Nếu quá trình khử nitrit và nitrat trong các giai đoạn thiếu khí xảy ra không triệt để, Nitơ sẽ tích tụ lại trong hệ dưới dạng nitrit và nitrat (là sản phẩm của quá trình nitrat hóa amoni). Nếu nồng độ tích lũy lại trong hệ lớn sẽ dẫn đến ức chế quá trình khử nitrat. Kết quả trên Hình 10 cho ta thấy thời gian sục khí – ngừng sục khí không ảnh hưởng đến quá trình chuyển hóa nitrat và nitrit trong hệ (khi xem xét với cùng tải trọng T – N). Điều này có thể giải thích là do nồng độ N – NH4+ đầu vào tương đối thấp (120 – 170 mg/l) trong giai đoạn nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ vận hành đến hiệu suất xử lý, vì vậy nên dù thời gian ngừng sục khí khác nhau nhưng quá trình khử nitrat vẫn diễn ra khá triệt để.
3.3. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của tải trọng hữu cơ và Nitơ đến hiệu suất xử lý
3.3.1. Ảnh hưởng của tải trọng chất hữu cơ đến hiệu suất xử lý COD
Hình 11 thể hiện ảnh hưởng của tải trọng hữu cơ đến hiệu suất xử lý
COD.
Hình 11. Ảnh hưởng của tải trọng chất hữu cơ đến hiệu suất xử lý COD
Có thể thay đổi tải trọng bằng cách thay đổi nồng độ chất ô nhiễm hoặc thay đổi lưu lượng dòng vào. Trong phạm vi nghiên cứu này, tải trọng được thay đổi bằng cách điều chỉnh nồng độ chất ô nhiễm (nước thải pha nên rất dễ dàng thực hiện).
Từ kết quả trên Hình 11 nhận thấy trong quá trình nghiên cứu, tải trọng COD dao động trong khoảng 0,35 – 0,95 kg COD/m3/ngày. Khi tải trọng chất hữu cơ thay đổi, ta có thể thấy hiệu suất xử lý đối với COD gần như không bị ảnh hưởng quá nhiều, trung bình hiệu suất đạt được khoảng 93%. Sở dĩ hiệu suất xử lý COD không bị ảnh hưởng nhiều bởi tải trọng dao động trong khoảng tương đối nhỏ 0,35 – 0,95 kg COD/m3/ngày. Ngoài ra, chất hữu cơ trong nước thải đầu vào có nguồn gốc từ cồn công nghiệp, một chất hữu cơ rất dễ bị phân hủy sinh học.
3.3.2. Ảnh hưởng của tải trọng Nitơ đến hiệu suất xử lý Nitơ
Hình 12 thể hiện ảnh hưởng của tải trọng T – N đến hiệu suất xử lý T – N của hệ thống.
Hình 12. Ảnh hưởng của tải trọng T – N đến hiếu suất xử lý T – N
Trong nghiên cứu này, tải trọng T – N dao động trong khoảng 0,06 – 0,17 kg T – N/m3/ngày. Từ Hình 12 ta thấy hiệu suất xử lý T – N khi thay đổi tải lượng T – N có sự thay đổi khá rõ rệt. Trong khoảng tải trọng 0,06 – 0,08 kg T – N/m3/ngày, hiệu suất xử lý T – N phổ biến dao động trong khoảng 75 – 80%. Tuy nhiên khi tăng tải trọng từ 0,08 – 0,17 kg T – N/m3/ngày thì hiệu suất xử lý T – N ban đầu bị giảm rõ rệt từ 80% xuồng còn 60%, sau đó bắt đầu ổn định quanh khoảng giá trị 60 – 62%. Điều này chứng tỏ đối với hệ sục khí luân phiên, khi thay đổi tải trọng T – N thì hiệu suất xử lý T – N có bị ảnh hưởng.
Tuy nhiên, nếu thay đổi tải trọng trong ngưỡng chịu tải của thiết bị thì hiệu suất xử lý sẽ không bị ảnh hưởng nhiều, nhưng nếu vượt qua ngưỡng xử lý của thiết bị thì hiệu suất xử lý sẽ bị giảm một cách đáng kể.
3.4. So sánh, đánh giá và xác định chế độ vận hành tối ưu
Từ quá trình thực nghiệm, vận hành các chế độ hoạt động cùng với đó là phân tích và xử lý số liệu, thu được bảng so sánh sự khác biệt giữa các chế độ và hiệu quả xử lý các thông số ô nhiễm tương ứng.
Bảng 5. So sánh hiệu quả xử lý COD, NH4+ và T – N giữa các chế độ thí nghiệm
Chu kỳ (giờ) | Tỷ lệ sục/ngừng sục (giờ/giờ) | Hiệu suất xử lý (%) | |||
COD | NH4+ | T – N | |||
Chế độ khởi động | 3 | 1,5/1,5 | 94,3 | 36,9 | 36,9 |
Chế độ 1 | 6 | 3,0/3,0 | 93,8 | 69,5 | 69,5 |
Chế độ 2 | 6 | 4,0/2,0 | 93,6 | 78,1 | 78,1 |
Có thể bạn quan tâm!
-
Nghiên cứu Xử lý nước thải giàu chất hữu cơ và Nitơ bằng phương pháp sục khí luân phiên - ĐH Quốc gia Hà Nội - 1 -
Nghiên cứu Xử lý nước thải giàu chất hữu cơ và Nitơ bằng phương pháp sục khí luân phiên - ĐH Quốc gia Hà Nội - 2 -
Ứng Dụng Phương Pháp Sục Khí Luân Phiên Trong Xử Lý Nước Thải -
Phương Pháp Phân Tích, Đánh Giá, Xử Lý Số Liệu Thực Nghiệm -
Kết Quả Đánh Giá Đặc Tính Nước Thải Đầu Vào -
Nghiên cứu Xử lý nước thải giàu chất hữu cơ và Nitơ bằng phương pháp sục khí luân phiên - ĐH Quốc gia Hà Nội - 7
Xem toàn bộ 64 trang tài liệu này.
Dựa vào Bảng 5 nhận thấy hiệu suất xử lý COD ở cả 3 chế độ vận hành gần như không có sự khác nhau, tất cả đều đạt hiệu quả xử lý trên mức 93%, nồng độ COD nước thải đầu ra luôn ổn định. Tuy có cùng hiệu quả xử lý như nhau nhưng chu kỳ làm việc giữa chế độ khởi động và 2 chế độ còn lại là hoàn toàn khác nhau. Tất cả các chế độ đều có lưu lượng nước thải đầu vào là 5 l/giờ và quá trình bơm nước diễn ra trong 30 phút. Như vậy, rõ ràng chu kỳ của chế độ khởi động ngắn hơn đồng nghĩa với thời gian lưu nước trong chế độ này cũng ít hơn 2 chế độ còn lại và tải trọng COD đối với hệ thí nghiệm trong chế độ này là lớn hơn (gấp đôi so với 2 chế độ còn lại). Điều này cho thấy chế độ vận hành không ảnh hưởng tới hiệu quả xử lý COD của hệ thiết bị, lý do là bởi chất hữu cơ có trong nước thải có bản chất rất dễ phân hủy sinh học và còn bay hơi theo thời gian.
Đối với hiệu quả xử lý NH4+ và T – N, ở 3 chế độ có sự khác nhau khá rõ rệt, trong đó chế độ 2 được xem là chế độ vận hành mang lại hiệu quả xử lý NH4+ cũng như T – N tối ưu nhất so với 2 chế độ còn lại. Sở dĩ có sự khác biệt này là do trong chế độ khởi động, một phần những ngày đầu vận hành chưa có sự điều chỉnh cũng như bổ sung các yếu tố, điều kiện tối ưu cho quá trình xử lý sinh học của vi sinh vật. Sau khi điều chỉnh pH và bổ sung nguồn dinh dưỡng photpho, không những vậy còn tăng chu kỳ làm việc (3 giờ lên 6 giờ) nên hệ thống đã đạt được sự ổn định, hiệu quả xử lý tăng một cách rõ rêt, cụ thể là hiệu quả xử lý NH4+ và T – N đã tăng nhanh từ 37% lên 70%.
Hiệu quả xử lý đạt được đối với NH4+ và T – N tuy đã tăng lên đáng kể, nhưng nếu xem xét kỹ số liệu phân tích đồng thời so sánh kết quả với các nghiên cứu liên quan khác, dễ dàng có thể nhận thấy hiệu suất xử lý của hệ thiết bị vẫn chưa phải là tối ưu. Vì thế đã có sự thay đổi về chế độ vận hành nhằm tìm ra được một chế độ làm việc tối ưu nhất. Việc thay đổi chế độ làm việc từ chế độ 1 sang chế độ 2 đã mang lại kết quả tích cực bởi hiệu suất xử lý NH4+ và T – N đã tăng lên. Điều này đã chứng tỏ rằng thời gian sục khí 3 giờ trong chế độ 1 là vẫn chưa đủ để oxy hóa hoàn toàn lượng NH4+ có trong nước thải thành NO2- và NO3-. Vì vậy, chế độ vận hành 2 với chu kỳ làm việc 6 giờ trong đó thời gian sục khí là 4 giờ và thời gian ngừng sục khí là 2 giờ được chọn làm chế độ vận hành tối ưu cho quá trình xử lý đồng thời các chất hữu cơ và Nitơ trong nước thải.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
A. KẾT LUẬN
1. Ảnh hưởng của chu kỳ sục khí – ngừng sục khí luân phiên đến hiệu quả xử lý chất hữu cơ và Nitơ
Hiệu suất xử lý COD ở ba chu kỳ vận hành khác nhau đều đạt giá trị cao, dao động trong khoảng 85 – 98%.
Hiệu quả xử lý N – NH4+ trong chế độ khởi động vẫn còn thấp, tuy nhiên trong chế độ 1 và đặc biệt là chế độ 2 thì hiệu suất xử lý đạt được đã tiến triển tốt hơn; đối với chế độ 1 là 60 – 75% và chế độ 2 là 72 – 80%. Chu kỳ sục khí
– ngừng sục khí có ảnh hưởng tương đối đến hiệu suất xử lý N – NH4+ (do tổng thời gian sục khí – ngừng sục khí ở 3 chế độ là khác nhau; thời gian lưu nước trong chế độ 1 và 2 lâu hơn chế độ khởi động).
Chu kỳ sục khí luân phiên với tỷ lệ tổng thời gian sục khí và ngừng sục khí 4 giờ/2 giờ khá phù hợp để xử lý T – N. Hiệu suất đạt được dao động trong khoảng 72 – 80% với điều kiện tỷ lệ COD/T – N ≥ 3.
2. Ảnh hưởng của tải trọng COD và Nitơ đến hiệu suất xử lý COD, Nitơ
Tải trọng COD trong nghiên cứu dao động trong khoảng 0,35 – 0,95 kg COD/m3/ngày hầu như không ảnh hưởng đến hiệu suất xử lý COD, kết quả đạt được luôn ổn định khoảng 93%
Tải trọng T – N trong nghiên cứu này dao động trong khoảng 0,06 – 0,17 kg T – N/m3/ngày và có sự ảnh hưởng rõ rệt đến hiệu suất loại bỏ T – N của hệ thống.
B. KIẾN NGHỊ
Thực hiện tiếp các nghiên cứu khác để tìm ra chế độ thích hợp hơn cho hệ xử lý bằng phương pháp sục khí luân phiên
Tìm được chế độ thích hợp nhất cho phương pháp sục khí luân phiên, áp dụng vào thực tế cho mục đích xử lý các loại nước thải có tính chất giàu hữu cơ và Nitơ.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
A. Tiếng Việt
1. Trương Thanh Cảnh (2010), “Nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi bằng công nghệ sinh học kết hợp lọc dòng bùn ngược”, Tạp chí Phát triển Khoa học và Công nghệ, 13(M1), TP. Hồ Chí Minh.
2. Lê Quang Huy, Nguyễn Phước Dân, Nguyễn Thanh Phong (2009), “Ứng dụng quá trình thiếu khí từng mẻ để xử lý oxit Nitơ nồng độ cao trong nước rác cũ”, Tạp chí Phát triển Khoa học và Công nghệ, 12(02), TP. Hồ Chí Minh.
3. Trần Thị Thu Lan (2013), Nghiên cứu xử lý đồng thời các thành phần hữu cơ và Nitơ trong nước thải chăn nuôi lợn sau biogas bằng phương pháp sục khí luân phiên, Luận văn thạc sĩ khoa học Môi trường, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – ĐHQGHN.
4. Nguyễn Văn Phước, Nguyễn Thị Thanh Phượng, Lê Thị Thu (2009), “Xử lý nước thải tinh bột mì bằng công nghệ hybrid (lọc sinh học – aerotank)”, Tạp chí Phát triển Khoa học và Công nghệ, 12(A02), Tp. Hồ Chí Minh.
5. Lê Công Nhất Phương (2009), Nghiên cứu ứng dụng nhóm vi khuẩn Anammox trong xử lý nước thải nuôi heo, Luận án tiến sĩ cấp Nhà nước, Viện Môi trường và Tài nguyên, Trường Đại học Quốc Gia TP. Hồ Chí Minh.
6. Ngô Kế Sương, Nguyễn Hữu Phúc, Phạm Ngọc Liên, Võ Thị Kiều Thanh (2006), “Mô hình xử lý nước thải chăn nuôi heo tại xí nghiệp chăn nuôi Gò Sao”, Nông thôn đổi mới, III. Kỹ thuật và công nghệ bảo quản – chế biến – tiêu thụ (14), Long Định.
7. Ngô Kế Sương, Lê Công Nhất Phương (2005), Nghiên cứu ứng dụng Công nghệ sinh học kỵ khí và ao Thực vật thủy sinh xử lý nước thải chăn nuôi heo tại Xí nghiệp lợn giống Đông Á, Sở Khoa học Công nghệ Tp. Hồ Chí Minh
8. Tiêu chuẩn Việt Nam (1999), Chất lượng nước – xác định nhu cầu oxy hóa học, TCVN 6491 : 1999, ISO 6060 : 1989.
9. Tiêu chuẩn Việt Nam (1996), Chất lượng nước – xác định nitrat. Phương pháp trắc phổ dùng axit sunfosalixylic, TCVN 6180 : 1996, ISO 7890
– 3 : 1988 (E).
10. Phạm Thị Hải Thịnh, Phan Đỗ Hùng, Trần Thị Thu Lan (2012), “Xử lý đồng thời hữu cơ và Nitơ trong nước thải chăn nuôi lợn bằng phương pháp SBR: Ảnh hưởng của chế độ vận hành và tỷ lệ giữa cacbon hữu cơ và Nitơ, Tạp chí Khoa học và Công nghệ, 50(2B), Hà Nội.
B. TIẾNG ANH
11. Ahn YH, Hwang IS, Min KS (2004), “ANNAMOX and partitial denitritation in anaerobic nitrogen removal from piggery waste”, Water”, Water Sci. Tech, 49(5-6), pp. 145 – 153.
12. Alleman J. E. (1985), “Elevated Nitrite Occurrence in Biological Wastewater Treatment Systems”, Water Sci. Technol, 17(2 – 3), pp. 409 – 419.
13. American Public Health Association, American Water Works Association and Water Environment Federation (1995), Standard methods for the examination of water and wastewater.
14. Andreottola G, Foladori P, Ragazzi M (2001), “On-line control of a SBR system for nitrogen removal from industrial wastewater”, Water Sci. Tech, 43(3), pp. 93 – 100.
15. Barrett S. E., Davis M. K. and McGuire M. J (1985), “Blending Chloraminated Water with Chlorinated Waters”, Jour. AWWA, 77(1), pp. 50 – 61.
16. Bortone G., Gemelli S., Rambaldi A. and Tilche A. (1992), “Nitrification, denitrification and biological phosphate removal in sequencing batch reactors treating piggery wastewater”, Water Sci. Tech, 26(5 – 6), pp. 911 – 985.
17. Figueroa L.A., Silverstein J. (1992), “The effect of particulate organic matter on biofilm nitrification”, Water environment research, 64(5), pp. 728 – 733.
18. Ford D. L., Churchwell R. L. and Kachtick J. Ư. (1980), “Comprehensive analysis of nitrification of chemical processing wastewater”, J. Water Pollut. Control Fed, 52, 2726 – 2746.
19. Garrido J. M , Omil F, Arrojo B, Méndez R, Lema J. M (2001), “Carbon and nitrogen removal from a wastewater of an industrial dairy laboratory with a coupled anaerobic filter – sequencing batch reactor system”, Water Sci. Tech, 43(3), pp. 249 – 256.
20. Grady C. P. Leslie, Jr., and Henry C. Lim (1980), Biological Wastewater Treatmnent, Marcel Dekker, New York
21. Henze M., Harremoes P., Cour Jansen J. la, Arvin E. (2002), Wastewater Treatment: Biological and Chemical Process – Third Editon, Springer Verlag Berlin Heidelberg, New York.
22. Jiayang Cheng and Bin Liu (2001), “Nitrification, Denitrification in Intermittent Aeration Process for Swine Wastewater Treatment”, K. Environ. Eng., 127(8), pp. 705 – 711.
23. Katsuto Inomae, Hiroyuki Araki, Kenichi Koga, Youichi Awaya, Tetsuya Kusuda and Yasunari Matsuo (1987), “Nitrogen Removal in an Oxidation Ditch with Intermittent Aeration”, Water Sci. Tech., 19(1
– 2), pp. 209 – 218.
24. Koottatep S., Leesanga C. and Araki H. (1994), “Intermittent Aeration for Nitrogen Removal in Small Aerated Lagoon”, Water Sci. Tech., 28(10), pp. 335 – 341.
25. Kousei Sasaki, Yasuji Yamamoto, Kazushi Tsumura, Shigeru Hatsumata and Masahiro Taewaki (1994), “Simultaneous Removal of Nitrogen and Phosphorous in Intermittently Aerated 2 – Tank Activated Sludge Process Using DO and ORP – Bending – Point Control”, Water Sci. Tech., 28(11 – 12), pp. 513 – 521.
26. Odell L. H., Kirmeyer J. H., Wilczak A., Jacangelo J. G., Marcinko J. P. and Wolfe R. L. (1996), “Controlling nitrification in Chloraminated Systems”, Jour. AWWA, 88(7), pp. 86-98.