CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
3.2. Sự thích nghi và đặc tính bùn hoạt tính
Trong hệ thống XLNT có quá trình xử lý sinh học, BHT có vai trò quan trọng, quyết định 80% hiệu quả XLNT. Khi nồng độ và hoạt tính của bùn trong hệ thống cao sẽ làm hiệu quả xử lý chất ô nhiễm của hệ thống tăng cao và rút ngắn thời gian xử lý.
Kết quả nghiên cứu thu được về sự thay đổi hàm lượng sinh khối theo thời gian được thể hiện trên Hình 3.1.
Quan sát đồ thị kết quả nghiên cứu thể hiện trên Hình 3.1 thấy rằng, sau khoảng thời gian 18 ngày, VSV đã thích nghi với môi trường nước thải chăn nuôi và tăng trưởng nhanh, lượng sinh khối tăng từ 1200 lên khoảng 6500 mg/L. Ở giai đoạn đầu khi vận hành (6 ngày đầu), do lượng VSV trong bùn đang trong giai đoạn thích nghi với môi trường mới nên bùn phát triển chậm, cụ thể nồng độ BHT tăng từ 1200 đến khoảng 2800 mg/L. VSV khi cho vào môi trường mới cần có một thời gian để thích nghi. Sau giai đoạn làm quen với cơ chất, VSV mới bắt đầu tăng trưởng. Đến giai đoạn sinh trưởng của VSV kèm theo môi trường nước thải chăn nuôi lợn giàu cơ chất cũng như chất dinh dưỡng nên BHT phát triển tốt,
72
MLSS tăng nhanh từ 2800 lên khoảng 6500 mg/L. Quan sát thấy BHT chuyển từ màu nâu đen sang màu nâu vàng.
Hình 3.1. Sự thay đổi MLSS và SVI theo thời gian
Khả năng lắng của bùn (khả năng tách giữa pha rắn - lỏng trong bể phản ứng) thể hiện qua chỉ số SVI. BHT có chỉ số SVI càng nhỏ lắng càng nhanh và càng đặc. Quan sát đường biểu diễn chỉ số SVI trên Hình 3.1 nhận thấy, lượng bùn lắng giảm đi rõ rệt theo thời gian. Chỉ số SVI của BHT trong bể dao động từ 72 - 108 mL/g (từ ngày 14 đến ngày 32), trong khi đối với hệ thống BHT thông thường, SVI thường nằm trong khoảng 80 - 150 mL/g . Điều này chứng tỏ BHT trong bể có sự thích nghi và tăng trưởng tốt với nước thải chăn nuôi. Như vậy có thể thấy trong cả quá trình, khả năng lắng của bùn gần như rất tốt. Tuy nhiên, có những thời điểm bùn lắng không tốt, SVI dao động từ 102 – 108 mL/g từ ngày 22 đến ngày 26. Nguyên nhân có thể do thời gian sục khí kéo dài, lưu lượng khí cấp vào lớn, bông bùn vỡ và mịn hơn dẫn đến bùn khó lắng. Ở giai đoạn sau đó, sau khi điều chỉnh hệ cấp khí, bùn phát triển tốt trở lại, MLSS tăng đến khoảng 7000 mg/L, SVI dao động từ khoảng 76 - 86 mL/g. Khi bùn đặc, MLSS khoảng 7000 mg/L, tiến hành tách lượng bùn ra nhiều bể và tiếp tục tăng lượng sinh khối lên 9000 - 12000 mg/L để đủ lượng BHT vận hành hệ thống.
Để đánh giá mật độ sinh khối trong BHT xét thêm tỉ số MLVSS/MLSS. Kết quả nghiên cứu thể hiện trên Hình 3.2.
Hình 3.2. Sự thay đổi của MLSS và tỉ số MLVSS/MLSS theo thời gian Từ các số liệu kết quả đồ thị thể hiện trên Hình 3.2 thấy rằng, tỉ số MLVSS/MLSS khá ổn định, dao động từ 0,71 75 - 0,88. Đối với quá trình BHT thông thường, tỉ số này thường là khoảng 0,8. Tỉ số MLVSS/MLSS này tương đương với kết quả nghiên cứu của nhóm Yang và Cicek (2008) khi tỉ số MLVSS/MLSS ≥ 0,75. Điều này cho thấy, BHT sử dụng trong nghiên cứu có chất lượng tốt. Tại một vài thời điểm, tỉ số MLVSS/MLSS giảm xuống dưới 0,7.
Nguyên nhân là do quá trình tiền xử lý chưa tốt, trong nước thải chứa nhiều cặn vô cơ, các bông bùn chứa VSV bám vào các hạt cặn này dẫn đến bùn lắng nhanh, đồng thời làm kết quả MLSS tăng lên. Do đó, sử dụng rây lọc kích thước 0,1 mm thay thế cho rây lọc kích thước 0,5 mm để loại bỏ cặn tốt hơn.
Khả năng xử lý chất ô nhiễm của bùn hoạt tính
Giá trị pH của nước thải trước và sau khi xử lý
Giá trị pH của nước thải chăn nuôi dao động khoảng 6,3 – 6,8. Sau quá trình sục khí và nghỉ lắng liên tiếp trong 2 ngày thì giá trị pH trong nước thải đầu ra tăng lên đáng kể và dao động trong khoảng 8,2 – 8,8. Nguyên nhân có thể do trong quá trình axit hóa phân giải chất hữu cơ tạo thành các axit béo dễ bay hơi là những chất dễ phân hủy sinh học nên các VSV dễ dàng hấp thụ, dẫn đến làm giảm tính axit trong nước, đồng nghĩa với làm tăng pH. Ngoài ra còn có thể do trong nước thải có chứa các thành phần khoáng vô cơ như Ca2+, Mg2+ và Na+, K+ nên sau khi oxy hóa tạo nên các chất kiềm mạnh như Ca(OH)2, KOH … làm tăng
74
pH trong nước thải. Nước thải đầu ra phân tích thấy Ca2+ và K+ có nồng độ lần lượt là 94,4 – 210,3 và 257,1 – 575,9 mg/L.
Hình 3.3. Sự thay đổi của pH theo thời gian lưu
Hiệu quả xử lý chất hữu cơ
Khả năng xử lý COD phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong đó, số lượng, hoạt tính VSV, tốc độ tăng sinh khối cũng như hàm lượng chất bẩn, chất dinh dưỡng có trong nước thải có ảnh hưởng lớn.
Sự thay đổi giá trị COD trong nước thải và hiệu suất xử lý COD theo thời gian được biểu diễn trên Hình 3.4.
76
Hình 3.4. Sự thay đổi của COD và hiệu suất xử lý COD theo thời gian Quan sát đồ thị kết quả nghiên cứu thể hiện trên Hình 3.4 thấy rằng, giá trị COD đầu vào trong khoảng thời gian 16 ngày đầu được điều chỉnh dao động trong khoảng từ 625 - 1436 mgO2/L để VSV thích nghi dần với môi trường mới.
Hiệu suất xử lý COD của quá trình đạt từ 80 81,6 - 91,4%, tương ứng giá trị COD đầu ra 68 – 110 mgO2/L. Sau thời gian thích nghi và tăng trưởng của VSV, hàm lượng sinh khối tăng nhanh nên để đảm bảo nhu cầu cơ chất và dinh dưỡng cung cấp cho hệ VSV, điểu chỉnh COD đầu vào tăng lên, dao động khoảng 5000 3000 – 7000 mgO2/L. Sau 2 ngày sục khí, khuấy trộn đều và nghỉ lắng liên tiếp nhauKhi thời gian lưu bùn tăng, hiệu suất xử lý COD của quá trình đạt được khá cao, từ 94,3 – 95,15%, tương ứng với COD sau xử lý còn khoảng 358 318 - 367 mgO2/L.
Nhìn chung, hiệu quả xử lý COD của hệ tương đối cao, mặc dù nước thải sau xử lý vẫn chưa đạt tiêu chuẩn cho phép, điều này đồng nghĩa với việc cần có biện pháp loại bỏ các chất hữu cơ khó phân hủy ra khỏi nước thải trước khi đưa vào hệ thống xử lý hiếu khí.
Hiệu quả xử lý amoni
Nitơ tồn tại trong nước thải chăn nuôi chủ yếu ở dạng NH4+. Sự thay đổi NH4+ trong nước thải và hiệu suất xử lý NH4+ theo thời gian được biểu diễn trên Hình 3.5.
Hình 3.5. Sự thay đổi của nồng độ NH4+ - N và hiệu suất xử lý theo thời gian Nước thải chăn nuôi trong nghiên cứu có nồng độ NH4+ khá cao, nồng độ NH4+ dao động từ 75 - 600 602 mg N/L. Theo thời gian, khi MLSS trong bể tăng thì hiệu suất xử lý NH4+ -N của hệ cũng tăng theo từ 75 56,4 – 99,8 %, tương ứng NH4+ -N đầu ra khoảng 4441,5 4 – 0,9 mg/L.
Sục khí kèm theo khuấy trộn liên tục tạo điều kiện cho BHT được đảo trộn đều trong hệ thống. Các bông cặn BHT giúp phân hủy các chất hữu cơ và xây
78
dựng tế bào mới nên cần nhiều chất dinh dưỡng để phát triển, do đó hiệu suất xử lý NH4+ tăng. Ngoài ra, chế độ sục khí 45 phút, DO trung bình trong lúc sục khí đạt khoảng 4,2 mg/L, thì tạo điều kiện thuận lợi để NH4+ -N trong nước thải đủ điều kiện để chuyển hoá hết sang dạng NO2- nitrit, NO3- nitrat theo phương trình:
NH4+ + O2 NO2- (3.1) NO2- + O2 NO3- (3.2)
Hơn nữa, trong quá trình lắng tạo môi trường thiếu khí, yếm khí, NH4+ cũng được loại bỏ bằng quá trình Sharon - Anammox (Van Dongen và ncs, 2001;
Christan Fux và ncs, 2002):
NH4+ + NO2- N2 + H2O (3.3) Do đó, sau 2 ngày xử lý, NH4+ đã được chuyển hóa gần như hoàn toàn, hiệu suất đạt trên 99,8 %, tương ứng NH4+ -N đầu ra khoảng 0,9 mg/L .
Như vậy có thể thấy rằng, nồng độ BHT đã có sự thích nghi với nước thải chăn nuôi lợn và đã có sự tăng trưởng sinh khối (sau 30 18 ngày, nồng độ BHT tăng từ 1200 mg/L lên khoảng 7000 6500 mg/L). Tỉ số MLVSS/MLSS khá ổn định, dao động từ 0,71 - 0,88. Chỉ số SVI của BHT trong bể dao động từ 72 - 108 mL/g và giảm dần theo thời gian. Trong khi đó, khả năng xử lý cơ chất và các chất dinh dưỡng tăng theo thời gian. BHT sau khi đã thích nghi với nguồn nước thải chăn nuôi được đưa vào sử dụng trong các nghiên cứu.