Thớ nghiệm

2.4.1. Mụ tả thớ nghiệm.

• Thớ nghiệm được tiến hành trong:

- Bỡnh phản ứng: hỡnh trụ, cú thể tớch V= 5 lớt.

- Bỡnh được gắn quả sục khớ ở đỏy bỡnh.

- Vật liệu mang MBC-1 cú hỡnh khối lập phương với kớch thước 1x1x1cm đó được nuụi cấy vi sinh

- Thùng đựng nước đõ̀u vào và có van điờ̀u chỉnh lưu lượng.

Hỡnh 3. Vật liệu mang vi sinh(bờn trỏi: Vật liệu mang đó cú vi sinh, bờn phải: Vật liệu mang chưa cú vi sinh)

2.4.2. Tiến hành thớ nghiệm.

2.4.2.1. Nuụi cấy vi sinh vật.

Nguồn vi sinh vật được lấy từ trạm xử lý nước thải Kim liờn đem về thuần dưỡng, nuụi trong điều kiện chứa chất dinh dưỡng thụng dụng ở điều kiện hiếu khớ (nồng độ oxy hũa tan, DO ≥ 6 mg O2/l) trờn vật liệu mang để cỏc vi sinh vật bỏm dớnh, sinh trưởng và phỏt triển trờn đú. Sử dụng vật liệu mang MBC-1 cú hỡnh khối lập phương, xốp với kớch thước 1x1x1cm.

Thời gian cho vi sinh vật phỏt triển là khoảng 1 thỏng ở nhiệt độ 30 ± 3oC ở trong mụi trường nước đến khi vi sinh vật phỏt triển ổn định, sau đú đem đi khảo sỏt. Nguồn thức ăn bổ sung cho vi sinh vật được pha từ cỏc húa chất NH4Cl, Na2CO3, Na2HPO4và một số nguyờn tố vi lượng khỏc pha trực tiếp vào nước cho vi sinh vật hấp thụ. Vi sinh sau khi được nuụi dưỡng xong sẽ được đưa vào cỏc bể để thực hiện thớ nghiệm.

2.4.2.2. Tiến hành thớ nghiệm

- Thớ nghiệm được tiến hành trong bỡnh hỡnh trụ cú thể tớch 5l

- Tiến hành chạy thớ nghiệm với cỏc mụ hỡnh 1 bỡnh phản ứng với dũng liờn tục khuấy trộn đều và hệ 2 bỡnh nối tiếp.

- Vật liệu mang chiếm từ khoảng 15-20% thể tớch bỡnh phản ứng.

- Bỡnh được gắn cỏc quả sục khớ ở đỏy để cho vật liệu mang chuyển động đều.

- Phõn tớch mẫu nước đầu vào và đầu ra sau 10, 15, 20, 30, 40, 50 phỳt tựy thuộc vào cỏc thớ nghiệm khỏc nhau.

- Mẫu nước được mụ tả dựa vào cỏc tớnh chất đặc trưng của nguồn nước ở ngõ̀m như: pH: 6-8; độ kiềm biến động lớn, chất hữu cơ khụng đỏng kể, NH4+-N< 20mg/l. Và được pha từ cỏc húa chất NH4Cl, Na2CO3, Na2HPO4.

- Lượng oxy hũa tan trong cỏc thớ nghiệm oxy húa amoni được duy trỡ khoảng 4-7 mgO2/l

- Phõn tớch cỏc chỉ tiờu: pH, độ kiềm, amoni, nitirit, nitrat.

ĐầU RA VAN ĐI?U CHỉNH thùng chứa nước đầu vào

VAN ĐI?U CHỉNH thùng chứa nước đầu vào ĐầU RA

Hình 5. Hợ̀ 2 bình phản ứng nụ́i tiờ́p.

2.5. Khảo sỏt một số yếu tố ảnh hưởng lờn quỏ trỡnh nitrat húa trong mụi trường nước ngầm trờn hợ̀ thụ́ng bờ̉ sinh học sử dụng vọ̃t liợ̀u mang vi sinh chuyờ̉n đụ̣ng

2.5.1. Khảo sỏt ảnh hưởng của thời gian lưu trong hợ̀ thụ́ng bờ̉ sinh học sử dụng vọ̃t liợ̀u mang vi sinh chuyờ̉n đụ̣ng lờn hiệu quả xử lý amoni trong nước ngầm

Quỏ trỡnh oxi húa amoni phụ thuộc vào thời gian lưu giữ chỳng ở bờ̉, để đỏnh giỏ hiệu quả xử lý thụng qua thời gian lưu thỡ ta phải khảo sỏt ảnh hưởng của thời gian lưu trong bờ̉. Thời gian lưu là yếu tố quan trọng khi thiết kế hệ thống xử lý nước, nú ngắn hay dài ảnh hưởng rất lớn tới cụng nghệ. Để đỏnh giỏ được hiệu quả xử lý amoni như thế nào cần phải biết sau thời gian bao lõu thỡ chất ụ nhiễm ban đầu đó được xử lý đạt tiờu chuẩn cho phộp.

Thớ nghiệm được tiến hành với việc cố định nồng độ amoni đầu vào là 20mgN/l, và thời gian lưu nước 3h. Chạy thớ nghiệm với cỏc mụ hỡnh 1 bỡnh phản ứng với dũng liờn tục khuấy trộn đều và hệ 2 bỡnh nối tiếp.

Nguồn nước được thay vào mỗi buổi sỏng, sau khi thay nước thỡ bật mỏy chạy hệ, điều chỉnh lưu lượng phự hợp bằng cỏch chỉnh và đo lưu lượng. Khi lưu lượng ổn định bắt đầu tớnh thời gian của hệ phản ứng..

Với mỗi lần chạy thớ nghiệm lấy mẫu đầu vào và mẫu đầu ra sau cỏc khoảng thời gian đó định để phõn tớch cỏc chỉ tiờu NH4+ , NO-

2.5.2. Khảo sỏt ảnh hưởng của nồng độ Amoni lờn quỏ trỡnh nitrat húa trong hợ̀ thụ́ng bờ̉ sinh học sử dụng vọ̃t liợ̀u mang vi sinh chuyờ̉n đụ̣ng lờn hiệu quả xử lý amoni

Nồng độ amoni trong nước ngầm thường rất khỏc nhau tựy thuộc vào từng khu vực. Nú thường dao động từ khoảng 5-20mgN/l, tựy theo vựng, chớnh vỡ vậy để quỏ trỡnh xử lý amoni vận hành ổn định cả khi nồng độ bị biến động thỡ cần phải đỏnh giỏ được hiệu quả của quỏ trỡnh oxi húa amoni theo cỏc nồng độ khỏc nhau.

Thớ nghiệm được tiến hành với nồng độ amoni dao động từ 10-30mgN/l. Và cố định thời gian lưu cụ thể là 2,5h . Sau khi pha nước đầu vào, chỉnh lưu lượng chạy thớ nghiệm với cỏc mụ hỡnh 1 bỡnh phản ứng với dũng liờn tục khuấy trộn đều và hệ 2 bỡnh nối tiếp. Lấy mẫu phõn tớch cỏc chỉ tiờu: pH, kiềm, NH4+, NO2-, NO3-

của nước đầu vào. Sau đú chạy thớ nghiệm ≥ 2,5h thỡ lấy mẫu phõn tớch cỏc chỉ tiờu pH, kiềm, NH4+, NO2-, NO3-.

2.5.3. Khảo sỏt khả năng xủ lý Amoni của hợ̀ sau các khoảng thời gian trong 5 ngày và 10 ngày sau khi chạy hợ̀.

Đụ́i với 1 hợ̀ xử lý đờ̉ đạt được hiợ̀u xuṍt cũng như tính ụ̉n định của hợ̀ thì cõ̀n phải có thời gian nhṍt là với cụng nghợ̀ xủ lý sử dụng vọ̃t liợ̀u mang vi sinh. Thời gian đờ̉ hợ̀ xử lý đi vào ụ̉n định khoảng 7 ngày trở lờn khi bắt đõ̀u chạy hợ̀. Hợ̀ khi mới bắt đõ̀u đi vào hoạt đụ̣ng chưa thờ̉ xử lý triợ̀t đờ̉ được chṍt ụ nhiờ̃m vì vi sinh cũng cõ̀n có thời gian đờ̉ làm quen với nụ̀ng đụ̣ chṍt ụ nhiờ̃m từ đó vi sinh có thờ̉ phát triờ̉n hơn nờ́u như lượng thức ăn(chṍt ụ nhiờ̃m) cao và cũng có thờ̉ giảm đi khi lượng thức ăn ít hơn mọ̃t đụ̣ vi sinh. Chạy thí nghiợ̀m liờn tục lṍy mõ̃u phõn tích sau 5 ngày và 10 ngày đờ̉ so sánh khả năng xử lý amoni của hợ̀ từ đó đưa ra nhọ̃n xét.

CHƯƠNG III. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1. Kết quả khảo sỏt ảnh hưởng của thời gian lưu trong hợ̀ thụ́ng bờ̉ sinh học sử dụng vọ̃t liợ̀u mang vi sinh chuyờ̉n đụ̣ng lờn hiệu quả xử lý amoni

Thớ nghiệm khảo sỏt ảnh hưởng của thời gian lưu nhằm mục đớch tỡm ra lưu lượng mà ở đú hiệu suất xử lý amoni cao nhất nhưng thời gian là ngắn nhất.Thí nghiợ̀m cho kờ́t quả như sau.

Bảng 3. Kết quả thớ nghiệm đỏnh giỏ khả năng xử lý amoni trong nước ngầm bằng hợ̀ thụ́ng bờ̉ sinh học sử dụng vọ̃t liợ̀u mang vi sinh chuyờ̉n đụ̣ng qua việc thay đổi thời gian lưu.

Thời gian lưu (phút ) Chỉ tiờu Hệ NH4+ mgN/l NO2- mgN/l NO3- mgN/l ĐỘ KIỀM mgCaC O3/l pH 0 Đầu vào 20 0,05 2,25 210 8,22

30 Hợ̀ 1 bình liờn tục 15,85 0,93 3,08 180 7,96 Hợ̀ 2 bình nụ́i tiờ́p 11,9 1,33 6,50 150 7,97 60

Hợ̀ 1 bình liờn tục 12,3 1,27 6,35 152 7,94 Hợ̀ 2 bình nụ́i tiờ́p 8,75 1,37 9,67 120 7,95 90

Hợ̀ 1 bình liờn tục 9,45 2,19 8,14 130 7,97 Hợ̀ 2 bình nụ́i tiờ́p 6,21 2,19 10,84 100 7,94 120

Hợ̀ 1 bình liờn tục 7,15 1,88 10,76 110 7,95 Hợ̀ 2 bình nụ́i tiờ́p 3,54 1,78 14,16 80 7,95 150

Hợ̀ 1 bình liờn tục 5,25 2,03 12,20 94 7,9 Hợ̀ 2 bình nụ́i tiờ́p 1,05 1,13 17,22 62 7,91 180

Hợ̀ 1 bình liờn tục 3 1,41 15,03 76 7,89 Hợ̀ 2 bình nụ́i tiờ́p 0,14 0,95 14,38 46 7,86

Bảng 4. Ảnh hưởng của thời gian lưu của bờ̉ sinh học sử dụng vọ̃t liợ̀u mang vi sinh chuyờ̉n đụ̣ng lờn hiệu quả xử lý amoni với hợ̀ 1 bình phản ứng.

Q (l/giờ) Thời gian lưu (giờ) C-NH4 Hiệu suất (%)

1,5 0 20 0 30 15,85 20,75 60 12,3 38,5 90 9,45 52,75 120 7,15 64,25 150 5,25 73,75 180 3 85

Hỡnh 6. Đồ thị biểu diễn sự biến đổi nồng độ amoni theo thời gian lưu với hợ̀ thí nghiợ̀m 1bình liờn tục.

Nhỡn vào bảng số liệu và sự biến thiờn của đồ thị trờn ta thấy được hiệu quả xử lý amoni sẽ phụ thuộc vào thời gian lưu. Hợ̀ 1 bình liờn tục sau thời gian 180

phút thì nụ̀ng đụ̣ amoni xuụ́ng còn ≈ 3 mgN/l đạt hiợ̀u suṍt là 85% nụ̀ng đụ̣ Amoni nằm trong giới hạn cho phép theo QCVN 01/2009/BYT. Sau thời gian 150 phút thì nụ̀ng đụ̣ amoni xuụ́ng còn ≈ 5,25 mgN/l đạt hiợ̀u suṍt là 73,75%. Sau thời gian 120 phút thì nụ̀ng đụ̣ amoni xuụ́ng còn ≈ 7,15 mgN/l đạt hiợ̀u suṍt là 64,25% . Sau thời gian 90 phút thì nụ̀ng đụ̣ amoni xuụ́ng còn ≈ 9,45 mgN/l đạt hiợ̀u suṍt là 52,75%. Sau thời gian 60 phút thì nụ̀ng đụ̣ amoni xuụ́ng còn ≈ 12,3 mgN/l đạt hiợ̀u suṍt là 38,5%. Sau thời gian 30 phút thì nụ̀ng đụ̣ amoni xuụ́ng còn ≈ 15,85 mgN/l đạt hiợ̀u suṍt là 20,75%. Với mục đớch là cấp nước phục vụ ăn uống thỡ nồng độ amoni ≤ 3mgN/l cú thể sử dụng cho mục đớch sinh tương đương thời gian lưu nước trong bờ̉ là 180 phỳt, đõy là thời gian lưu mà đạt được hiệu quả xử lý nước đạt tiờu chuẩn.

Bảng 5. Ảnh hưởng của thời gian lưu của bờ̉ sinh học sử dụng vọ̃t liợ̀u mang vi sinh chuyờ̉n đụ̣ng lờn hiệu quả xử lý amoni với hợ̀ 2 bình liờn tục.

Q (l/giờ) Thời gian lưu (giờ) C-NH4 Hiệu suất (%)

2,5 0 20 0 30 11,9 40,5 60 8,75 56,25 90 6,7 66,5 120 4,1 79,5 150 2,15 89,25 180 0,14 99,3

Hỡnh 7. Đồ thị biểu diễn sự biến đổi nồng độ amoni theo thời gian lưu với hợ̀ thí nghiợ̀m 2 bình nụ́i tiờ́p.

Nhỡn vào bảng số liệu và sự biến thiờn của đồ thị trờn ta thấy được hiệu quả xử lý amoni sẽ phụ thuộc vào thời gian lưu. Với hợ̀ 2 bình liờn tục sau thời gian 180 phút thì nụ̀ng đụ̣ amoni xuụ́ng còn ≈ 0,14 mgN/l đạt hiợ̀u suṍt là 99,3% nụ̀ng đụ̣ Amoni nằm trong giới hạn cho phép theo QCVN 01/2009/BYT. Sau thời gian 150 phút thì nụ̀ng đụ̣ amoni xuụ́ng còn ≈ 2,15 mgN/l đạt hiợ̀u suṍt là 89,25% nụ̀ng đụ̣ Amoni đạt giới hạn cho phép. Sau thời gian 120 phút thì nụ̀ng đụ̣ amoni xuụ́ng còn ≈ 4,1 mgN/l đạt hiợ̀u suṍt là 79,5% . Sau thời gian 90 phút thì nụ̀ng đụ̣ amoni xuụ́ng còn ≈ 6,7 mgN/l đạt hiợ̀u suṍt là 66,5%. Sau thời gian 60 phút thì nụ̀ng đụ̣ amoni xuụ́ng còn ≈ 8,75 mgN/l đạt hiợ̀u suṍt là 56,25%. Sau thời gian 30 phút thì nụ̀ng đụ̣ amoni xuụ́ng còn ≈ 11,9 mgN/l đạt hiợ̀u suṍt là 40,5%. Với mục đớch là cấp nước phục vụ ăn uống thỡ nồng độ amoni ≤ 3mgN/l cú thể sử dụng cho mục đớch sinh tương đương thời gian lưu nước trong bờ̉ là 150 phỳt, đõy là thời gian lưu mà đạt được hiệu quả xử lý nước đạt tiờu chuẩn.

3.2. Kết quả Khảo sỏt ảnh hưởng của nồng độ Amoni lờn quỏ trỡnh nitrat húa trong hợ̀ thụ́ng bờ̉ sinh học sử dụng vọ̃t liợ̀u mang vi sinh chuyờ̉n đụ̣ng lờn hiệu quả xử lý amoni

Amoni là đối tượng chớnh nghiờn cứu trong đồ ỏn này do vậy khảo sỏt nồng độ là vấn đề cần được quan tõm. Nồng độ amoni ban đầu là một yếu tố ảnh hưởng đến quỏ trỡnh nitat húa của hệ thớ nghiệm. Trong thớ nghiệm này ta cố định thời gian lưu nước trong bờ̉ phản ứng là khoảng 2,5h, đồng thời nồng độ amoni đầu vào sẽ được thay đổi trong khoảng nồng độ từ 10 mgN/l đến 30 mgN/l.Sau khi tiờ́n hành chạy thí nghiợ̀m thì cho kờ́t quả như sau.

Bảng 6. Kết quả thớ nghiệm đỏnh giỏ khả năng xử lý amoni trong nước ngầm bằng hợ̀ thụ́ng bờ̉ sinh học sử dụng vọ̃t liợ̀u mang vi sinh chuyờ̉n đụ̣ng lờn hiệu quả xử lý amoni qua viợ̀c thay đụ̉i nụ̀ng đụ̣ amoni đõ̀u vào với hợ̀ 1 bình phản ứng.

Thời gian lưu (giờ)

Đõ̀u vào Đõ̀u ra hợ̀ 1 bình

Hiợ̀u suṍt xử lý (%) pH Kiềm (mgC aCO3/ lớt) NO2 (mg N/l) NO3 mgN/ l) NH4 (mgN /l) NH4 (mgN /l) NO2 (mg N/l) NO3 (mgN/ l) Kiềm (mgC aCO3/ lớt) pH 2,5 8,00 210 0,06 0,9 10 0,56 0,92 7,85 132 7,84 94 7,97 200 0,05 1,5 15 2,02 1,03 12,74 90 7,80 86,5 8,11 220 0,09 1,67 20 3,8 1,88 15,23 88 7,82 81 8,20 240 0,10 3,35 30 10,6 1,38 17,90 90 7,85 64,6

Bảng 7. Kết quả thớ nghiệm đỏnh giỏ khả năng xử lý amoni trong nước ngầm bằng hợ̀ thụ́ng bờ̉ sinh học sử dụng vọ̃t liợ̀u mang vi sinh chuyờ̉n đụ̣ng lờn hiệu quả xử lý amoni qua viợ̀c thay đụ̉i nụ̀ng đụ̣ amoni đõ̀u vào với hợ̀ 2 liờn tục.

Thời gian lưu (giờ)

Đõ̀u vào Đõ̀u ra hợ̀ 2 bình

Hiợ̀u suṍt xử lý (%) pH Kiềm (mgC aCO3 /lớt) NO2 (mgN /l) NO3 mgN/ l) NH4 (mgN /l) NH4 (mgN /l) NO2 (mgN /l) NO3 (mgN /l) Kiềm (mgC aCO3 /lớt) pH 2,5 8,00 210 0,06 0,9 10 0,21 0,14 5,7 140 7,79 97,9 7,98 200 0,05 1,5 15 0,61 1,90 12,35 90 7,76 95 8,09 220 0,09 1,67 20 1,4 2,57 15,92 78 7,86 93 8,20 240 0,10 3,35 30 6,7 4,2 18,94 60 7,83 77

Hỡnh 8. đồ thị biểu diễn sự ảnh hưởng của nồng độ amoni ban đầu đến quỏ trỡnh nitat húa với hợ̀ 1 bình liờn tục và hợ̀ 2 bình nụ́i tiờ́p.

Nhỡn vào bảng số liệu và hỡnh vẽ trờn ta thấy hiệu suất xử lý amoni chịu ảnh hưởng của nồng độ amoni ban đầu. Ở cựng thời gian lưu là 2,5h, nồng độ amoni đầu vào càng thấp thỡ hiệu suất xử lý amoni càng lớn, chứng tỏ hiệu quả xử lý tốt, với hợ̀ 1 bình liờn tục nồng độ amoni ban đầu là 10 mgN/l thỡ sau thời gian lưu 2,5h nồng độ amoni giảm xuụ́ng còn 0,56 mgN/l hiệu suất xử lý amoni đạt 94 %, với hợ̀ 2 bình nụ́i tiờ́p nồng độ amoni ban đầu là 10 mgN/l thỡ sau thời gian lưu 2,5h nồng độ amoni giảm xuụ́ng còn 0,21 mgN/l hiệu suất xử lý amoni đạt 97,9 %. Ở cùng thời gian lưu khi tăng hàm lượng Amoni ban đõ̀u lờn 20 mgN/l thì sau 2,5h với hợ̀ 1 bình liờn tục nồng độ amoni giảm xuụ́ng còn 3,8 mgN/l và hiệu suất xử lý amoni giảm còn 81 %, với hợ̀ 2 bình nụ́i tiờ́p thì sau 2,5h nồng độ amoni giảm xuụ́ng còn 1,4 mgN/l và hiệu suất xử lý amoni đạt 93 %. Đặc biợ̀t khi tăng hàm lượng Amoni ban đõ̀u lờn 30 mgN/l thì sau 2,5h với hợ̀ 1 bình liờn tục nồng độ amoni giảm xuụ́ng còn 10,6 mgN/l và hiệu suất xử lý amoni giảm còn 64,6 %, với hợ̀ 2 bình nụ́i tiờ́p thì sau 2,5h nồng độ amoni giảm xuụ́ng còn 6,7 mgN/l và hiệu suất xử lý amoni giảm còn 77 %. Như vậy, nồng độ amoni ban đầu cao hiệu suất xử lý sẽ thấp. Điều này là do khi cựng một thời gian lưu, nồng độ amoni thay đổi thỡ nồng độ càng thấp vi sinh vật càng sử dụng nguồn cơ chất đú triệt để bởi nguồn dinh dưỡng hạn chế, cũn khi nồng độ càng tăng thỡ nguồn dinh dưỡng của chỳng dồi dào và trở nờn dư thừa so với nhu cầu của chỳng. Để sử dụng hết nguồn cơ chất cú trong hệ xử lý cần tăng thời gian lưu lờn (tức là giảm lưu lượng) để vi sinh sử dụng hết nguồn cơ chất trong hệ.

3.3. Kết quả khảo sỏt khả năng xủ lý Amoni của hợ̀ sau các khoảng thời gian trong 5 ngày và 10 ngày sau khi chạy hợ̀.

Bảng 8. Kết quả thớ nghiệm đỏnh giỏ khả năng xử lý amoni trong nước ngầm bằng hợ̀ thụ́ng bờ̉ sinh học sử dụng vọ̃t liợ̀u mang vi sinh chuyờ̉n đụ̣ng lờn hiệu quả xử lý amoni qua viợ̀c so sánh khả năng xử lý amoni của hợ̀ sau thời gian 5 ngày và 10 ngày.

Thời gian Chỉ tiờu Hệ NH4+ mgN/l NO2- mgN/l NO3- mgN/l ĐỘ KIỀM mgCaCO3/ l PH Đầu vào 20 0,05 2,25 210 8,22

5 ngày Hợ̀ 1 bình liờn tục 3.5 1,71 13,53 90 7,99