nước:
Trong những thập kỉ vừa qua, người ta đã ứng dụng nhiều cơng nghệ khác nhau để xử lý nitơ và photpho trong nước thải. Dưới đây là một số nghiên cứu về
UMBR trên thế giới.
2.5.2.1 Nghiên cứu ngồi nước:
Sự loại bỏ Nitơ và carbon trong nước thải từ trang trại chăn nuơi bị sữa
được nghiên cứu với hai mơ hình thí nghiệm theo quá trình nitrat hĩa và khử
nitrat. Mỗi hệ thống bao gồm một bể sinh học nhiều lớp chảy ngược (UMBR) thực hiện quá trình khử nitrat, một bể sục khí thực hiện quá trình nitrat hĩa và bể
lắng thứ cấp. Nghiên cứu này nhằm mục đích tìm ra giá trị tối ưu của hai biến hoạt động là thời gian lưu (HRT) và tỷ lệ tuần hồn nội bộ (IR) trong xử lý nước thải của trang trại nuơi bị sữa. Trước tiên, các thí nghiệm với HRT 2, 3, 4 và 5 ngày được thử nghiệm với nước thải tổng hợp ở tỷ lệ IR thống nhất. Các thí nghiệm với HRT trong 4 ngày đã cho thấy sự hiệu quả tối ưu với hiệu suất cao
đối với quá trình nitrat hĩa (> 90%), khử nitrat (> 90%) và loại bỏ nhu cầu ơxy hĩa học COD (khoảng 90%). Hiệu quả thấp nhất được ghi nhận tại thí nghiệm cĩ thời gian lưu là 2 ngày với hiệu quả nitrat hĩa 7%. Nghiên cứu cũng đã thực hiện thử nghiệm tiếp theo với các thí nghiệm ở tỷ lệ IR là 200%, 300% và 400% với cùng loại nước thải tại HRT tối ưu là 4 ngày. Khi tăng tỉ lệ IR đến 300% hiệu quả
khử nitrat và khử COD cao nhưng đến tỉ lệ IR là 400% quá trình xử lý chậm lại. Việc áp dụng bể UMBR kết hợp với bùn hoạt tính cho thấy tiềm năng tốt để loại bỏ nitơ từ nước thải của trang trại chăn nuơi bị sữa (shams DF và cộng sự, 2010).
Mơ hình UMBR được nghiên cứu với cơng suất xử lý của 900 m3/ngày, bể
21
và để tăng cường loại bỏ nitơ bằng quá trình oxy hĩa bởi vi sinh vật (MCO). Diễn biến hiệu quả của mơ hình được đánh giá trong giai đoạn đầu vận hành ở
nhiệt độ thấp. Hiệu suất loại bỏ các hợp chất hữu cơ và chất rắn lơ lửng trong UMBR cao (> 80%) là do điều kiện nitrat hĩa ổn định trong hệ thống MCO, như
là một kết quả của việc giảm đáng kể các chất hữu cơ và chất rắn được nạp vào hệ thống MCO. Kết quả nghiên cứu cũng cho thấy hiệu quả xử lý Nitơ của mơ hình cao 73%, thậm chí trong khoảng nhiệt độ thấp 7-10 ° C. Photpho được loại bỏ hồn tồn bởi sự keo tụ hĩa học (An Jin – Young và cộng sự, 2008)
Để ngăn chặn tác dụng độc hại gây ra bởi amoni cường độ cao trong một hệ thống xử lý nước thải chăn nuơi lợn, mơ hình sử dụng bể UMBR như là một bể thiếu khí, được áp dụng xử lý với cơng suất 5m3/ngày. Bể UMBR đã được áp dụng cho việc xử lý nước thải chăn nuơi như là một bể tùy nghi. Mơ hình này
được hoạt động 4 tháng tại tỷ lệ IR cao từ 10-17. Nồng độ NH4+ từ 1.169 mg /L
đã được pha lỗng đến dưới 80mg/L ở đầu vào của bể UMBR, và sau đĩ được nitrit hĩa (khoảng 98,3%) trong bể hiếu khí, mà khơng cĩ bất kỳ sựức chế gây ra bởi amoni. Nitrat tạo thành từ bể hiếu khí cĩ nồng độ khoảng 58.2 mg/L đã được khử hồn tồn trong bể UMBR, với thời gian lưu nước thực tế (HRT) là 3.5h.(Jin – young An và cộng sự, 2007 )
Hình 2.10 : Mơ hình sử dụng bể UMBR bể xử lý nước thải chăn nuơi
Tỷ lệ trung bình của NH4+/TKN trong nước thải chăn nuơi lợn khoảng 0.63. Khi tải lượng TKN vào trong khoảng từ 33.6-137.1 g/m3ngày, hiệu quả quá
22
trình nitrat hĩa khác nhau từ 93.2 đến 98.3%, trong đĩ tương ứng với tải lượng nitrat hĩa cụ thể trong khoảng 9.8-24.6 g TKN/(kgMLVSS ngày) trên cơ sở
cơng suất tồn bộ hệ thống và 20.1-50.6 g TKN/(kgMLVSS ngày) trên cơ sở khả
năng xử lý của bể aerotank. Tỷ lệ trung bình của NH4+/TKN là 0.22, cĩ nghĩa là một số chất khơng phân hủy hữu cơ cĩ chứa nitơ vẫn ở lại trong dịng ra, mặc dù NH4+ đã được hồn tồn nitrit hĩa trong hệ thống này. Trong dịng ra, hầu hết nitơđã ở dạng nitrat, trong khoảng nồng độ là 5.0-78.5 mg/L.(Jin – young An và cộng sự, 2007)
Từ kết quả trên, cĩ thể kết luận rằng hệ thống xử lý này cĩ thể đủ khả
năng loại bỏ nitơ cũng như các chất hữu cơ với hiệu quả ổn định mà khơng chịu bất kỳảnh hưởng xấu bởi nồng độ amoni cao, do cĩ sự pha lỗng nước thải nuơi heo ởđầu hệ thống khi vận hành ở IR cao.(Jin – young An và cộng sự, 2007 )
J.C Kwon và cộng sự tiến hành nghiên cứu bể UMBR kết hợp bể sinh học dính bám với thời gian lưu nước lần lược là 5.8h và 6.4h cho nước thải sinh hoạt, trong thời gian nghiên cứu 6 tháng. Trong quá trình nghiên cứu cho thấy tỉ lệ
TKN trên TN là 0.76. Nồng độ nitơ bị oxy hĩa trong nước đầu ra của UMBR khác nhau từ 0.1 mg/L đến 7.3 mg/L và trung bình nồng độ nitơ bị oxy hĩa là 2.3 mg/L. Hiệu quả nitrat hĩa rất ổn định ngay cả nồng độ TKN đầu vào tương đối cao (57.3 mg/L). Nồng độ nước thải trung bình của TN và TKN đầu ra là 12 mg/L và 3.7 mg/L, tương ứng với hiệu quả loại bỏ là 75% và 90%. Kết quả thu
được từ nghiên cứu này cho thấy rằng nồng độ của TCOD, TBOD, SS, TN, và TP đạt được 29.7 mg/L, 6.0 mg/L, 10.3 mg/L, 12.0 mg/L, và 1.8 mg/L, trong đĩ tương ứng với một hiệu quả loại bỏ 93%, 96%, 96%, 75% và 77%.(J.C Kwon và cộng sự, 2005)
Một nghiên cứu khác về mơ hình kết hợp bể UMBR với bể thổi khí bùn hoạt tính và bể lắng, được vận hành cho xử lý nước thải trong thời gian 9 tháng. Bể UMBR sử dụng phản ứng dịng chảy ngược cĩ chức năng kết hợp của quá trình kị khí, thiếu khí, lắng sơ cấp và địi hỏi năng lượng xáo trộn bởi dịng chảy ngược. Kết quả hoạt động của hệ thống cho thấy rằng mơ hình cĩ hiệu quả trong xử lý nước thải cĩ tỉ lệ C/N thấp. Trong cả giai đoạn nghiên cứu này, nồng độ
23
SS, COD, BOD, TN và TP trong nước đầu ra đã xử lý là 8.1 mg/L, 38.0 mg/L, 8.1 mg/L, 13.7 mg/ L, và 0.8 mg/L, tương ứng với hiệu quả loại bỏ là 97%, 90%, 95%, 68% và 84%. Lượng bùn dư thừa trong hệ thống cho thấy giảm khoảng 28.3% so với hệ thống bùn hoạt tính thơng thường (Kwon và cộng sự, 2003)
Mơ hình KNR® được nghiên cứu với lưu lượng 50m3/ngày. Thời gian lưu nước trong bể UMBR là 4.7h và bể sinh học dính bám là 7.2h. Nhiệt độ dao
động từ 18.1– 28.10C. Mơ hình hoạt động rất ổn định mặc dù cĩ sự dao động lớn của lưu lượng và tỉ lệ BOD/N đầu vào. Trong tồn bộ thời gian của nghiên cứu này, nồng độ trung bình của CODCr, CODMn, BOD5, TN và TP trong nước thải
đầu ra thu được từ hệ thống này là 11,0 mg/L, 8,8 mg/L, 4,2 mg/L, 3.5 mg/L, 9,8 mg/L, và 0.87/0.17 mg/L (cĩ / khơng cĩ poly nhơm clorua (PAC)), tương ứng với một hiệu quả loại bỏ 95.3%, 87.6%, 96.3%, 96.5%, 68.2%, và 55.4/90.3 %. Lượng bùn dư thải bỏ 0.026 kg-DS/m3 và 0.220 kg-DS/kg-BOD thấp hơn 1.9-3.8 lần so với cơng nghệ A2O và Bardenpho (Jin-Young An và cộng sự 2006).
Mơ hình UMBR đã được nhân rộng ở một số nhà máy xử lý nước thải tại Hàn Quốc và cho kết quả tương đối tốt, và ngày càng được nhân rộng ở nhiều nơi trên thế giới. Tại nhà máy xử lý nước thải đơ thị Danwol – Hàn Quốc hệ thống KNR (bể UMBR kết hợp với bể sinh học hiếu khí) đã được thiết kế với cơng suất 1700m3/ngày, với nồng độ BOD, CODMn, SS, T-N và T-P đầu vào lần lược là 183mg/L , 173mg/L , 195mg/L , 42.2mg/L và 4.7mg/L . Trong suốt quá trình khảo sát tại nhà máy này đã cho kết quả chất lượng nước đầu ra rất tốt, giá trị
dịng ra BOD, CODMn, SS, T-N và T-P lần lược được ghi nhận là 9.2mg/L , 19.7mg/L , 9.8mg/L , 13mg/L và 1mg/L tương ứng với hiệu quả 95%, 88,6%, 95%, 69% và 78%. (Nhà máy xử lý nước thải đơ thị Danwol – Hàn Quốc)
Nước rỉ rác là loại nước thải cĩ nồng độ ơ nhiễm cao và khĩ xử lý, mơ hình này được ứng dụng để xử lý nước rỉ rác của quá trình sản xuất phân compost từ chất thải thực phẩm được dẫn vào quá trình KNR, cơng suất thiết kế 45 m3/ngày, cĩ nồng độ đầu vào rất cao BOD, COD, SS, T-N và T-P lần lược là 700, 1000, 500, 1000 và 100. Nước thải rỉ từ quá trình sản xuất phân compost cĩ Nitơ rất cao 1000mg/L. Với hàm lượng nitơ cao này thì rất khĩ xử lý hiệu quả và
24
triệt để. Nhưng với cơng nghệ KNR cĩ bể UMBR sẽ giải quyết được vấn đề loại bỏ Nitơ trong nước thải. Tuy nhiên vì hàm lượng nitơ quá cao nên nguồn Cacbon cung cấp cho quá trình khử nitrat khơng đủ. Với chất lượng nước dịng ra BOD, COD, SS, T-N và T-P lần lược là <150mg/L, <200mg/L, < 100mg/L, <100mg/L và <20mg/L là một kết quả khả quan. (Nhà máy compost từ chất thải thực phẩm
ở TP. Andong – Hàn Quốc)
Nhà máy xử lý nước thải nhuộm tại Tp. Dongducheon, Gyeonggi-Do cĩ cơng suất thiết kế 7000m3/ngày, trong 20 năm qua chỉ tiêu nitơ khơng đạt tiêu chuẩn mơi trường. Để xử lý nitơđạt tiêu chuẩn mơi trường cơng nghệ UMBR đã
được bổ sung vào hệ thống với thời gian lưu nước tại bể UMBR, bể sinh học hiếu khí và bể lắng lần lược là 12h, 21h và 3.8h. Nồng độđầu vào của BOD, CODMn, SS và T-N lần lược là 3000 mg/L, 2500mg/L, 5000 mg/L và 500-1000 mg/L, nồng độ đầu vào tương đối cao. Trong quá trình khảo sát kết quả được ghi nhận nồng độ BOD, CODMn, SS và T-N lần lược là 20 mg/L, 60mg/L, 20mg/L và 250 mg/L.
Sau khi bổ sung cơng nghệ KNR vào hệ thống thì chất lượng nước đã
được cải thiện đáng kể, hàm lượng BOD, CODMn, SS đều đạt tiêu chuẩn, riêng chỉ tiêu T-N vẫn cịn vượt tiêu chuẩn mơi trường. (Nhà máy xử lý nước thải nhuộm TP. Dongducheon, Gyeonggi-Do, Hàn Quốc)
Nghiên cứu được thực hiện trên mơ hình nạp nước thải nhân tạo trên 4 bậc của 4 quá trình thiếu khí/ hiếu khí xen kẻ với nguồn carbon dịng vào đủ/ khơng
đủ. Mục đích của nghiên cứu là xác định tỷ lệ nạp nước tối ưu dựa vào tỷ lệ C/N
đầu vào của nước thải. Kết quả của nghiên cứu cho thấy là hơn 95.81% tổng Nitơ
bị loại bỏ bằng quá trình từng bậc với tỷ lệ C/N dịng vào cốđịnh. Kết quả cũng cho thấy rằng quá trình nạp nước từng bậc, 4 giai đoạn với tỷ lệ nạp nước tối ưu 2: 2.1: 2.5: 3.4 cũng cải thiện được hiệu quả loại tổng nitơ. (Guibing Zhu et al, 2008)