Nghiên Cứu Ảnh Hưởng Của Thời Gian Lưu Bùn (Srt)

trong nghiên cứu của Lim và cộng sự [184], ngay cả ở tỷ lệ TCOD: TP là 62:1, hiệu quả loại bỏ phốtpho cũng rất thấp, chỉ đạt khoảng 31,4% đến 38,2% khi S/D thay đổi từ 60/60 phút đến 50/70 phút. Trong luận án này, tỷ lệ TCOD:TP trong các nghiên cứu khoảng 100:1, nên có thể vì thế mà hiệu suất loại bỏ P tổng đạt được cao hơn, ở mức 53,16% ÷ 61,2% như quan sát thấy ở trên. Cũng theo Lim và cộng sự, việc sử dụng chỉ một bể bùn hoạt tính cho cả 2 chế độ hiếu khí và yếm khí sẽ dẫn đến nồng độ DO trong quá trình sục khí là cao và các chất hữu cơ trong nước thải đầu vào bị tiêu thụ để tổng hợp tế bào và khử nitơ, do đó khả năng xử lý tổng P tăng lên, cần thiết phải thêm một bể kỵ khí tách riêng khỏi bể MBR. Có lẽ vì lý do này mà nhóm của Ujang sử dụng thêm một bể kỵ khí độc lập với bể MBR đã cho hiệu suất loại bỏ P tổng cao hơn, khoảng 71,8% ÷ 78,3% [186].

Từ các kết quả trên cho thấy khả năng loại bỏ COD, glyphosate, NH4+, TN, TP phụ thuộc vào chế độ sục khí, tuy nhiên, sự ảnh hưởng là không giống nhau, cụ thể: hiệu quả xử lý COD, glyphosate, NH4+ tỷ lệ thuận với thời gian sục khí, trong khi hiệu quả xử lý TN, TP lại tỷ lệ thuận với chế độ ngừng sục khí. Tuy nhiên, hiệu quả xử lý COD, glyphosate, NH4+, TN, TP có thể đạt tiêu chuẩn xả thải theo các chỉ tiêu tương ứng trong QCVN 40:2011/BTNMT tại chế độ S/D là 60/60 phút. Vì vậy, để đảm bảo hiệu quả xử lý, vừa tiết kiệm năng lượng điện luận án lựa chọn thời gian S/D là 60/60 (phút) bởi ở chế độ này, hiệu suất xử lý COD, glyphosate, amoni, TN, TP đều cao, lần lượt là 95,48%; 94,09%; 96,01%; 89,47%; 58%. Kết quả các chỉ tiêu đều đạt tương ứng theo QCVN 40: 2011/BTNMT cột B.

3.2.1.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian lưu bùn (SRT)

Hệ thống MBR thường được vận hành với SRT dài để giảm lượng bùn thải phát sinh kèm theo đó là hiệu quả về mặt kinh tế giảm chi phí xử lý. Ngoài ra, do nồng độ bùn trong bể cao sẽ làm giảm khả năng nổi của bùn, tăng hiệu quả xử lý bùn hoạt tính.

Để nghiên cứu ảnh hưởng của việc giữ bùn đến hiệu quả xử lý bằng MBR, các thí nghiệm được thực hiện ở ba chế độ SRT khác nhau: 0 ÷14 ngày, 15 ÷ 28 ngày và 29 ÷ 42 ngày); lưu lượng nước được đưa vào liên tục là 96 L/ngày tương ứng thời gian lưu nước HRT = 9 h; chế độ S/D thực hiện là 60 phút/60 phút; pH duy trì trong khoảng 7,4 ±0,8. Các thí nghiệm đều được tiến hành ở điều kiện nhiệt độ phòng. Các thông số đầu vào của nguồn nước được thiết lập như Bảng 2.6.

Ảnh hưởng thời gian lưu bùn đến khả năng xử lý COD

Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian lưu bùn đến hiệu suất xử lý COD được thể hiện trên Hình 3.25.

1200

CODvào CODra

Hiệu suất (%)

Có thể bạn quan tâm!

Xem toàn bộ 229 trang tài liệu này.

100

1000

Nồng độ COD (mg/L)

800

600

400

HRT: 9h S/D: 60/60

MLSS: 5000 - 7500 (mg/L)

HRT: 9h S/D: 60/60

MLSS: 7500 - 9000 (mg/L)

Hiệu suất (%)

HRT: 9h

S/D: 60/6040

MLSS: 9000 - 10900 (mg/L)

200

0 0

10 20 30 40

Thời gian (ngày) .

Hình 3.25. Ảnh hưởng SRT đến khả năng xử lý COD

Kết quả thu được cho thấy hiệu quả xử lý COD tăng khi thời gian lưu bùn tăng, cụ thể, hiệu suất xử lý COD đạt 90,16%; 94,31%; 96,12% lần lượt tại SRT1: 0 - 14 ngày, SRT2: 15 - 28 ngày và SRT3: 29 - 42 ngày. Điều này là hợp lý vì lượng bùn hoạt tính trong bể phản ứng sinh học là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến khả năng xử lý của hệ thống sinh học, khi thời gian lưu bùn tăng, hàm lượng chất rắn lơ lửng (SS) và chất rắn dễ bay hơi (VSS) tăng lên. Nồng độ bùn đủ lớn sẽ đảm bảo khả năng xử lý cao trong xử lý COD và chất lượng nước đầu ra tốt hơn [191]. Khi quá trình sinh học – màng đạt trạng thái ổn định, tốc độ loại bỏ chất hữu cơ (kg COD/kg VSS/ngày) sẽ tỷ lệ thuận với thời gian lưu bùn, do đó hiệu suất loại bỏ COD tăng khi SRT tăng như quan sát thấy ở trên.

Cũng theo kết quả trên Hình 3.25 có thể thấy rằng ở cả ba chế độ làm việc, khả năng loại bỏ COD ở mức khá cao, trên 90%. Việc loại bỏ COD cao và ổn định này có thể đạt được bằng cách duy trì nồng độ MLSS cao hơn so với hệ thống thông thường và sự phân tách màng các thành phần COD cao phân tử có thể được tạo ra từ quá trình trao đổi chất của VSV. Trong hệ MBR, quá trình tách màng là rất cần thiết trong việc

duy trì được mật độ sinh khối cao, do đó khả năng loại bỏ COD cao và ổn định [192]. Theo Eddy và cộng sự, bể MBR thường duy trì nồng độ bùn ở mức cao và hiệu quả sau xử lý thường tốt hơn so với quy trình bùn hoạt tính truyền thống [193]. Kết quả này cũng tương tự như kết quả của một số nghiên cứu khác.

Mặt khác, có thể thấy rằng, tại chế độ SRT1: 1 ÷ 14 ngày, sau xử lý COD nồng độ là 86,24 mg/L kết quả này vượt tiêu chuẩn theo QCVN 40:2011/BTNMT cột A. Tại 2 chế độ SRT2 và SRT3 thì giá trị COD đầu ra đạt trung bình là 49,50 mg/L; 33,82 mg/L thấp hơn giới hạn QCVN 40:2011/BTNMT cột A. Khi tăng thời gian lưu bùn từ 29 ngày đến 42 ngày, hiệu suất xử lý trung bình chỉ tăng thêm 1,81%, còn khi thời gian lưu bùn từ 15 ngày lên 28 ngày hiệu suất xử lý trung bình tăng 4,15%. Nguyên nhân có thể là do khi thời gian lưu bùn quá dài, mật độ VSV trong bùn hoạt tính rất cao, do đó lượng oxy cần bổ sung cho quá trình hô hấp nội sinh của các VSV tăng lên [194], trong khi lưu lượng sục khí và thời gian sục khí ở các chế độ là như nhau, do đó ở SRT3 (29 ÷ 42 ngày), lượng oxy cung cấp cho các VSV thấp hơn so với ở SRT2 (15 ÷ 28 ngày), dẫn đến hiệu suất loại bỏ COD ở SRT3 có tăng so với chế độ SRT2, nhưng sự tăng là không đáng kể. Cũng theo Curko và cộng sự [188], khi nồng độ bùn quá lớn, tốc độ truyền oxy trong trong các bông cặn của bùn hoạt tính sẽ giảm, quá trình hô hấp của các VSV trong pha hiếu khí sẽ bị hạn chế hơn ở điều kiện SRT trung bình. Ngoài ra, hệ MBR trong nghiên cứu của luận án làm việc theo chế độ S/D luân phiên, nghĩa là một nửa thời gian của chu trình bể MBR ở trạng thái yếm khí. Theo nhóm của Nilusha [195], đối với hệ MBR kỵ khí, hiệu suất xử lý COD giảm khi tăng thời gian lưu bùn do ở SRT cao, nồng độ các vi khuẩn thủy phân lên men cao và sự đa dạng của các chủng loại VSV kỵ khí dẫn đến hạn chế cơ chất cho các vi khuẩn methanogens, do đó làm giảm tốc độ sản xuất metan, giảm hiệu suất phân hủy chất hữu cơ [196]. Vì vậy, trong nghiên cứu của luận án, khi tăng thời gian lưu bùn từ 29 ngày lên 42 ngày, hiệu suất loại bỏ chất hữu cơ trong pha yếm khí giảm, dẫn đến khả năng xử lý COD chung của hệ MBR tăng không đáng kể như quan sát thấy ở trên.

Nghiên cứu ảnh hưởng của SRT lên khả năng xử lý glyphosate

Với mỗi chế độ SRT khác nhau ở trên, các mẫu nước trước và sau quá trình xử lý với chu kỳ lấy mẫu 24h/lần được mang đi phân tích nồng độ glyphosate và hiệu quả được tổng hợp trình bày trong Hình 3.26.

4 Glyphosate vào Glyphosate ra

Hiệu suất (%)

100

Nồng độ glyphosate (mg/L)

2 HRT: 9h

MLSS: 5000-7500 (mg/L) S/D: 60/60

HRT: 9h

MLSS: 7500-9000 (mg/L) S/D: 60/60

Hiệu suất (%)

HRT: 9h

MLSS: 9000-109000 (mg/L)

S/D: 60/6040

0 0

0 10 20 30 40

Thời gian (ngày)

Hình 3.26. Ảnh hưởng SRT đến khả năng xử lý glyphosate

Từ kết quả trên Hình 3.26 có thể thấy rằng SRT có ảnh hưởng đến hiệu suất loại bỏ glyphosate: khi tăng SRT, hiệu quả loại bỏ glyphostae tăng dần. Cụ thể khi tăng SRT từ 14 ngày lên 42 ngày, hiệu suất trung bình loại bỏ glyphosate tăng từ 90,3% lên 95,6%. Điều này chứng tỏ tăng SRT làm gia tăng mật độ sinh khối, tạo điều kiện tốt hơn cho quá trình xử lý glyphosate. Thực vậy, theo Vásquez và cộng sự [174]. SRT dài có thể cải thiện việc loại bỏ một số hợp chất hữu cơ dạng POPs bằng cách hấp phụ trong bùn và sau đó xảy ra quá trình phân hủy sinh học. Ngoài ra, SRT dài giúp tăng sinh các vi khuẩn phát triển chậm, do đó cải thiện sự đa dạng của VSV trong bể phản ứng và đạt được sự phân hủy sinh học tốt hơn đối với các chất hữu cơ POPs [197, 198, 199]. Kết quả này cũng tương tự như kết quả nghiên cứu của Boonyaroj và cộng sự khi đánh giá sự ảnh hưởng của SRT đến khả năng xử lý các hợp chất POPs dạng phenolic trong nước rỉ rác [200], nghiên cứu của De-Gusseme và cộng sự khi đánh giá sự ảnh hưởng của SRT đến hiệu quả xử lý acetaminophen [201].

Ảnh hưởng thời gian lưu bùn đến khả năng xử lý NH4+

Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của SRT đến khả năng xử lý NH4+ được thể hiện trên Hình 3.27. Kết quả thu được cho thấy SRT ảnh hưởng đến khả năng xử lý NH4+, cụ thể khi SRT tăng từ 15 ngày lên 42 ngày thì hiệu suất loại bỏ amoni tăng từ 83,41% đến 96,42%. Nhìn chung ở cả ba chế độ làm việc, hiệu suất loại bỏ amoni đều ở mức

tương đối cao, nhưng sự nitrate hóa dường như chưa diễn ra hoàn toàn ngay cả ở chế độ SRT3 (29 ữ 42 ngày). Theo Chandrasekeran và cộng sự [202], SRT khụng chỉ ảnh hưởng đến sự ức chế của amoniac tự do đối với VSV mà tỏc động đến sự phỏt triển của cỏc VSV nitrat húa phỏt triển chậm, đặc biệt là cỏc VSV oxy húa nitrit. SRT cao tạo điều kiện thuận lợi cho sự sinh trưởng của cỏc VSV nitrat húa, giỳp hệ thống hạn chế được sự tớch tụ nitrit và đạt được quỏ trỡnh nitrat húa hoàn toàn. Cũng theo Chandrasekeran và cộng sự, một hệ MBR xử lý nước thải sử dụng màng MF kớch thước lỗ xốp 0,1 àm, cú nồng độ amoni ban đầu là 1000 mg/L và COD ban đầu 690 mg/L, ở điều kiện HRT là 1 ngày, SRT 30 ngày cú thể loại bỏ 96% amoni và ở SRT 50 ngày thỡ 100% amoni đó bị xử lý [202]. Cũn theo Pollice và cộng sự [203] SRT dưới 40 ngày sẽ khụng thuận lợi cho sự phỏt triển của VSV nitrate húa và cú sự tớch lũy nitrit. Theo nhúm của Duan cụng bố [204], một hệ MBR ở chế độ SRT là 3, 5 và 10 ngày, sử dụng màng sợi rỗng MF kớch cỡ 0,4 àm, HRT = 6h thỡ hiệu suất xử lý amoni của nước thải cú nồng độ amoni đầu vào 35 mg/L tương ứng là 87,9%; 86,9% và 89,5%. Cú lẽ vỡ lý do này mà khả năng xử lý amoni của nghiờn cứu trong luận ỏn tăng khi SRT tăng từ 83,41% và dù ở SRT3 = 42 ngày, hiệu suất xử lý amoni đạt 96,42%, do đó để loại bỏ hoàn toàn amoni, có thể cần SRT dài hơn, khoảng 50 ngày như trong nghiên cứu của 2 nhóm tác giả trên.

Nồng độ NH4+ (mg/L)

20 HRT: 9h

NH4+ vào NH4+ ra

Hiệu suất (%)

HRT: 9h

100

Hiệu suất (%)

MLSS: 5000-7500 (mg/L)

15 S/D: 60/60 (phót/phót)

MLSS: 7500-9000(mg/L)

S/D: 60/60 (phót/phót)

MLSS: 9000-10900(mg/L)40

S/D: 60/60 (phót/phót)30

0 0

0 10 20 30 40

Thời gian (ngày)

Hình 3.27. Ảnh hưởng của SRT đến khả năng xử lý NH4+

Ảnh hưởng thời gian lưu bùn đến khả năng xử lý TN

Kết quả đánh giá ảnh hưởng của SRT đến khả năng xử lý TN được thể hiện trên Hình 3.28. Kết quả thu được cho thấy khả năng xử lý TN đạt 82,50%; 91,45%; 94,25% lần lượt tại SRT1: 1 ữ 14 ngày, SRT2: 15 ữ 28 ngày và SRT3: 29 ữ 42 ngày, nghĩa là khả năng xử lý TN tăng khi SRT tăng. Kết quả này cú thể được giải thớch như sau: theo Hocaoglu và cộng sự [205], SRT rất quan trọng đến việc loại bỏ nitơ và tắc nghẽn màng trong hệ MBR bởi nú liờn quan đến độ nhớt, nồng độ sinh khối, thành phần của cộng đồng VSV, kớch thước hạt và đặc tớnh bề mặt tế bào. Khi SRT được duy trỡ ở mức thấp, vi khuẩn nitrat húa cú thể bị rửa trụi vỡ chỳng sinh trưởng chậm và hiệu quả khử nitơ giảm do quỏ trỡnh nitrat húa khụng hoàn toàn [206]. Cũng theo nghiờn cứu của Holakoo và cộng sự [207], khi giảm SRT từ 40 ngày xuống 20 ngày, kớch thước bụng bựn giảm từ 121 – 245 àm xuống cũn 85 – 156 àm, dẫn đến làm giảm thể tớch thiếu khớ tổng thể của cỏc bụng bựn, và do đú làm giảm tốc độ khử nitơ. Vỡ vậy khả năng xử lý TN tăng khi SRT tăng như quan sỏt thấy ở trờn là hợp lý.

80 TNvào

TNra

Hiệu suất (%)

100

Nồng độ TN (mg/L)

Hiệu suất (%)

HRT: 9 h

OLR: 0,125 kgCOD/m3 ngày S/D: 60/60 (phút)

MLSS: 5000 - 7500 (mg/L)

HRT: 9 h

OLR: 0,125 kgCOD/m3 ngày S/D: 60/60 (phút)

MLSS: 75000 - 9000 (mg/L)

HRT: 9 h

OLR: 0,125 kgCOD/m3 ngày 40

S/D: 60/60 (phót)

MLSS: 9000 - 10900 (mg/L)

0 0

5 10 15 20 25 30 35 40

Thời gian (ngày)

Hình 3.28. Ảnh hưởng SRT đến khả năng xử lý TN

Tuy nhiên, theo Hocaogly và cộng sự, khi SRT quá dài, thường sau 60 ngày, các hạt hình thành trong hệ thống có thể bị vỡ ra và sự phân hủy tế bào có thể làm

giảm động học nitrat hóa/khử nitơ, dẫn đến việc loại bỏ nitơ kém hiệu quả hơn [205]. Do đó, không nên để hệ MBR làm việc ở chế độ SRT quá dài.

Cũng theo kết quả trên đồ thị Hình 3.28, nồng độ trung bình của Nitơ còn lại sau xử lý ở ba chế độ SRT1, SRT2, SRT3 tương ứng là 8,15 mg/L; 4,06 mg/L và 2,68 mg/L, đều thấp hơn giới hạn cho phép về giá chỉ TN theo cột A của QCVN 40:2011/BTNMT

Ảnh hưởng thời gian lưu bùn đến khả năng xử lý TP

Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của SRT đến khả năng xử lý tổng photpho được thể hiện trên Hình 3.29. Kết quả đánh giá khả năng xử lý TP ở các chế độ SRT1 = 1 ÷ 14 ngày, SRT2 = 15 ÷ 28 ngày, SRT3 = 29 ÷ 42 ngày lần lượt 52,61%; 58,05%; 63,18%, nghĩa là hiệu suất xử lý TP tăng khi tăng thời gian lưu bùn. Kết quả này có thể được giải thích như sau: khi thời gian lưu bùn tăng, dẫn đến bùn tích tụ nhiều trong hệ thống, mà các VSV PAO chiếm ưu thế có tốc độ phân hủy thấp nhưng lại có khả năng hấp thụ TP lớn hơn nhiều so với các nhóm VSV thông thường, nên nên số lượng vi khuẩn PAO sẽ chiếm đa số dẫn đến hàm lượng photpho trong bùn tăng lên, làm cho hiệu suất xử lý P tăng lên [208].

TP vào

TP ra

Hiệu suất (%)

HRT: 9h

MLSS: 5000 - 7500 (mg/L) MLSS: 7500 - 9000 (mg/L) MLSS: 9000 - 10900 (mg/L)

S/D: 60/60 (phót/phót) S/D: 60/60 (phót/phót) S/D: 60/60 (phót/phót)

30 100

25 80

Nồng độ TP (mg/L)

Hiệu suất (%)

0 0

0 5 10 15 20 25 30 35 40

Thời gian (ngày)

Hình 3.29. Ảnh hưởng SRT đến khả năng xử lý TP

Kết quả này cũng phự hợp với kết quả nghiờn cứu của Isma và cộng sự [209] khi nghiờn cứu ảnh hưởng của SRT đến khả năng xử lý tổng photpho trong nước thải tổng hợp cú COD và TP ban đầu trong khoảng 1200 ữ 1400 mg/L và 9 ữ 12 mg/L bằng một hệ thống MBR, màng sợi rỗng polypropylen kớch thước 0,2 àm, diện tớch làm việc 8 m2 được sử dụng: khi tăng SRT từ 4 ngày lờn 15 ngày và lờn 30 ngày, hiệu suất loại bỏ TP tăng từ 68% lờn 79% và lờn 81%, trong đú sự chờnh lệch hiệu suất xử lý TP giữa SRT 4 ngày và SRT 15 ngày lớn hơn nhiều so với sự chờnh lệch hiệu suất giữa 15 ngày và 30 ngày. Nghiờn cứu của Ahmed và cộng sự cũng chỉ ra rằng khi SRT tăng từ 20 đến 60 ngày, khả năng xử lý TP trong nước thải tổng hợp (cú giỏ trị COD và nồng độ TP ban đầu 306 ± 10,2 mg/L mg/l, 5,7 ± 0,5 mg/L) bằng hệ MBR sử dụng màng tấm phẳng UF (kớch cỡ 0,25 àm, diện tớch 0,1 m2) cũng tăng từ 33,9% đến 47% [210]. Mặt khác, trong nghiên cứu này của luận án không thử nghiệm ở các SRT lớn hơn, nhưng theo nhóm nghiên cứu của Han [211], Ersu [212], khi SRT quá dài, trên 50 ngày thì việc tăng SRT không làm tăng hiệu quả xử lý TP mà ngược lại, khả năng xử lý TP giảm dần bởi theo các tác giả này có thể ở SRT quá cao sẽ diễn ra quá trình phân giải tế bào của các VSV PAO.

Từ kết quả đánh giá hiệu quả xử lý COD, glyphosate, NH4+, TN, TP ở trên có thể kết luận như sau: do ở trong điều kiện hiếu khí, thiếu khí quá trình phân hủy chất hữu cơ vẫn diễn ra, mặc dù vậy các nghiên cứu cho thấy rằng tốc độ phân hủy ở quá trình hiếu khí nhanh hơn quá trình kỵ khí, tuy nhiên do thời gian trong chu trình S/D không quá lớn vì vậy tốc độ của quá trình phân hủy ở các chu trình S/D khác nhau không thay đổi nhiều. Khả năng xử lý COD, glyphosate, NH4+, TN, TP cao do trong quá trình lọc màng lượng chất lơ lửng đã giảm đi và có những thành phần chất hữu cơ theo nước sau xử lý đi ra ngoài. Quá trình xử lý amoni cao có thể giải thích do SRT dài nên vi khuẩn nitrat hóa được giữ lại trong bể phản ứng MBR và thúc đẩy quá trình xử lý amoni. Trong công nghệ quá trình sinh học – màng MBR, SRT cũng là một yếu tố ảnh hưởng đến sự tắc nghẽn màng. Nghiên cứu của Ahmed và cộng sự năm 2007 đã chỉ ra khi tăng thời gian lưu trữ chất rắn dẫn tới giảm nồng độ của EPS khi sinh khối lưu lại lâu hơn trong hệ thống. Điều đó có nghĩa rằng việc giảm SRT góp phần làm tăng lượng EPS [213].

Năm 2008, nhóm nghiên cứu của Jiang khi thực hiện quá trình phân hủy các vi sinh hòa tan (SMP) bằng quá trình MBR cũng đưa ra kết luận tương tự về ảnh