3.1. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thời gian lưu của cột lọc sinh học tầng tĩnh lên hiệu quả xử lý amoni trong nước ngầm lên hiệu quả xử lý amoni trong nước ngầm
Thời gian lưu nước trong cột lọc sinh học hay lưu lượng Q (lít/h) là một trong những yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý amoni. Ở cùng một nồng độ amoni, thời gian lưu nước càng lâu hay lưu lượng Q (lít/h) càng nhỏ thì hiệu quả xử lý amoni bằng phương pháp cột lọc sinh học sử dụng cho nước ngầm càng lớn và ngược lại.Thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của thời gian lưu nhằm mục đích tìm ra lưu lượng mà ở đó hiệu suất xử lý amoni cao nhất nhưng thời gian là ngắn nhất. Thí nghiệm tiến hành khảo sát với các lưu lượng Q nằm trong khoảng từ 5 đến 30 lit/h cho kết quả như sau:
Bảng 3.1. Kết quả thí nghiệm đánh giá khả năng xử lý amoni trong nước ngầm bằng phương pháp cột lọc sinh học tầng tĩnh qua việc thay đổi thời gian lưu.
Q(lit/ (lit/
h)
Đầu vào Đầu ra cuối
Hsxl NH4 (%) pH Kiềm (mgCaCO3 /lít) NO2 (mgN/l ) NO3 mgN/l) NH 4 (mgN/l ) NH4 NO2 NO3 Kiềm pH 6,0 8,1 2 200 0,000 0,23 10,401 0,030 0,04 6,500 125 7,9 99,71 10 7,9 5 205 0,000 0,142 9,850 0,250 0,037 8,100 135 7,6 97,46 15 8,4 195 0,000 0,201 10,202 0,450 0,107 8,460 140 7,8 5 95,59 20, 5 8,2 2 190 0,000 0,325 9,250 1,725 0,675 6,487 130 7,7 6 81,35 25 7,8 3 210 0,000 0,341 10,150 1,905 0,851 5,985 145 7,34 81,23 30 7,9 220 0,000 0,243 9,650 2,000 0,210 6,160 155 7,2 4 79,27
Bảng 3.2.Ảnh hưởng của thời gian lưu của cột lọc sinh học tầng tĩnh lên hiệu quả xử lý amoni.
Q (lít/h) 6,0 10 15 20,5 25 30
Thời gian lưu( phút) 140 84 56 40 34 28
Nồng độ amoni
(mgN/l) 0,030 0,250 0,450 1,725 1,905 2,000
Hình 3.1. Đồ thị biểu diễn sự biến đổi nồng độ amoni theo thời gian lưu.
Nhìn vào bảng số liệu và sự biến thiên của đồ thị ta thấy được hiệu quả xử lý amoni sẽ phụ thuộc vào thời gian lưu hay lưu lượng của hệ thí nghiệm. Thời gian lưu càng lớn tức lưu lượng càng nhỏ thì khả năng xử lý amoni bằng phương pháp cột lọc sinh học tầng tĩnh càng tốt. Ở lưu lượng nhỏ nhất theo thí nghiệm Q = 6 lit/h thì nồng độ amoni từ 10,401 mgN/l sẽ giảm còn 0,030 mgN/l. Ở lưu lượng cao nhất trong thí nghiệm Q = 30 lit/h thì nồng độ amoni giảm từ 9,650 mgN/l còn 2,000 mgN/l. Với mục đích là ăn uống thì nồng độ amoni < 2mgN/l có thể sử dụng cho mục đích sinh hoạt tức là Q = 30l/h tương đương thời gian lưu trên cột 28 phút. Nếu dùng cho ăn uống thì có thể tăng lưu lượng lên Q = 15/h (thời gian lưu trên toàn bộ cột là 56 phút ) để nồng độ amoni đạt <1 mgN/l.
Bảng 3.3. Ảnh hưởng của thời gian lưu lên hiệu suất xử lý amoni.
Q (lít/h) 6,0 10 15 20,5 25 30
Thời gian lưu( phút) 140 84 56 40 34 28
Hình 3.2. Đồ thị biểu diễn hiệu suất xử lý amoni phụ thuộc vào thời gian lưu.
Nhìn vào bảng số liệu và đồ thị trên cho thấy hiệu suất xử lý amoni phụ thuộc vào thời gian lưu nước trong cột lọc sinh học. Ở lưu lượng Q = 6 lít/h tức là thời gian lưu là 140 phút thì hiệu suất xử lý amoni là 99,71 %, gần đạt hiệu quả tối đa. Ở lưu lượng Q = 30 lít/h tức thời gian luu nước trong cột lọc là 28 phút thì hiệu xuất xử lý amoni là 79,27 %. Thời gian lưu càng lớn thì hiệu xuất xử lý amoni càng tốt, thời gian lưu ngắn thì hiệu suất xử lý amoni càng kém. Điều này là hoàn toàn hợp lý bởi thời gian lưu càng lâu thì sự tiếp xúc của vi sinh với chất ô nhiễm (ở đây là amoni) càng tốt, mức độ xử lý sâu của chúng cũng tăng lên. Thời gian lưu càng ngắn thìthời gian tiếp xúc của vi sinh với cơ chất ngắn do vậy quá trình xử lý của chúng sẽ bị giảm đi. Như vậy, cần phải điều chỉnh thời gian lưu hợp lý để hiệu suất xử lý đạt hiệu quả cao nhất.
3.2. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nồng độ amoni lên quá trình nitrat hóa trêncột lọc sinh học tầng tĩnh cột lọc sinh học tầng tĩnh
Amoni là đối tượng chính nghiên cứu trong đồ án này do vậy khảo sát nồng độ là vấn đề cần được quan tâm. Nồng độ amoni ban đầu là một yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nitat hóa của hệ thí nghiệm. Trong thí nghiệm này ta cố định lưu lượng Q trong khoảng 7 lít/h, tức thời gian lưu nước trong cột là khoảng 2h, đồng thời nồng độ amoni đầu vào sẽ được thay đổi trong khoảng nồng độ từ 9,80 mgN/l đến 30,00 mgN/l. Từ việc thay đổi nồng độ amoni và giữ nguyên thời gian lưu ta thấy được hiệu quả xử lý amoni cũng thay đổi. Các số liệu được chỉ ra ở bảng 3.4, 3.5 và hình 3.3.
Bảng 3.4. Kết quả thí nghiệm đánh giá khả năng xử lý amoni trong nước ngầm bằng phương pháp cột lọc sinh học tầng tĩnh qua việc thay đổi nồng độ amoni
Q(lit/ h)
Đầu vào Đầu ra cuối
Hsxl NH4
pH Kiềm (mgCaCO3 /l) NO2 (mgN/l ) NO3 mgN/l) mgN/NH4 l) NH4 NO2 NO3 Kiềm pH 7,0 7,85 200 0,000 0,482 9,80 0,03 0,148 5,70 148 7,6 7 99,69 7,0 8,48 230 0,000 0,243 14,40 0,16 0,700 13,78 110 7,4 3 98,88 7,12 8,23 275 0,000 0,368 21,50 0,61 1,984 12,85 144 7,5 6 97,16 6,8 7,89 305 0,000 0,256 24,72 6,96 3,34 12,75 114 7,4 2 71,82 6,9 8,14 330 0,000 0,435 30,00 9,10 3,00 15,9 164 7,6 1 69,66
Bảng 3.5. Ảnh hưởng của nồng độ amoni ban đầu lên quá trình oxy hóa amoni trong thí nghiệm
Thời gian lưu (phút) 120 120 120 120 120
Nồng độ amoni đầu vào (mgN/l) 9,80 14,40 21,50 24,72 30,00
Nồng độ amoni ra cuối (mgN/l) 0,03 0,16 0,61 6,96 9,1
Hình 3.3. đồ thị biểu diễn sự ảnh hưởng của nồng độ amoni ban đầu đến quá trình nitat hóa.
Nhìn vào bảng 3.5 và hình 3.3 cho thấy, nồng độ amoni đầu vào ảnh hưởng lớn đến quá trình nitat hóa. Ở cùng thời gian lưu, nồng độ amoni ban đầu càng nhỏ thì quá trình nitrat hóa diễn ra càng triệt để, nồng độ amoni đầu vào là 9,80mg N/l, sau thời
gian lưu 2h thì nồng độ đầu ra của amoni là 0,03 mgN/l. Cũng cùng thời gian lưu đó với nồng độ amoni đầu vào là 30 mgN/l thì sau 2h nồng độ amoni còn lại là 9,1 mgN/l. Như vậy, lượng amoni ban đầu lớn thì quá trình nitrat hóa sẽ không thể triệt để được, nồng độ amoni còn lại sẽ lớn.
Bảng 3.6. Ảnh hưởng của nồng độ amoni đầu vào lên hiệu quả xử lý amoni.
Thời gian lưu (phút) 120 120 120 120 120
Nồng độ amoni đầu vào (mgN/l) 9,80 14,40 21,50 24,72 30,00
Hiệu suất xử lý amoni ( %). 99,69 98,88 97,16 71,82 69,66
Hình 3.4. Đồ thị biểu diễn sự ảnh hưởng của nồng độ amoni đầu vào lên hiệu suất xử lý amoni.
Nhìn vào bảng số liệu và hình vẽ trên ta thấy hiệu suất xử lý amoni chịu ảnh hưởng của nồng độ amoni ban đầu. Ở cùng thời gian lưu là 2h, nồng độ amoni đầu vào càng thấp thì hiệu suất xử lý amoni càng lớn, chứng tỏ hiệu quả xử lý tốt, với thời gian lưu nước 2h, nồng độ amoni ban đầu là 9,80 mgN/l thì hiệu suất xử lý amoni đạt 99,69 %, gần như là triệt để và với nồng độ amoni là 21.5 mgN/l hiệu suất cũng đạt 97% nhưng khi bắt đầu tăng lên 25mgN/l thì hiệu suất giảm đi chỉ còn 74,82%. Đặc biệt nồng độ amoni đầu vào là 30 mgN/l thì hiệu suất xử lý amoni chỉ đạt 69,66 %. Như vậy, nồng độ amoni ban đầu cao hiệu suất xử lý sẽ thấp. Điều này là do khi cùng một thời gian lưu nhưng mà nồng độ amoni thay đổi thì nồng độ càng thấp vi sinh vật càng sử dụng nguồn cơ chất đó triệt để bởi nguồn dinh dưỡng hạn chế, còn khi nồng độ càng tăng thì nguồn dinh dưỡng của chúng dồi dào và trở nên dư thừa so với nhu cầu của chúng. Để sử dụng hết nguồn cơ chất có trong hệ xử lý cần tăng thời gian lưu lên (tức là giảm lưu lượng) để vi sinh sử dụng hết nguồn cơ chất trong hệ.