Tuấn (2018) được bổ sung NH4+-N và NO2--N để đạt tỉ lệ NH4+-N:NO2--N = 1:1,32, được bơm vào nhằm làm giàu bùn anammox. Bùn anammox sau giai đoạn làm giàu và bùn AOB được cho vào bể phản ứng CANON với nước rỉ rác thô được bơm liên tục để xử lý nitơ ở các tải trọng 2,0 kg N/m3.ngày.
Hình 3.2. Mô hình tuần hoàn nội bộ IC
Mô hình IC được thể hiện ở Hình 3.2 được làm bằng nhựa acrylic, có chiều cao làm việc 1.450 mm, đường kính 100 mm, tổng thể tích 13,8 L và thể tích hữu ích là 10 L. Mô hình IC gồm có 3 tầng: tầng dưới, tầng trên và thiết bị tách khí, khoảng cách giữa 2 phễu tách khi là 600 mm. Trong bể được thiết kế máng phân phối nước áp lực dọc theo thành của bể tạo dòng chảy tia nhằm xáo trộn nước thải và bùn. Công nghệ có dòng tuần hoàn nội và dòng tuần hoàn hỗ trợ để tuần hoàn nước sau xử lý về đầu vào cột IC theo tỷ lệ thích hợp. Khí nitơ sinh ra trong quá trình xử lý được thu bằng 2 phễu tách khí dẫn lên thiết bị tách khí và nước đặt ở vị trí cao nhất của cột IC. Trong mô hình này do
hoạt tính của bùn anammox còn yếu nên mô hình được lắp thêm bơm tuần hoàn để xáo trộn bùn tốt hơn.
b. Nguyên vật liệu
Bùn anammox được sử dụng nghiên cứu gần với chủng Candidatus Kuenenia Stuttgartiensis được lấy từ mô hình IC trong nghiên cứu của Toàn (2018).
Nồng độ bùn MLSS = 6.060 mg/L, MLVSS = 4.423 mg/L, tỷ số MLVSS:MLSS = 0,73, kích thước hạt từ 0,5-1 mm, tốc độ lắng 2-2,4 cm/s và hạt bùn có màu nâu đỏ và có hoạt tính không còn cao. Thể tích bùn anammox được cho vào mô hình IC 1,0 L.
Bùn hạt kỵ khí được lấy từ hệ thống xử lý nước thải của Công ty Cổ phần Giấy Sài Gòn, KCN Mỹ Xuân A2, huyện Tân Thành, tỉnh Bà Rịa - Vũng Tàu, bùn hạt kỵ khí này có màu đen, chủ yếu là hình cầu, kích thước hạt từ 0,5-2,5 mm, MLSS = 14.388 mg/L, MLVSS = 11.574 mg/L, thể tích bùn được cho vào mô hình là 5,0 L.
Nước rỉ rác sau quá trình nitrit hóa bán phần được lấy từ mô hình bể nitrit hóa bán phần theo mẻ luân phiên PN - SBR của Tuấn (2018) có nồng độ NH4+-N = 92,4 ± 4 mg/L, NO2--N= 350 ± 10 mg/L được phân tích, pha loãng với nước cấp và bổ sung NH4+-N và NO2--N để đạt tỉ lệ NH4+-N:NO2--N = 1:1,32 thích hợp cho quá trình anammox. Ngoài ra đầu vào được bổ sung dung dịch dinh dưỡng để vi sinh anammox phát triển nhanh hơn, thành phần dinh dưỡng gồm có NaHCO3 = 1.000 mg/L, KCl = 100 mg/L, Fe- EDTA-13 = 1 mg/L, CaCl2 = 80 mg/L, NaH2PO4 = 110 mg/L.
c. Điều kiện vận hành
Mô hình nghiên cứu được đặt tại Phòng thí nghiệm khoa Môi trường và Tài nguyên - Đại học Bách Khoa Tp.HCM, được vận hành ở nhiệt độ thường từ 28-36 oC.
Mô hình được vận hành liên tục thông qua tủ điện điều khiển tự động, nước thải được bơm vào bể phản ứng từ vị trí đáy bể.
Bể phản ứng được vận hành ở tải trọng nitơ (NRL) 2,0 kg N/m3.ngày trong thời gian 72 ngày, HRT = 0,52 ngày, lưu lượng đầu vào Qvào= 18,9 L/ngày. Dòng tuần hoàn đươc lấy từ van cách van dòng ra 5 cm về phía dưới, dòng tuần hoàn có lưu lượng Qtuần hoàn = 45,8 L/h cùng với dòng vào tạo vận tốc nước lên 5,93 m/giờ. Nước thải đầu vào bể phản ứng có pH > 8 nên sử dụng HCl 7% để điều chỉnh pH từ 7,5-8, duy trì DO = 0 mg/L, độ kiềm được bổ sung ≥ 1.000 mg CaCO3/L bằng dung dịch NaHCO3 5%.
3.2.2. Thích nghi sinh khối trong bể phản ứng tầng sôi CANON a. Mô hình bể phản ứng tầng sôi CANON
Hình 3.3. Mô hình bể phản ứng tầng sôi CANON
Hình 3.4. Chi tiết bể phản ứng tầng sôi CANON
Bể phản ứng tầng sôi CANON (Hình 3.3, 3.4) được làm bằng nhựa acrylic, có hình trụ, bao gồm ngăn lắng và ngăn thu nước đặt bên trong bể phản ứng. Giữa bể phản ứng cách đáy 900 mm có đặt đá bọt và máy thổi khí nhằm cấp oxy tạo điều kiện cho vi sinh AOB sinh trưởng và phát triển. Bể phản ứng có kích thước D x H = 100 x 2.250 mm, chiều cao làm việc 2.000 mm với tổng thể tích 17,9 L, thể tích hữu ích là 14,3 L. Thể tích ngăn lắng L x W x H = 150 x 250 x 90 mm = 3,4 L. Bơm tuần hoàn được sử dụng để tạo điều kiện cho lớp bùn hạt lơ lửng trong bể.
b. Nguyên vật liệu
Bùn hạt anammox và AOB sau khi làm giàu từ mô hình IC.
Nước rỉ rác cũ được lấy từ bãi chôn lấp Gò Cát nằm ở Quốc lộ 1A, phường Bình Hưng Hòa, quận Bình Tân, đã đóng cửa từ tháng 07/2007. Nước rỉ rác được vận chuyển về và lưu chứa trong các can nhựa 30 lít đặt tại phòng thí nghiệm, Trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM và được sử dụng cho suốt quá trình nghiên cứu. Thành phần tính chất nước rỉ rác cũ được thể hiện trong Bảng 3.1.
Bảng 3.1. Thành phần nước rỉ rác bãi rác Gò Cát trong thời gian nghiên cứu
Chỉ tiêu Đơn vị
Nghiên cứu này Nghiên cứu của Hà
(2018)
Nghiên cứu của Biếc
(2013) Nước rỉ rác
(5/2019)
Nước rỉ rác (9/2019)
pH - 8,3 8,4 8,32 8,7
Độ kiềm mg CaCO3/L 15.358 4.250 12.800 14.380
NH4+-N mg N/L 3.656 1.176 3.228 3.790
TKN mg N/L 3.795 1.226 3.413 4.064
NO2--N mg N/L 0,08 0,17 0,58 0,44
NO3--N mg N/L 1,59 1,32 5,95 4,73
COD mg/L 2.539 1.350 2.429 3.512
Bảng 3.1 cho thấy tính chất nước rỉ rác giữa 2 lần lấy mẫu, lần 1 được lấy vào tháng 5/2019 và lần 2 vào tháng 9/2019, kết quả giữa hai lần lấy mẫu có sự chênh lệch giữa giá trị độ kiềm, ammonium, TKN và COD. Hàm lượng độ kiềm, ammonium, TKN và COD của lần lấy mẫu thứ 2 thấp hơn nhiều so với lần lấy mẫu 1 do nước rỉ rác lấy lần thứ 2 được lấy vào mùa mưa nên nước rỉ rác bị pha loãng với nước mưa. So với nghiên cứu của Biếc (2013) và nghiên cứu của Hà (2018), nồng độ của nước rỉ rác được lấy ở lần 1 không chênh lệch nhiều so với lần lấy mẫu thứ 2.
c. Điều kiện vận hành
Mô hình nghiên cứu được đặt tại Phòng thí nghiệm khoa Môi trường và Tài nguyên - Đại học Bách Khoa Tp.HCM, được vận hành ở nhiệt độ thường từ 28-36 oC.
Mô hình được vận hành liên tục thông qua tủ điện điều khiển tự động, nước thải được bơm vào bể phản ứng từ vị trí đáy bể.
3,7 L hỗn hợp bùn hạt anammox và bùn bông AOB từ mô hình IC sau khi xác định hoạt tính được đưa vào bể phản ứng tầng sôi CANON.
Bảng 3.2. Điều kiện vận hành mô hình bể phản ứng tầng sôi CANON Giai
đoạn
Thời gian (ngày)
Lưu lượng (lít/ngày)
HRT (ngày)
Tải trọng Nitơ (kg N/m3.ngày)
Nguồn nước thải
Thích nghi
73-170 3,5 4,1 0,94 ± 0,039 Nước rỉ rác
(5/2019) 171-211 2,5 5,7 0,64 ± 0,019 Nước rỉ rác
(5/2019) Phục hồi 212-270 3,5 4,1 0,29 ± 0,017 Nước rỉ rác
(9/2019) Trong quá trình vận hành, nước thải trong mô hình được tuần hoàn với lưu lượng tuần hoàn Qtuần hoàn = 46,67 L/giờ bằng bơm tuần hoàn 1 L/phút cùng với dòng vào tạo vận tốc nước đi lên là 6 m/h. Lượng khí được cấp vào mô hình thông qua hệ thống bơm thổi khí và đá bọt phân phối khí. DO được kiểm soát trong khoảng 0,1-1,0 mg/L bằng cách điều chỉnh lưu lượng thổi khí khoảng 1,0-2,5 L/phút cũng như điều chỉnh timer của máy thổi khí. Giá trị pH đầu vào được điều chỉnh trong khoảng 7,1-7,5 bằng dung dịch HCl 7% để đảm bảo pH trong bể nằm trong khoảng 7,8-8,1, đồng thời đảm bảo độ kiềm
> 1.000 mg CaCO3 /L.