CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
3.2 Nghiên cứu xử lý nước rác bằng phương pháp sinh học (bước 2)
3.2.2 Nghiên cứu xử lý nước rác bằng lọc sinh học thiếu khí
Nước rác sau khi xử lý yếm khí có COD còn tương đối cao (từ 715÷
1050mg/l). Đáng chú ý là tổng nitơ còn từ 136,3÷150,4mg/l (Bảng 3.14).
COD trong nước rác lúc này chủ yếu là những chất chậm hoặc khó chuyển hóa. Với đặc trưng này nếu xử lý hiếu khí sẽ rất tốn năng lượng, để oxy hóa 1kg BOD5 cần ~ 1kg O2 hòa tan, hơn thế nữa để oxy hóa 1kg nitơ amon cần 4,32 kg O2 và 1kg phốt pho hữu cơ cần tới 6,09 kg O2 [65]. Vì vậy nhu cầu điện năng cho cấp khí rất cao. Với nước thải giàu nitơ, phốt pho thì chi phí cho cấp khí có thể chiếm tới 55- 65% tổng chi phí vận hành [5]. Hơn thế nữa quá trình xử lý hiếu khí sẽ tạo ra một lượng sinh khối tương ứng với lượng nitơ, phốt pho có trong nước. Bùn hoạt tính hiếu khí dư cũng cần được xử lý. Quá trình lọc thiếu khí được thực hiện tiếp theo góp
phần khắc phục những nhược điểm trên [65]. Do vậy dòng ra sau xử lý yếm khí được tiếp tục xử lý bằng quá trình lọc thiếu khí.
Bảng 3.14 Đặ ưng dòng vào l c thiếu khí
STT Thông số Đơn vị Kết quả
QCVN 25- 2009/BTNMT
(cột B)
1 pH - 7,60 ÷ 7,75 5,5 ÷ 9
2 BOD5 mg/l 308 ÷ 472 100
3 COD mg/l 715 ÷ 1.050 400
4 TN mg/l 136,3 ÷ 150,4 60
5 TP mg/l 24,7 ÷ 33,44 -
3.2.2.1 Nghiên cứ nh hư ng củ OD dòng vào
Nước rác sau xử lý yếm khí được đưa vào lọc thiếu khí có COD từ 715 ÷ 1.050mg/l (Bảng 3.14) . Thời gian lưu 24 giờ, thể tích đệm 30%.
Bảng 3.15 Ản ư ng của COD dòng vào tới quá trình l c thiếu khí
Thông số 715 mg/l 826 mg/l
Dòng vào Dòng ra HQXL (%) Dòng vào Dòng ra HQXL (%)
pH 7,5÷7,6 7,76÷7,84 - 7,5-7,7 7,77-7,86 -
DO (mg/l) 0,7-0,9 - - 0,5-0,7 - -
COD (mg/l) 715 386 46,01 826 437 47,09
BOD5 (mg/l) 308 143,5 53,41 368 152 58,70
TN (mg/l) 136,4 67,7 50,37 140,7 62,5 55,58
TP (mg/l) 24,7 11,2 54,66 25,6 10,1 60,55
Thông số 898 mg/l 1.050 mg/l
Dòng vào Dòng ra HQXL (%) Dòng vào Dòng ra HQXL (%)
pH 7,5÷7,6 7,76÷7,81 - 7,5-7,7 7,6-7,62 -
DO(mg/l) 0,6-0,9 - - 0,7-0,8 - -
COD (mg/l) 898 436 51,45 1050 506 51,81
BOD5
(mg/l) 387 148 61,76 472 185 60,81
TN (mg/l) 145,1 55,6 61,68 150,4 69,3 53,92
TP (mg/l) 30,4 10,6 65,13 33,44 12,7 62,02
Kết quả nghiên cứu cho thấy ở COD dòng vào từ 715 đến 898 mg/l hiệu quả xử lý COD chỉ đạt 46,01÷ 51,45%. COD dòng ra ở 386÷ 436 mg/l. Khi tăng COD lên tới 1.050 mg/l, hiệu quả xử lý tăng không đáng kể, đạt 51,81%. Kết quả nghiên cứu của Ismail Trabels (2009) trên nước rác, hiệu quả xử xử lý TN là 45% ; COD là 46% (tổng nitơ dòng vào là 2000mg/l, COD dòng vào 7200mg/l) thời gian lưu 20 ngày sau đó nước rác được xử lý hiếu khí 7 ngày [46]. Điều này có thể là do nước rác tại bãi Jebel Chekir (Tunisia) mà Ismail Trabels nghiên cứu là nước rác cũ, và chưa được xử lý sơ bộ. Với hàm lượng các hợp chất hữu cơ lớn đưa vào bể lọc thiếu khí đòi hỏi thời gian lưu dài và thiết bị phản ứng lớn [46]. Với nghiên cứu này một phần nitơ đã được tách ra nên việc xử lý trong bể lọc thiếu khí sẽ đơn giản hơn. Mặt khác pH trong bể lọc thiếu khí trong nghiên cứu này là 7,5 và 7,81 theo tác giả A.S Erses (2003) và M.
Warith (2002) đã chứng minh rằng đây là khoảng pH rất thích hợp cho quá trình phát triển cho vi khuẩn thiếu khí [42,95]. Sau 24 giờ COD dòng ra còn 506 mg/l (Bảng 3.15; Hình 3.14), lượng COD này sẽ được xử lý tiếp tục ở bãi lọc trồng cây đến đạt tiêu chuẩn thải.
386
437 436
506
40 42 44 46 48 50 52 54
715 826 898 1050
COD dòng vào (mg/l)
Hiệu quả xử lý (%)
100 200 300 400 500 600
COD dòng ra (mg/l)
Y.COD COD ra
Hình 3.14 Ản ư ng của OD dòng ến hiệu qu xử lý bằng l c thiếu khí
Đáng chú ý là lọc thiếu khí cho hiệu quả xử lý nitơ tương đối cao đạt 50,37% đến 61,68 %. Có hiện tượng này là do: Một phần nitơ được hấp phụ vào bề mặt vật liệu lọc như đã trình bày ở trên. Mặt khác một lượng nhỏ nitơ được sử dụng tạo thành sinh khối và một lượng lớn nitơ được chuyển hóa trong điều kiện thiếu khí theo các cơ chế phản nitrat hóa gián tiếp.
- Oxy hóa amoni tạo NO2- và một lượng rất nhỏ NO3-
2NH3 + 3O2 2HNO2 + 2H2O +158Kcal
HNO2 +O2 2HNO3 + 48Kcal
- Phản nitrat hóa gián tiếp do chuyển hóa axit amin và amin theo cơ chế sau:
R-CHNH2-COOH + O=N-OH R-CHOH +COOH +2N2↑ +H2O R-CO-NH2 + O=N-OH pHtrungtinh,axitnhe R-COOH +2N2↑ +H2O
Trong thiết bị thiếu khí quá trình khử nitơ bán phần sử dụng ít oxi (DO<1mg/l) tạo ra rất ít sinh khối (0,15g/gCOD).
Với quá trình xử lý hiếu khí lượng oxi hòa tan cần 3-4mg/l.
Tuy nhiên nhu cầu oxi và hiệu quả oxy hóa còn phụ thuộc vào thiết bị cấp khí (đĩa, chụp, lỗ...), phương thức cấp khí (nén, thổi), nhiệt độ môi trường, thành phần môi trường, chiều cao của lớp nước...
Công nghệ SBR cũng đã được công ty SEEN áp dụng để xử lý nitơ tuy nhiên công nghệ này vận hành phức tạp, lượng sinh khối tạo ra lớn và vẫn phải tiêu tốn năng lượng cho quá trình cấp khí.
3.2. . Nghiên cứ nh hư ng củ thời gi n ư
Để khẳng định một lần nữa kết quả nghiên cứu trên, nước rác sau xử lý yếm khí có COD ~ 1000mg/l được đưa vào nghiên cứu với thời gian lưu 12, 24 và 36 giờ, thể tích đệm 30% kết quả chỉ ra ở bảng Bảng 3.16.
Bảng 3.16 Ản ư ng của thờ g n ư ới quá trình l c thiếu khí
Thông số Đơn vị
T=12 (giờ) T = 24 (giờ) T = 36 (giờ) Dòng
vào Dòng ra Dòng
vào Dòng ra Dòng
vào Dòng ra
pH - 7,5 7,6 7,7 7,65 7,7 7,5
DO mg/l 0,5-0,7 0,6-0,7 0,6-0,8
BOD5 mg/l 468 214,5 471 182 475 166,7
COD mg/l 1.016 587 1.036 501 1.042 472
TN mg/l 147,3 91,12 148,1 70,7 148,7 62,6
TP mg/l 32,8 17,5 33,2 12,9 33,4 11,5
YBOD5 % 42,22 51,64 54,70
YCOD % 54,17 61,36 64,91
YTN % 38,14 52,26 57,90
YTP % 46,65 61,14 65,57
Kết quả nghiên cứu cho thấy: ở thời gian lọc 12 giờ, hiệu quả xử lý COD chỉ đạt 42,22%. Khi tăng thời gian lên 24 giờ hiệu quả xử lý COD, BOD , TN, TP tăng đáng
kể (YCOD đạt 61,36%, YTN đạt 52,26%). Tuy nhiên ở thời gian lưu 36 giờ hiệu quả xử lý tăng không đáng kể (3,06%). Vì vậy thời gian lưu được lựa chọn là 24 giờ (Bảng 3.16).
3.2.2. Nghiên cứ nh hư ng củ thể tích ệm
Khác với quá trình chuyển hoá yếm khí, lọc thiếu khí giúp chuyển hoá hiệu quả không chỉ BOD5, COD mà cả nitơ và phốt pho ở hàm lượng thấp. Trong lọc thiếu khí, vật liệu đệm có vai trò là giá thể cho vi sinh vật bám dính tạo màng bền, giúp nâng cao hiệu quả của quá trình.
- Vật liệu đệm sử dụng trong nghiên cứu là xỉ than, được lấy từ bãi thải nhà máy Nhiệt điện Cao Ngạn Thái Nguyên. Xỉ có tỷ trọng: 516,2kg/m3, độ rỗng 66%, kích thước trung bình 20-30mm, bề mặt riêng 160 m2/m3.
- Vật liệu lọc được đổ trên mặt giá đỡ inox, cách đáy 30mm
- Thí nghiệm được tiến hành với COD dòng vào ~ 900mg/l thời gian lưu 24 giờ - Thể tích đệm nghiên cứu ở: 20%; 30%; và 40%.
Bảng 3.17 Ản ư ng của thể í ệm ến hiệu qu xử lý trong l c thiếu khí
VĐệm(%)
COD (mg/l)
YCOD (%)
TN (mg/l)
YTN (%)
TKCOD
(gCOD/lít/ng)
Dòng vào Dòng ra Dòng vào Dòng ra
20 995 456 54,17 144,1 72,3 49,83 0,593
30 1012 358 64,62 148,1 61,7 58,34 0,654
40 998 334 66,53 145,7 56,8 `61,02 0,598
Kết quả nghiên cứu cho thấy: khi thể tích đệm tăng hiệu quả xử lý tăng. Với dung tích đệm 20% hiệu quả xử lý COD là 52,16%, hiệu quả xử lý TN= 45,11%. Khi tăng thể tích đệm lên 30% hiệu quả xử lý TN, COD tăng rõ rệt. (YCOD= 56,31%;
YTN=61,58%). Ở thể tích đệm 40% hiệu quả xử lý COD tăng thêm 1,57% và 3,18%
TN trong khi dung tích chứa của thiết bị sẽ giảm 4-5% (Bảng 3.17). Như vậy thể tích đệm 30% là phù hợp cho quá trình lọc thiếu khí.
Mặt khác ở thể tích đệm 30% tải trọng khối của thiết bị cao hơn rõ rệt đạt 0,654 g COD/lit/ngày (Bảng 3.17).