CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ BÀN LUẬN
3.2. GIAI ĐOẠN TĂNG TẢI
3.2.2. Hiệu quả xử lý ammonia cả 2 mô hình qua 5 tải trọng
NH4 vào NH4 ra (ICEAS-MBSBR)
Hiệu suất (ICEAS-SBR)
35 40 45 50 55 60 65 70 75 Thòi gian (ngày)
NH4 ra (ICEAS-SBR) Hiệu suất (ICEAS-MBSBR)
54
và ổn định vào cuối giai đoạn. Nồng độ ammonia đầu ra cuối giai đoạn này là 3,6 - 3,5mg/l.
Nồng độ đầu ra ổn định đạt quy chuẩn cột A theo QCVN 40:2011/BTNMT.
Ở tải trọng 1,0 kgCOD/m3.ngày, hiệu quả xử lý ammonia tăng nhẹ so với những ngày vận hành cuối ở tải trọng đầu. Ở giai đoạn này bùn đã sinh trưởng tốt trên giá thể Mutag Biochip ™ giúp mô hình ICEAS - MBSBR tăng hiểu quả ammonia đáng kể so với mô ICEAS - SBR. Hiệu quả xử lý Ammonia trung bình của từng mô là 89,93 - 88,74%.
Nồng độ ammonia thu được là 9,1 và 15mg/l cả 2 mô hình cùng đạt quy chuẩn cột B theo QCVN 40:2011/BTNMT.
Ở tải trọng 1,5 kgCOD/m3.ngày, hiệu quả xử lý ammonia bắt đầu giảm so với ở tải trọng trước. Đối với mô hình ICEAS - SBR hiệu quả xử lý ammonia giảm 4,31%. Đối với mô hình ICEAS - MBSBR hiệu quả xử lý ammonia giảm 4,58%. Nhận thấy ở tải trọng này nồng độ nitơ vào cao dẫn đến nồng độ đầu ra cao. Nồng độ ammonia ra trung bình 12,4mg/l. Mô hình ICEAS - MBSBR vẫn cho hiệu suất của quá trình tốt hơn. Trong giai đoạn này nồng độ ammonia đã vượt QCVN 40:2011/BTNMT.
Ở tải trọng 2,0 kgCOD/m3.ngày, hiệu quả xử lý ammonia tiếp tục giảm so với ở tải trọng trước. Đối với mô hình ICEAS - SBR hiệu quả xử lý ammonia giảm 2,69%. Đối với mô hình ICEAS - MBSBR hiệu quả xử lý ammonia giảm 2,25%.. Mô hình ICEAS - MBSBR vẫn cho hiệu suất của quá trình tốt hơn. Trong giai đoạn này nồng độ ammonia ra là 14,5mg/l đã vượt QCVN 40:2011/BTNMT.
Ở tải trọng 2,5 kgCOD/m3.ngày, hiệu quả xử lý ammonia giảm so với ở tải trọng trước. Đối với mô hình ICEAS - SBR hiệu quả xử lý ammonia giảm 2,77%. Đối với mô hình ICEAS - MBSBR hiệu quả xử lý ammonia giảm 1,11%. Mô hình ICEAS - MBSBR vẫn cho hiệu suất của quá trình tốt hơn so với mô hình ICEAS - SBR. Trong giai đoạn này nồng độ ammonia ra là 15,8mg/l đã vượt QCVN 40:2011/BTNMT.
Nhân xét: Hiệu suất xử lý Ammonia giảm dần khi tăng tải trọng hửu cơ nhưng hàm lượng ammonia bị xử lý củng tăng dần trong quá trình tăng tải trọng . Vì khi vi sinh vật tiêu thụ lượng thức ăn nhiều cần có lượng chất dinh dưởng lớn để đáp ứng nhu cầu sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật.
55
Bảng 3-3 Kết quả loại bỏ NỈỈ4+-N ở các tải trọng
Tải trọng, kgCOD/m3
.ngày
NH4+vào, mg/l
NH4+ra, mg/1 (ICEAS-
SBR)
NH4+ ra, mg/1 (ICEAS- MBSBR)
Hiệu suất, % (ICEAS- SBR)
Hiệu suất, % (ICEAS- MBSBR)
0,5 32,3 ±2,1 5,6 ±2,3 5,5 ±2,4 83,00 ±6,33 83,55 ±6,49
1,0 65,4 ±3,4 7,4 ± 1,6 6,6 ±1,4 88,74 ±2,12 89,93 ±2,14 1,5 79,4 ±2,4 12,4 ±1,9 11,6 ±1,9 84,43 ±2,24 85,34 ±2,23
2,0 82,5 ±2,4 15,1 ±2,3 13,9 ±1,9 81,73 ±2,82 83,10 ±2,49 2,5 84,8 ±2,1 16,4 ±1,4 15,2 ±1,4 80,62 ±1,77 82,04 ±1,86
Hình 3-11 Hiệu quả loại bỏ NH4+-N của mô hình ICEAS-MBSBR và mô hình ICEAS- SBR
56
3.2.3. Sự biến thiên nông độ nitrit, nỉtrat ra của 2 mô hình
Hình 3-12 Sự biến thiên nồng độ nitrit, nitrat ra của 2 mô hình
Hình 3.12 thể hiện nitrit, nitrat trong đầu vào, đầu ra và hiệu suất của mô hình ICEAS - SBR và ICEAS - MBSBR. Ở hai mô hình, nồng độ nitrit đàu vào ở các tải trọng khá thấp và chênh lệch không đáng kể. Nhận thấy qua từng tải trọng tăng dần nồng độ nitrit ra trung bình tăng dần từ 0,71 đến 3,0mg/l ở tải trọng 2,5 kgCOD/m3.ngày. Tương tự nồng độ nitrat đầu ra thu được tăng dần theo từng tải trọng từ 1,31 đến 4,51mg/l ở trải trọng 2,5 kgCOD/m3.ngày.
Nhận xét mô hình ICEAS - MBSBR có khả năng khử nitrat tốt hơn so với mô hình ICEAS -SBR. Chứng tỏ rằng trên giá thể Mutag Biochip™ bùn dính bám và sinh trưởng tốt tạo môỉ trường khử nỉtrat tốt hơn, góp phần làm tăng hiệu quả loại bỏ TN cho quá trình.
Kết quả cho cho thấy màng sinh học bám dính trên giá thể của ICEAS - MBSBR không chỉ chuyển hóa NH4+-N thành NƠ3" để thông qua quá trình nitrat hóa nhưng cũng thực hiện khử NO3' thành N2 qua quá trình khử nỉtơ.
Đối với các ICEAS - MBSBR, cả hai chế độ sục khí ngắt quảng và màng sinh học dính bám trên giả thể góp phần vào việc tăng cường quá trình nỉtrat hóa và khử nỉtrat nhưng đối với ICEAS - SBR, chỉ cỏ chế độ sục ngắt quảng tăng cường các quá trình này. Tuy nhiên, sự khác biệt hiệu quả giữa các ICEAS - MBSBR và ICEAS - SBR
N02- ra (ICEAS-SBR) N03- ra (ICEAS-SBR)
N02- ra (ICEAS-MBSBR) N03- ra (ICEAS-MBSBR)
57
là khoảng 3%. Mặt khác, chế độ sục khí ngắt quảng đóng một vai trò quan trọng và màng sinh học dính bám trên giá thể đỏng một vai trò nhỏ trong việc loại bỏ nỉtơ.
Bảng 3-4 Kết quả loại bỏ NƠ2 N, NO3 N qua các tải trọng
Tải trọng, kgCOD/m3.ngày
NO2' ra, mg/1
(ICEAS-SBR) NO2' ra, mg/1 (ICEAS- MBSBR)
NOa' ra, mg/1
(ICEAS-SBR) NO3" ra, mgA (ICEAS- MBSBR)
0,5 0,71+0,18 0,70 + 0,11 1,62 + 0,39 1,00 + 0,50 1,0 0,89 + 0,07 0,82 + 0,05 1,89 + 0,08 1,39 + 0,08 1,5 1,38 + 0,08 1,27+0,09 2,37 + 0,31 2,38 + 0,78 2,0 2,52 + 0,14 2,33+0,13 4,88 + 0,22 3,24 + 0,53 2,5 3,05 + 0,18 2,96 + 0,15 5,42 + 0,36 3,51 + 0,62
58
3.2.4. Hiệu quả loại bỏ Nitơ tông
TN vào —I— TN ra (ICEAS-SBR) TN ra (ICEAS-MBSBR)
Hiệu suất (ICEAS-SBR) -o- Hiệu suất (ICEAS-MBSBR)
Hình 3-13 Sự biến đổi nồng độ đầu vào, đầu ra và hiệu suất loại bỏ TN của 2 mô hình Hiệu quả xử lý chất dinh dưỡng được đánh giá bằng hiệu quả loại bỏ Nitơ thông qua việc theo dõi các chỉ tiêu: TN, NHAN, NƠ2-N, NƠ3-N.
Giá trị pH và DO cũng được đo đạc thường xuyên để theo dõi quá trình nỉtrat hóa và khử nitrat diễn ra trong hệ thống, số liệu đo đạc được trình bày trong phụ lục.
Nitơ tổng trong nước thải bao gồm ammonia, nitrit, nitrat và nitơ hữu cơ. Trong quá trình chuyển hóa, nỉtơ hữu được phân hủy thành ammonia. Ammonia một phần sẽ đi vào trong tế bào vỉ sinh vật để tham gia vào quá trình xây dựng tế bào, một phần lớn sẽ được chuyển hóa thành nitrìt và nitrat trong điều kiện có oxy, nitrit và nỉtrat cũng được sử dụng để xây dựng tế bào, tuy nhiên, phần lớn nitrit và nitrat bị vi khuẩn tùy nghỉ sổng trong điều kiện thiếu khí sử dụng là chất nhận điện tử trong phản ứng thu năng lượng của chúng, đồng thời giải phóng nỉtơ về dạng phân tử và thoát ra khỏi môi trường nước. Sau 80 ngày vận hành, hiệu quả loại bỏ các hợp chất nỉtơ trong nước thải đầu vào của mô hình ICEAS - SBR và ICEAS - MBSBR ở các tải trọng khác nhau được trình bày trong hình 3.10, 3.11, 3.12. Kết quả nghiên cứu cho tháy mô hình có khả năng xử lý hiệu quả. Điều này cỗ thể được giải thích là do quá sục khí ngắt quảng làm tăng nhỏm vỉ khuẩn oxy hóa ammonia và khử nỉtrat.
Từ hình 3.10, 3.13 cho thấy, hiệu quả xử lý amomonia của 2 mô hình ICEAS - SBR
59
và ICEAS - MBSBR luôn cao hơn hiệu quả loại bỏ TN ở trong suốt quá trình vận hành.
Điều này chỉ ra rằng quá trình ammonia hóa tức là chuyển nitơ hữu cơ thành ammonia trong mô hình diễn ra không đáng kể và quá trình nitrat hoá làm tăng nitrat đầu ra làm giảm hiệu quả xử lý nitơ của mô hình.
Nhân xét'.
Hình 3.10 và Hình 3.13: thể hiện sự biến thiên nồng độ và hiệu suất xử lý TN và NH4+-N của mô hình ICEAS - SBR và ICEAS - MBSBR ở các tải trọng tăng dần từ 0,5 - 2,5 kgCOD/m3.ngày. Nồng độ TN và NH4+-N của nuớc thải đầu vào ở 3 tải trọng hữu cơ dao động trong khoảng 35 đến 95 mg/L và 30 đến 88 mg/1. Hiệu suất xử lý TN và NH4+- N theo các tải trọng hữu cơ đuợc thể hiện trong bảng sau:
Bảng 3-5 Kết quả loại bỏ TN ở các tải trọng
Tải trọng, kgCOD/m3
•ngày
TN vào, mg/1
TN ra, mg/1 (ICEAS- SBR)
TN ra, mg/1 (ICEAS- MBSBR)
Hiệu suất,
% (ICEAS-
SBR)
Hiệu suất, % (ICEAS- MBSBR)
0,5 38,9 ± 1,8 10,0 ± 2,3 9,1 ±2,4 74,28 ± 5,62 76,77 ± 5,73 1,0 73,8 ± 1,7 12,0 ± 1,5 10,3 ± 1,8 83,79 ± 2,00 86,11 ±2,34 1,5 85,1 ±2,7 17,8 ±2,1 15,9 ± 2,0 79,07 ± 2,34 81,27 ±2,34 2,0 88,5 ± 2,0 23,8 ± 2,4 20,2 ± 1,6 73,11 ±2,98 77,15 ±2,03 2,5 90,8 ± 1,9 26,9 ± 1,3 21,5 ± 1,2 70,34 ± 1,56 76,32 ± 1,35
60
KgCOD/m3.ngày
■ ICEAS - SBR ■ ICEAS - MBSBR
Hình 3-14 Hiệu quả loại bỏ TN của mô hình ICEAS-MBSBR và mô hình ICEAS-SBR Nhận xét:
Qua hình 3.9, 3,11, 3,14, ta thấy khi vận hành ở tải trọng 1,0 kgCOD/m3.ngày cả 2 mô hình ICEAS-SBR và ICEAS-MBSBR cho hiệu quả xử lý COD và Nitơ cao nhất cũng như nồng độ COD và Nỉtơ đầu ra đạt giá trị nhỏ nhất trong 5 giai đoạn vận hành. Nồng độ COD đầu ra tương ứng lần lượt là 38,3 và 34,5mg/l; nồng độ Nitơ đầu ra tương ứng lần lượt là 12,0 và 10,3mg/l cùng đạt cột A theo QCVN 40:2011/BYT. Tuy nhiên ammonia đầu ra thì chỉ đạt cột B theo QCVN 40:2011/BYT. Nhận thấy vận hành mô hình ICEAS ở điều kiện này chưa thật sự tối ưu nhất. Do vận hành các giai đoạn thiếu khí, hiếu khí xen kẽ đã làm lượng oxy cung cấp không đủ để ammonia chuyển hoá hết thành nitrat, Để tăng hiệu quả xử lý COD và nỉtơ cho các nghiên cứu tiếp theo cần thay đổi chế độ vận hành, đỉều chỉnh giai đoạn thiếu khí, hiếu khí phù hợp và tăng thể tích giá thể Mutag Biochip™
vào mô hình.
61
100
Qua Hình 3-15 nhận thấy nồng độ Nitơ hữu cơ đầu vào tương đối thấp, hiệu quả xử lý Nitơ hữu cơ của 2 mô hình không ổn định. Nhìn chung mô hình ICEAS - MBSBR vẫn cho hiệu quả xử lý nitơ hữu cơ tốt hơn. Hiệu suất tương ứng cho từng mô hình là 64,74 và 71,79%. Nhận thấy, quá trình ammonia hỏa chuyển nitơ hữu cơ thành ammonia trong mô hình diễn ra tương đối không cao, không ảnh hưởng nhiều đến hiệu quả loại bỏTN.
3.2.5. Đánh giá hiệu quả loại bỏ Nitơ hữu cơ qua các tải trọng
80
8?
60
(A
40 if X 20
0
Nito hữu cơ vào Hiệu suất (ICEAS-SBR) -o- Hiệu suất (ICEAS-MBSBR)
62
3.2.6. Đánh giá nồng độ sinh khối tạo thành
■ ICEAS-SBR I ICEAS-MBSBR Mutag Biochip
Hình 3-16 Hàm lượng sinh khối trong bể ICEAS - SBR và sinh khối lơ lửng, bám dính trong
bể ICEAS - MBSBR
Nhân xét:
Hình 3-15 thể hiện nồng độ MLSS vào cuối giai đoạn các tải trọng 0,5-2,5 kgCOD/m3.d của 2 mô hình ICEAS - SBR và ICEAS - MBSBR với nồng độ sinh khối ban đầu cho vào bể là 2200mg/l. Sự hình thành lớp màng sinh học lên trên bề mặt và trong giá thể Mutag Biochip™ ửong bể ICEAS - MBSBR được quan sát trong ửong suốt quá trình vận hành mô hình thí nghiệm. Trong giai đoạn đầu sự hình thành lớp màng sinh học diễn ra khá chậm là do lúc này lớp màng rất mỏng nên dễ bị phá vỡ do sục khí và khuấy ttộn va chạm giữa các giá thể. Nồng độ sinh khối ttên giá thể vào cuối tải ttọng 0,5 kgCOD/m3.d là 365mg/l. Trong các giai đoạn tiếp theo vi sinh bám dính ttên giá thể đã bắt đầu ổn định và sinh khối phát triển tăng dần theo tải ttọng. Tuy nhiên ở 3 tải ừọng 1,5; 2,0 và 2,5 kgCOD/m3/ngày, nồng độ sinh khối lơ lửng của 2 mô hình tăng trưởng chậm không có sự chênh lệch nhiều. Ngược lại sinh khối bám dính của mô hình ICEAS - MBSBR vào 3 tải trọng cuối vẫn phát triển tăng dần theo tải trọng. Kết quả thu được cho thấy tổng nồng độ sinh khối vào cuối các giai đoạn quá trình vận hành của mô hình ICEAS - SBR là 2800, 3320, 3480, 3650, 3800 mg/1. Tương ứng mô hình ICEAS - MBSBR là 2650, 3350, 3500, 3790, 4050 mg/1 và sinh khối bám dính là 365, 560, 875, 1020, 1125 mg/1.
63
Hình 3-17 Giá thể sau khi bám dính bùn ở giai đoạn 0,5 và 2,5 kgCOD/m3/ngày trong bể ICEAS - MBSBR