CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
3.5. Ảnh hưởng của các điều kiện vận hành mô hình hệ thống đến hiệu quả xử lý
3.5.1. Ảnh hưởng của lưu lượng đầu vào
Với năng suất lọc của màng 12 L/m2.h, và chế độ hút 10 phút nghỉ 2 phút.
Như vậy lưu lượng nước được hút qua màng sẽ là:
[12 L/m2.giờ x (50 phút hút/60 phút)] x 24 giờ = 240 L/ngày
Vận hành mô hình hệ thống với lưu lượng đầu vào khác nhau, tỷ lệ tuần hoàn nước 200%, lưu lượng vào các bể được thể hiện trong Bảng 3.6.
Bể Yếm khí
Bể Thiếu khí
Bể Hiếu khí
Bể đệm Đầu vào
Đầu ra
Bảng 3.6. Lưu lượng đầu vào các bể Lưu
lượng đầu vào (L/ngày)
Bể yếm khí (L/ngày)
Dòng tuần hoàn thiếu khí
(L/ngày)
Bể thiếu khí (L/ngày)
Dòng tuần hoàn hiếu
khí (L/ngày)
Bể hiếu khí (L/ngày)
Lưu lượng ra (L/ngày)
30 30 60 90 150 240 30
45 45 90 135 105 240 45
60 60 120 180 60 240 60
Với lưu lượng đầu vào bể yếm khí Q = 30 L/ngày. Với dòng tuần hoàn nước 200% nên lưu lượng dòng tuần hoàn nước sẽ là 2Q = 60 L/ngày. Như vậy, tổng lưu lượng dòng vào bể thiếu khí sẽ là 3Q = 90 L/ngày. Dòng tuần hoàn nước từ bể đệm quay trở lại bể hiếu khí sẽ bằng: lưu lượng nước hút ra của màng (240 L/ngày) – lưu lượng từ bể thiếu khí sang (3Q) = 240 – (3 x 30) = 150 L/ngày. Do đó, tổng lưu lượng dòng vào và ra bể hiếu khí cân bằng và bằng 240 L/ngày.
Tương tự cách tính như trên đối với các lưu lượng đầu vào được khảo sát.
Thời gian lưu nước trong các bể xử lý được thể hiện trong Bảng 3.7.
Bảng 3.7. Thời gian lưu nước trong các bể và toàn hệ với các lưu lượng đầu vào khác nhau
Lưu lượng đầu vào (L/ngày)
Thời gian lưu nước (ngày)
Bể yếm khí Bể thiếu khí Bể hiếu khí
30 1,33 0,33 0,46
45 0,89 0,22 0,46
60 0,67 0,17 0,46
Với lưu lượng đầu vào hệ thống 30 L/ngày, tại bể yếm khí, thời gian lưu nước sẽ là: t = V/Q = 40 / 30 = 1,33 ngày.
96
Tại bể thiếu khí, tổng lưu lượng dòng vào (3Q) nên thời gian lưu nước sẽ là:
t = V /Q = 30 / 90 = 0,33 ngày.
Tại bể hiếu khí, tổng lưu lượng vào bể hiếu khí là 240 L/ngày, thì thời gian lưu nước tại bể hiếu khí sẽ là: t = V / Q = 110 / 240 = 0,46 ngày.
Tương tự cách tính thời gian lưu nước như trên đối với các lưu lượng đầu vào được khảo sát.
Hiệu quả xử lý của mô hình hệ thống phụ thuộc rất nhiều vào thời gian lưu thủy lực, đồng thời quyết định chi phi đầu tư hệ thống cũng như chi phí vận hành. Bởi vậy, cần phải lựa chọn thời gian lưu tối ưu cho hệ thống. Rút ngắn thời gian lưu nước nhưng vẫn đáp ứng được tiêu chuẩn xả thải là điều mà mọi công nghệ xử lý muốn hướng tới.
Ảnh hưởng của lưu lượng đầu vào đến hiệu quả xử lý COD
Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của lưu lượng đầu vào đến hiệu quả xử lý COD được thể hiện trên Hình 3.1312.
Hình 3.1312. Hiệu suất xử lý COD theo các lưu lượng đầu vào khác nhau Trong thời gian mô hình hệ thống vận hành với lưu lượng đầu vào 30 L/ngày tương ứng từ ngày thứ nhất tới ngày thứ 8, thời gian lưu nước toàn hệ thống là 2,126 ngày, hiệu suất xử lý COD của toàn hệ đạt được rất cao 98,1 –
99,1%, tương ứng với giá trị COD đầu ra chỉ còn dao động khoảng 43,2 – 87,4 mgO2/L. Sở dĩ đạt được kết quả này làầ do thời gian lưu ở các bể được kéo dài, tương ứng bể yếm khí, thiếu khí và hiếu khí lần lượt là 1,3; 0,33 và 0,46 ngày. Khi thời gian lưu nước trong các bể tăng lên, khả năng tiếp xúc, hấp thụ và phân hủy chất hữu cơ của VSV càng lớn. Trong đó, đáng chú ý là thời gian lưu ở bể yếm khí được kéo dài lên đến 1,3 ngày tạo điều kiện phân giải COD đáng kể. Do đó, giá trị COD ban đầu giảm mạnh sau khi qua bể yếm khí, tạo điều kiện cho các quá trình tiếp theo phân hủy chất hữu cơ được dễ dàng và làm tăng hiệu suất xử lý COD của cả quá trình.
Trong khi đó, với lưu lượng nước thải đầu vào tăng lên 45 L/ngày, tương ứng thời gian vận hành mô hình hệ thống từ ngày thứ 9 đến ngày thứ 16, hiệu suất xử lý COD giảm xuống còn 97,8 – 98,2%, tương ứng giá trị COD đầu ra còn khoảng 72 – 92,6 mgO2/L. Khi lưu lượng nước thải đầu vào tăng dẫn đến thời gian lưu nước toàn hệ giảm còn 1,574 ngày, trong đó bể yếm khí và thiếu khí giảm xuống còn 0,89 và 0,22 ngày. Do thời gian lưu trong 2 bể yếm khí và thiếu khí giảm nên hiệu suất xử lý COD của toàn hệ giảm. Tuy nhiên, kết quả COD đầu ra cho thấy với lưu lượng đầu vào 45 L/ngày, giá trị COD trong nước thải sau xử lý vẫn đáp ứng tiêu chuẩn xả thải loại B theo QCVN 01- 79:2011/BNNPTNT.
Tuy nhiên, khi tăng lưu lượng nước thải đầu vào lên 60 L/ngày (hệ vận hành từ ngày thứ 17 đến ngày thứ 24) đồng nghĩa với thời gian lưu nước của toàn hệ giảm xuống còn 1,3 ngày, điều này dẫn đến hiệu suất xử lý COD giảm mạnh.
Thời gian lưu tại bể yếm khí rút ngắn xuống còn 0,67 ngày nên hiệu suất xử lý COD của bể yếm khí giảm mạnh, dẫn đến hiệu suất xử lý COD của hệ thống cũng giảm theo. Hiệu suất xử lý COD của toàn hệ chỉ còn đạt mức 95,5 – 96,9%, tương ứng giá trị COD đầu ra khoảng 139,5 – 211,5 mgO2/L. Kết quả giá trị COD này đã vượt tiêu chuẩn xả thải cho phép, với thông số COD trong tiêu chuẩn xả thải loại B theo QCVN 01-79:2011/BNNPTNT là 100 mgO2/L.
98
Qua các kết quả trên nhận thấy, khi hệ vận hành với các lưu lượng nước thải đầu vào khác nhau đã ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý COD. Tuy nhiên, hiệu suất xử lý COD của hệ thống vẫn đạt rất cao trong thời gian lưu nước rất ngắn, trên 95%, điều này là do việc bố trí các quá trình trong hệ thống hợp lý. Mặc dù vậy, khi lưu lượng đầu vào tăng lên mức 60 L/ngày đã vượt ngưỡng chịu tải của hệ. Do đó, duy trì lưu lượng đầu vào 45 L/ngày để hệ thống có thể xử lý COD đáp ứng tiêu chuẩn xả thải loại B theo QCVN 01-79:2011/BNNPTNT.
Ảnh hưởng của lưu lượng đầu vào đến hiệu quả xử lý amoni
Do nước thải chăn nuôi có đặc điểm hàm lượng N đầu vào rất lớn cho nên thực chất của bài toán XLNT chăn nuôi chính là xử lý N, khi giải quyết được quá trình oxy hoá amoni thì quá trình oxy ôxy hoá COD cũng sẽ được giải quyết.
Nguyên do bởi ôxy hoá amoni mất nhiều thời gian hơn ôxy hóa COD. Bởi vì vi khuẩn Nitrosomonas và Nitrobacter có số lượng ít và tốc độ sinh trưởng chậm hơn, không thể cạnh tranh được so với vi khuẩn dị dưỡng ôxy hóa COD (Lê Văn Cát, 2007). Do đó, để vi khuẩn Nitrosomonas và Nitrobacter chuyển hóa hoàn toàn NH4+sang NO2- và NO3- cần thời gian lưu dài hơn.
Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của lưu lượng đầu vào đến hiệu quả xử lý amoni được thể hiện trên Hình 3.1413.
Hình 3.1413. Hiệu suất xử lý NH4+-N theo các lưu lượng đầu vào khác nhau
Khi mô hình hệ thống vận hành với lưu lượng đầu vào 30 L/ngày từ ngày thứ nhất tới ngày thứ 8, thời gian lưu nước trong hệ là 2,126 ngày, hiệu suất xử lý NH4+-N của hệ đạt 98,3 – 99,1%, tương ứng với NH4+-N đầu ra là 3,04 – 6,01 mg/L.
Khi tăng lưu lượng đầu vào hệ thống lên 45 L/ngày từ ngày thứ 9 đến ngày thứ 16, thời gian lưu nước giảm xuống còn 1,574 ngày, hiệu suất xử lý NH4+-N giảm xuống còn 97,3 – 98,1%, tương ứng đầu ra 5,7 – 10,8 mg/L. Nguyên nhân hiệu suất xử lý amoni giảm là do khi tăng lưu lượng dòng vào đã làm giảm lưu lượng dòng tuần hoàn về bể hiếu khí. Điều nàythời gian lưu ở bể hiếu khí dẫn đến lượng amoni trong nước thải không có đủ thời gian để được VSV chuyển hóa sang NO3- và NO2-. Tuy nhiên, kết quả amoni trong nước thải sau xử lý vẫn đáp ứng tiêu chuẩn xả thải loại B theo QCVN 01-79:2011/BNNPTNT về thông số NH4+-N.
Khi tiếp tục tăng lưu lượng đầu vào lên 60 L/ngày từ ngày thứ 17 đến ngày thứ 24, nghĩa là giảm thời gian lưu nước xuống 1,33 ngày, hiệu suất xử lý NH4+- N giảm xuống nhanh chóng, chỉ còn 73,7 – 78,5 %, tương ứng đầu ra là 70,2 – 82,9 mg/L, vượt tiêu chuẩn xả thải cho phép 7 - 8 lần. Như nguyên nhân đã trình bày ở trên, khi lưu lượng đầu vào tăng đã làm giảm thời gian lưu ở bể hiếu khíđã dẫn đến lưu lượng tuần hoàn về bể hiếu khí giảm, do đó làm giảm khả năng oxy ôxy hóa amoni.
Như vậy có thể thấy rằng, khi lưu lượng đầu vào tăng, thời gian lưu thủy lực bị rút ngắn lại dẫn đến hiệu suất xử lý amoni giảm rõ rệt bởi vì vi khuẩn Nitrosomonas và Nitrobacter chuyển hóa hoàn toàn NH4+sang NO2- và NO3- cần thời gian lưu dài. Như vậy, trong nghiên cứu này, lựa chọn lưu lượng đầu vào 45 L/ngày cho hệ thống xử lý để đảm bảo tiêu chí amoni đầu ra đáp ứng tiêu chuẩn xả thải loại B theo QCVN 01-79:2011/BNNPTNT.
100