PHẦN III KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
CHƯƠNG 6: KẾT QUẢ MÔ HÌNH ĐẤT NGẬP NƯỚC
6.1. Khả năng xử lý nước thải tổng hợp của mô hình ĐNN
Quy trình xử lý nước thải tổng hợp được tiến hành sau thời gian 3 tháng tính từ lúc cây sậy được trồng trong mô hình. Vì lúc này, tất cả chúng đều đã trưởng thành, khả năng thích nghi với môi trường tốt và khả năng xử lý ổn định. Để kiểm tra hiệu quả xử lý của mô hình với nồng độ ô nhiễm khác nhau, chúng tôi đã chọn hai tải lƣợng là 62,5 và 100 kg COD/ha.ngày. Với mỗi tải lƣợng, chúng tôi cho mô hình chạy từ 10 đến 15 ngày để chúng thích nghi với tải lƣợng mới. Sau khoảng thời gian này, mẫu được đem đi phân tích các chỉ tiêu chất lượng nước thải đầu ra bao gồm: pH, TDS, COD, N – tổng, N – amonia, P – tổng trước và sau khi xử lý bằng mô hình ĐNN chu kì phân tích mẫu là 3 ngày.
6.1.1. Sự biến đổi pH
Với tải lƣợng 62,5 kg COD/ha.ngày, chúng tôi tiến hành đo pH đầu vào và đầu ra của 3 mẫu đƣợc kí hiệu theo thứ tự là M1, M2, M3 với pH đầu vào của 3 mẫu là 6,80 và pH đầu ra lần lƣợt là 6,40; 6,24 và 6,23. Với tải lƣợng 100 kg COD/ha.ngày, các mẫu sẽ đƣợc đánh số là M4, M5, M6 với pH đầu vào là 7,40 và đầu ra tương ứng là 6,49; 6,31 và 6,35 (bảng 6.1).
Bảng 6. 1: Kết quả pH đầu vào và đầu ra pH đầu vào pH đầu ra
M1 6,80 6,40
M2 6,80 6,24
M3 6,80 6,23
M4 7,40 6,49
M5 7,40 6,31
M6 7,40 6,35
50
Kết quả thí nghiệm hình 6.1 chỉ ra rằng pH của nước thải sau khi được xử lý qua mô hình ĐNN đều giảm. Nguyên nhân chính của sự thay đổi pH là do quá trình oxy hóa đất phèn tiềm tàng:
2FeS2 + 7O2 + H2O → 2FeSO4 + 4H+ + (6.1) 2FeSO4 + ẵ O2 + H2SO4 → Fe2(SO4)3 + H2O (6.2)
2FeS2 + 7Fe2(SO4)3 + 8 H2O → 15FeSO4 + 18H+ + (6.3) Fe2(SO4)3 + 6H2O → Fe(OH)2 + 6H+ + (6.4)
Hình 6. 1: Sự biến đổi pH của nước thải đầu ra
Ngoài ra pH của nước còn giảm do quá trình phân hủy hữu cơ, hô hấp của thủy sinh vật. Hai quá trình này giải phóng ra nhiều CO2, CO2 phản ứng tạo ra nhiều H+ làm giảm pH của nước:
C6H12O6 + O2 → CO2 + H2O + Q (6.5) CO2 + H2O → H2CO3 (6.6)
H2CO3 → + H+ (6.7)
51
Ngƣợc lại quá trình quang hợp của thực vật hấp thu CO2 làm pH tăng dần. Do thực vật hấp thụ CO2 nhanh hơn lƣợng CO2 tạo ra từ quá trình hô hấp của thủy sinh vật nên thực vật phải lấy CO2 từ sự chuyển hóa và sinh ra nhiều CO2 làm tăng pH của nước.
→ CO2 + + H2O (6.8)
Tuy nhiên, với 2 tải lƣợng khác nhau có 2 pH đầu vào khác nhau, nhƣng pH đầu ra của các mẫu luôn ổn định ở khoảng với pH~6,4. Khoảng pH nằm trong khoảng pH cho phép đối với đời sống, sinh trưởng của thủy sinh vật. Vì pH thích hợp cho thủy sinh vật là 6,0 – 9,0.
6.1.2. Sự biến đổi tổng chất rắn hòa tan ( TDS)
Kết quả TDS đƣợc trình bày trong bảng 6.2 chỉ ra rằng các mẫu đầu vào với tải lượng 62,5 kg COD/ha.ngày có TDS đầu vào là 236 mg/L và đầu ra tương ứng là 182, 168 và 162 mg/L. Bên cạnh đó, với TDS đầu vào là 391 mg/L, các mẫu này có TDS đầu ra theo thứ tự là 261, 276 và 266 mg/L.
Bảng 6. 2: Kết quả TDS đầu vào và đầu ra TDS đầu vào (mg/L) TDS đầu ra (mg/L)
M1 236 182
M2 236 168
M3 236 162
M4 391 261
M5 391 276
M6 391 266
Như vậy, tổng chất rắn hòa tan hay nồng độ muối của nước thải sau khi qua mô hình giảm tương đối thấp. Theo kết quả hình 6.2 cho thấy khi nồng độ chất rắn hòa tan tăng lên thì hiệu quả xử lý của mô hình cũng tăng lên . Hiệu quả xử lý tăng có thể do chất rắn hòa tan với nồng độ cao chứa hàm lƣợng vi lƣợng cao đƣợc cây sậy hấp thu mạnh.
52
Hình 6. 2: Sự biến đổi TDS 6.1.3. Sự biến đổi COD
Trong bảng 6.3, chúng tôi trình bày kết quả xử lý COD của mô hình ĐNN.
Khi nồng độ COD tăng trong khoảng 292 mg/L đến 460 mg/L tương ứng với tải lƣợng hữu cơ là 62,5 Kg COD/ha.ngày và 100 KgCOD /ha.ngày, hiệu suất xử lý COD của mô hình giảm. Trong đó với tải lƣợng 62,5 Kg COD/ha.ngày thì hiệu suất xử lý tăng sau các lần thu mẫu là do lúc đầu hệ sinh học trong mô hình chƣa thích nghi, nhƣng với tải lƣợng 100 KgCOD /ha.ngày thì hiệu suất xử lý của mô hình thay đổi không đáng kể khoảng 92% lúc này có thể hệ sinh học trong mô hình đã đƣợc bảo hòa nhƣ hình 6.3.
53
Bảng 6. 3: Kết quả xử lý COD ở các tải lượng khác nhau
Mẫu Đầu vào
(mg/l) Đầu ra (mg/l) Hiệu suất % Tải lƣợng Kg COD/ha.ngày
1 292,00 26,00 91,09
62,5
2 292,00 15,00 94,86
3 292,00 14,00 95,21
4 460,00 37,00 91,95
100,0
5 460,00 40,00 91,3
6 460,00 37,00 91,95
Hiệu quả xử lý của mô hình phụ thuộc vào nguồn cung cấp và tiêu thụ oxy.
Trong đó, nguồn cung cấp oxy hòa tan cho mô hình bao gồm oxy trong khí quyển và quá trình quang hợp của thực vật làm tăng lượng oxy hòa tan trong nước cũng như làm giảm nồng độ COD của nước thải. Quá trình quang hợp diễn ra mạnh mẽ vào khoảng 14:00 – 16:00 trong ngày và được minh họa trong phương trìn 6.9.
6CO2 + 6H2O → C6H12O6 + 6 O2 (6.9)
Bên cạnh đó cũng có những nguồn tiêu thụ oxy hòa tan của nước làm tăng nồng độ COD của nước thải như quá trình thoát oxy ra khí quyển, do vi sinh vật hấp thu, do quá trình oxy hóa và quá trình hô hấp của thực vật vào ban đêm theo phương trình 6.10.
C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + Q (6.10)
Ngoài ra, nhiệt độ cũng ảnh hưởng đến khả năng hòa tan oxy vào trong nước khi nhiệt độ tăng thì khả năng hòa tan oxy giảm và tốc độ oxy hóa các chất hữu cơ sinh hóa với cường độ mạnh làm tăng nồng độ COD của nước thải và ngược lại.
54
Hình 6. 3: Sự biến đổi COD của nước thải sau khi xử lý 6.1.4. Sự biến đổi P – tổng
Theo kết quả nghiên cứu ở bảng 6.4. thì hiệu suất trung bình của quá trình xử lý phốt pho tương ứng 92,57 %. Trong đó với nồng độ P – tổng ban đầu tương ứng bằng 8,7 mg/L , 15,6 mg/L thì sau khi được xử lý nồng độ P – tổng nước thải đầu ra tương ứng còn khoảng 0,5 mg/L, 1,3 mg/L.
Bảng 6. 4: Kết quả xử lý P – tổng ở các tải lƣợng khác nhau Mẫu Đầu vào
mg/L
Đầu ra
mg/L Hiệu suất % Tải lƣợng KgP/ ha. ngày
1 8,70 0,60 93,10
1,81
2 8,70 0,50 94,25
3 8,70 0,50 93,10
4 15,60 1,40 91,02
3,25
5 15,60 1,20 92,30
6 15,60 1,30 91,67
55
Hình 6.4 cho thấy kết quả xử lý P – tổng của mô hình ở 2 tải lƣợng khác nhau có nồng độ P – tổng sau khi xử lý rất thấp. Khi nồng độ phốt pho đầu vào tăng lên, hiệu quả xử lý phốt pho giảm không đáng kể.
Hình 6. 4: Sự biến đổi P- tổng
Trong nước thải phốt pho tồn tại ở dạng orthophotphat. Chúng dễ bị thực vật hấp thu và chuyển hóa thành năng lƣợng để phục vụ cho quá trình trao đổi chất.
Thực vật có khả năng hấp thu lƣợng orthophotphat vƣợt nhu cầu cần thiết của chúng, lƣợng dƣ thừa đƣợc chúng giữ lạ. Bên cạnh đó, một phần phosphat vô cơ bị kết tủa bởi một số ion Ca, Al vì với pH khoảng 6,5 là điều kiện thích hợp cho những phản ứng này tạo ra các tủa nhƣ AlPO4, Ca3(PO4)2. Đó là lý do tại sao mô hình ĐNN có khả năng xử lý phốt pho cao là do thành phần phốt pho trong nước thải được thực vật và các vi sinh vật hấp thụ để tăng trưởng.
6.1.5. N –Amonia và N - tổng
Qua kết quả thí nghiệm bảng 6.5 cho thấy nồng độ các chất có mặt nitơ giảm mạnh, hiệu suất xử lý các hợp chất của nitơ của mô hình ĐNN đối với nitơ tổng và amonia tương ứng là 96,27 và 95,96 %.
56
Bảng 6. 5: Kết quả xử lý nitơ tổng và amonia của mô hình ĐNN
N – Tổng N - Amonia
Mẫu vào mg/L
ra mg/L
Hiệu suất %
Tải lƣợng kgN/ha.ngày
vào mg/L
ra mg/L
Hiệu suất %
Tải lƣợng kg /ha.ngày M1 37,8 2,4 93,65
7,88
25 1,0 96,00
5,21
M2 37,8 1,2 96,83 25 0,8 96,92
M3 37,8 0,8 97,88 25 0,7 97,20
M4 50,0 1,8 96,40
10,42
40 1,0 97,50
8,33
M5 50,0 2,2 95,60 40 2,0 95,00
M6 50,0 2,3 95,40 40 2,0 95,00
Quá trình tiêu thụ nitơ trong mô hình chủ yếu là do các nguyên nhân sau đây:
(1) cây hấp thu NH4+ để phục vụ cho quá trình trao đổi chất; (2) các vi sinh vật tiến hành quá trình nitrat hóa hoạt động chuyển hóa NH4+ thành và (3) một phần NH4+ bị bốc hơi trong điều kiện tự nhiên. Khi vào mô hình, các hợp chất của nitơ bị các vi sinh vật oxy hóa, nitrat hóa sau đó thực vật sẽ hấp thu các hợp chất của nitơ nhƣ là chất dinh dƣỡng để cây phát triển. Quá trình nitrat hóa diễn ra nhƣ sau:
NH3 + H2O + OH- (6.11) + 3/2 O2 → + 2H+ + H2O (6.12)
+ ẵ O2 → (6.13)
57
Hình 6. 5: Biểu đồ hiệu suất xử lýnitơ tổng và amonia của mô hình ĐNN Dựa vào kết quả hình 6.5 cho thấy hiệu quả xử lý N – tổng và N - amonia thì gần nhƣ nhau. Và khi tăng tải lƣợng lên nhƣng kết quả đầu ra chênh lệch không đáng kể. Điều đó chứng tỏ mô hình ĐNN trong thí nghiệm này hoạt động cân bằng, đồng thời sự thay đổi tải lƣợng ô nhiễm này không quá lớn để có thể gây làm giảm sâu hiệu quả xử lý của mô hình.