nghiên cứu ứng dụng sunfua - canxi cacbonat composit trong hệ xử lý nitơ hòa tan từ...

8/20/2019 Nghiên cứu ứng dụng Sunfua - Canxi cacbonat composit trong hệ xử lý nitơ hòa tan từ nước thải bằng phương ph…

http://slidepdf.com/reader/full/nghien-cuu-ung-dung-sunfua-canxi-cacbonat-composit-trong-he-xu 1/96

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA H ỌC TỰ NHIÊN

-----------------------

Bùi Phƣơng Thảo

NGHIÊN C Ứ U Ứ NG D ỤNG SUNFUA - CANXI CACBONAT COMPOSIT

TRONG H Ệ XỬ LÝ NITƠ HÒA TAN

TỪ NƢỚ C TH ẢI BẰNG PHƢƠNG PHÁP LỌC SINH H ỌC

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội - 2011



ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA H ỌC TỰ NHIÊN

-----------------------

Bùi Phƣơng Thảo

NGHIÊN C Ứ U Ứ NG D ỤNG SUNFUA - CANXI CACBONAT COMPOSIT

TRONG H Ệ XỬ LÝ NITƠ HÒA TAN

TỪ NƢỚ C TH ẢI BẰNG PHƢƠNG PHÁP LỌC SINH H ỌC

Chuyên ngành: Khoa học Môi trườ ng

Mã số: 60 85 02

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Người hướ ng dẫn khoa học: TS. Tr ần Văn Quy

Hà Nội – 2011



Luận văn thạc sĩ Bùi Phương Thảo

Khóa 17-CHMT Trường Đại học Khoa học T ự nhiên1

MỤC LỤCMỞ ĐẦU .......................................................................................................... 1

Chƣơng 1- TỔNG QUAN ............................................................................ 101.1. Nitơ và chu trình nitơ ........................................................................... 101.2. Thực tr ạng ô nhiễm nitơ trong nướ c thải ............................................. 14

1.2.1. Nướ c thải sinh hoạt ....................................................................... 141.2.2. Nướ c thải công nghiệ p .................................................................. 151.2.3. Nguồn thải từ nông nghiệp, chăn nuôi .......................................... 151.2.4. Nướ c r ỉ rác..................................................................................... 16

1.3. Tác hại của hợ p chất nitơ ..................................................................... 171.3.1. Tác hại của hợ p chất nitơ đối vớ i sức khỏe cộng đồng ................ 171.3.2. Tác hại của ô nhiễm nitơ đối với môi trườ ng ............................... 18

1.4. Các phương pháp xử lý N trong nướ c thải ........................................... 181.4.1. Phương pháp cơ học ...................................................................... 191.4.2. Phương pháp oxy hoá .................................................................... 191.4.3. Phương pháp trao đổi ion .............................................................. 201.4.4. Phương pháp vi sinh ...................................................................... 21

1.5.Phương pháp nitơ hóa bằng vi sinh tự dưỡ ng có sử dụng vật liệucomposit trên cơ sở lưu huỳnh : đá vôi ....................................................... 21

1.5.1. Nitơ hóa bằng vi sinh tự dưỡ ng..................................................... 211.5.2. Quá trình khử nitrat và vật liệu composit ..................................... 23

1.6. Các công trình nghiên cứu nitơ hóa bằng vi sinh vật tự dưỡ ng ........... 24Chƣơng 2- ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨ U ............ 29

2.1. Đối tượ ng nghiên cứu .......................................................................... 292.2. Phương pháp nghiên cứu ...................................................................... 292.3. Phương pháp thực nghiệm ................................................................... 29

2.3.1 Dụng cụ, thiết bị và hóa chất .......................................................... 29





2.3.2. Phương pháp phân tích .................................................................. 312.4. Nghiên cứu các điều kiện tối ưu cho quá trình xử lý ........................... 34

2.4.1. Nghiên cứu tỷ lệ thành phần S:CaCO3 tối ưu cho quá trình khử nitrat tự dưỡ ng ......................................................................................... 352.4.2. Nghiên cứu khả năngkhử nitrat tự dưỡ ng của đá SC đối vớ i mộtsố mẫu bùn thực tế .................................................................................. 372.4.3. Nghiên cứuảnh hưở ng của kích thướ c viên composit tớ i hiệu quả quá trình khử nitrat tự dưỡ ng .................................................................. 372.4.4. Nghiên cứuảnh hưở ng của kích thướ c hệ thống tớ i quá trình khử nitrat tự dưỡ ng trên mô hình pilot ........................................................... 372.4.5. Thử nghiệm khả năng tách loại đồng thờ i PO4

3-, NH4+ , Ca2+ ...... 38

2.5.Ứ ng dụng với nướ c thải thực tế (nướ c thải mạ điện) ........................... 39Chƣơng 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨ U VÀ THẢO LUẬN ........................ 40

3.1. Thành phần và tính chất nướ c thải ....................................................... 403.1.1. Thành phần và tính chất nướ c thải nhân tạo ................................. 403.1.2. Thành phần và tính chất nướ c thải mạ điện (nướ c thải mạ điện củaCông ty Cổ phần Xuân Hòa) ................................................................... 41

3.2. Sản phẩm đá lưu huỳnh -đá vôi Composit và tính chất của đá ........... 413.2.1. Khối lượ ng riêng của đá ................................................................ 43

3.3. K ết quả nghiên cứu các điều kiện tối ưu tớ i quá trình khử nitrat tự dưỡ ng ........................................................................................................... 46

3.3.1. Tỷ lệ thành phần S:CaCO3 ............................................................ 463.3.2. Khả năng khử nitrat tự dưỡ ng của đá SC đối vớ i một số mẫu bùnthực tế ...................................................................................................... 52





3.3.3.Ảnh hưở ng của kích thướ c viên composit tớ i hiệu quả quá trìnhkhử nitrat tự dưỡ ng .................................................................................. 56

3.3.4.Ảnh hưở ng của kích thướ c hệ thống tớ i quá trình khử nitrat tự dưỡ ng trên mô hình pilot ......................................................................... 593.4.5.Ứ ng dụng với nướ c thải thực tế .................................................... 68

K ẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ ............................................................... 73TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 76PHỤ LỤC





DANH MỤC VIẾT TẮT

TCE - Tricloroethylence

HRT - Thời gian lưu (Hydraulic Retentime Time)SC -Lưu huỳnh -đá vôi composit (Sulfua - Calcium Carbonate Composite)

SEM -Ảnh hiển vi điện tử (Scaning Electron Microscope)

SS - Chất r ắn lơ lửng (Suspended Solids)

VSS - Chất r ắn lơ lửng bay hơi (Volatile Suspended Solids)

VSV - Vi sinh vậtDANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1. Tr ạng thái hoá tr ị của nguyên tố nitơ………………………... 4Bảng 3.1. Thành phần vi khoáng của nướ c thải nhân tạo………………. 34Bảng 3.2. Thành phần chính của nướ c thải nhân tạo…………………… 34Bảng 3.3. Thành phần nướ c thải mạ điện Xuân Hòa…………………… 35Bảng 3.4. Khối lượ ng riêng của từng loại SC...........................................36Bảng 3.5. Hằng số động học của quá trình khử nitrat tự dưỡng đối vớ i

từng loại đá SC khác nhau…………………………………… 44

Bảng 3.6. Thông số SS và VSS của các loại bùn......................................46Bảng 3.7. Khả năng xử lý của các loại bùn…………………………….. 47

Bảng 3.8. Hằng số động học của quá trình khử nitrat tự dưỡ ng vớ i cáckích thướ c viên SC khác nhau………………………………. 50

Bảng 3.9. Hiệu suất xử lý nitrat của hai hệ liên tục với nướ c thải nhântạo……………………………………………………………. 54

Bảng 3.10. Hiệu suất xử lý nitrat của hai hệ liên tục với nướ c thải mạ điện…………………………………………………………... 62





DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1. Chu trình nitơ trong tự nhiên................................................. 5Hình 1.2. Chu trình biến đổi các hợ p chất nitơ ..................................... 7Hình 2.1. Hệ xử lý nướ c thải đệm vi sinh ngượ c dòng........................ 28Hình 2.2. Hệ thí nghiệm liên tục.......................................................... 29Hình 2.3. Hệ thí nghiệm gián đoạn…………………………………. 30Hình 2.4. Cột sinh học trong hệ thí nghiệm mô hình pilot.................. 32

Hình 3.1. Những sản phẩm SC chế tạo đượ c……………………….. 36Hình 3.2. Biến thiên pH của 3 loại đá SC theothời gian……………. 37Hình 3.3. Biến thiên pH của 3 loại đá SC qua các HRT khác nhau…. 37Hình 3.4. Biến thiên độ cứng của 3 loại đá SC qua các HRT khác

nhau…………………………………………………………. 38

Hình 3.5. Biến thiên độ cứng của 3 loại đá SC theo các HRT khác

nhau trên các đồ thị……………………………………….. 39

Hình 3.6. Biến thiên pH của các hệ liên tục vớ i ba loại đá SC theothờ i gian…………………………………………………… 40

Hình 3.7. Biến thiên NH4+-N của các hệ liên tục vớ i ba loại đá SC

theo thờ i gian……………………………………………… 41

Hình 3.8. Biến thiên NO2--N của các hệ liên tục vớ i ba loại đá SC

theo thờ i gian………………………………………………. 42

Hình 3.9. Biến thiên NO3--N của các hệ liên tục vớ i ba loại đá SC

theo thờ i gian……………………………………………… 43

Hình 3.10. Đá SC trướ c khi thí nghiệm………………………………… 45Hình 3.11. Đá SC sau khi thí nghiệm…………………………………. 45Hình 3.12. Đồ thị biến thiên giá tr ị NO3

--N của các hệ gián đoạn theo 48





thời gian đối vớ i ba loại bùn……………………………….. Hình 3.13. Đồ thị biến thiên giá tr ị NO3

--N của các hệ gián đoạn theo

thờ i gian với các kích thướ c viên SC khác nhau………….. 49

Hình 3.14. Đồ thị biến thiên giá tr ị SO4- của các hệ gián đoạn theo thờ i

gian với các kích thướ c viên SC khác nhau………………. 51

Hình 3.15. Sơ đồ hệ xử lý liên tục……………………………………. 52Hình 3.16. Đồ thị biến thiên giá tr ị pH của hai hệ liên tục mô hình pilot

theo thờ i gian…………………………………………….. 53

Hình 3.17. Đồ thị biến thiên nồng độ NO3- của hai hệ liên tục mô hình

pilot theo thờ i gian………………………………………… 54

Hình 3.18. Hiệu suất xử lý của 2 hệ liên tục với nướ c thải nhân tạo….. 55Hình 3.19. Ảnh SEMđá SC trướ c và sau thí nghiệm……………….. 57Hình 3.20. Đồ thị biến thiên độ cứng của hai hệ liên tục mô hìnhpilot

theo thờ i gian………………………………………………. 58

Hình 3.21. Đồ thị biến thiên của hệ 1- liên tục quy mô pilottheo thờ i gian…………………………………………….. 59

Hình 3.22. Đồ thị biến thiên của hệ 2- liên tục quy mô pilottheo thờ i gian…………………………………………….. 60

Hình 3.23. Đồ thị biến thiên giá tr ị pH của hai hệ liên tục quy mô pilotvới nướ c thải mạ điện theo thờ i gian……………………… 61

Hình 3.24. Biến thiên nồng độ nitrat trong hệ thí nghiệm

với nướ c thải mạ điện…………………………………….. 62Hình 3.25. Hiệu suất xử lý của 2 hệ với nướ c thải mạ điện…………. 63Hình 3.26. Biến thiên sản phẩm sunphat trong 2 hệ với nướ c thải mạ

điện………………………………………………………… 65





MỞ ĐẦU

Quá trình công nghiệ p hóa, hiện đại hóaở Việt Nam đã và đang diễn ra

vớ i tốc độ nhanh chóng. Sự phát triển công nghiệ p và cả nông nghiệ p góp phần thúc đẩy tốc độ tăng trưở ng của nền kinh tế quốc dân. Nhưng, sự pháttriển đó cũng tạo ra những thách thức đối vớ i vấn đề bảo vệ môi trường. Đặc biệt, ô nhiễm nước đang ở mức báo động. Trong đó, nướ c thải giàu N r ất phong phú như nướ c thải sinh hoạt; nướ c thải từ các ngành công nghiệp nhưmạ, chế biến thủy sản; nướ c thải từ nông nghiệp như chăn nuôi và cả nướ c

rác. Nướ c thải chứa nhiều nitơ hòa tan (nitơ hữu cơ, amoni, nitrit, nitrat) và Psẽ gây ra hiện tượng phú dưỡng (khi nước có hàm lượng nitơ lớn hơn 30-60mg/l, phôtpho lớn hơn 4-8 mg/l). Phú dưỡ ng là sự gia tăng lượng nitơ và phôtpho trong nguồn nướ c ở các thuỷ vực, gây ra sự bùng phát các thực vật bậc thấ p (tảo, rong,…). Vì vậy, tuy các hợ p chất nitơ và phôtpho là hết sứccần thiết cho sự sinh trưở ng của các sinh vật thuỷ sinh, nhưng khi hàm lượ ng

các chất này vượ t quá tiêu chuẩn cho phép thì nó lại gây ô nhiễm cho nguồnnướ c. Quá trình quang hợ p và hô hấ p của các thực vật gây ra sự dao động lớ nlượng ôxi hoà tan và pH trong nướ c. K ết quả là tạo ra những biến đổi lớ ntrong hệ sinh thái thuỷ sinh, giảm đa dạng các sinh vật sống trong nước đặc biệt là cá, nước có màu đen, mùi khai, thối,…Do đó, việc xử lý nitơ, phôtphotrong nướ c thải là công việc hết sức cần thiết [3]. Trong các hợ p chất chứa N,amoni không tr ực tiếp gây độc cho con người nhưng sản phẩm chuyển hóa từ amoni là nitrit và nitrat là các chất gây độc (nitrat tạo ra chứng thiếu vitaminvà có thể k ết hợ p với các amin để tạo nên những nitrosamine là nguyên nhângây ung thư ở ngườ i cao tuổi, gây bệnh xanh xaoở tr ẻ nhỏ. Sau khi vào cơthể, nitrat có thể chuyển hóa nhanh thành nitrit nhờ vi khuẩn đườ ng ruột. Nitrit đối vớ i sức khỏe con ngườ i còn nguy hiểm hơn nitrat vì nó có khả năngtác dụng với các amin hay alkyl cacbonat trong cơ thể ngườ i tạo thành hợ p





chất gây ung thư). Vì vậy, việc xử lý các hợ p chất nitơ trong nướ c thải đangr ất đượ c quan tâm trong công nghệ xử lý nướ c. Một phương pháp hiện nay

đượ c áp dụng r ộng rãi là phương pháp sử dụng vi sinh, bở i chi phí xử lý thấ phơn và thân thiện với môi trường. Phương pháp truyền thống là sử dụng vikhuẩn dị dưỡng để oxi hóa hợ p chất nitơ đến hợ p chất cuối cùng là khínitơ ,gồm 2 giai đoạn: oxy hóa amoni thành nitrat và khử nitrat về nitơ. Tuy nhiên, phương pháp xử lý bằng vi sinh truyền thống lại có một số vấn đề nhưkhi sử dụng phương pháp này cần cung cấ p thêm chất hữu cơ (như metanol) đầy đủ cho quá trình oxy hóa nitrat thì quá trình xử lý mới đạt hiệu quả. Đây lànguyên nhân làm tăng chi phí cho quá trình xử lý. Thứ hai là, vi khuẩn dị dưỡ ng phát triển r ất nhanh, nên tạo ra khối lượ ng bùn lớ n cần xử lý. Để khắc phục điều này, ngườ i ta thay thế chủng vi sinh dị dưỡ ng bằng chủng vi sinh tự dưỡ ng và cung cấ p thêm chất khử. Phương pháp này giải quyết đượ c cácnhược điểm của phương pháp xử lý vi sinh truyền thống.

Chính vì vậy, để góp phần nâng cao hiệu quả xử lý nitơ trong hệ thốngxử lý nướ c thải, đã lựa chọn đề tài "Nghiên c ứ u quá trình ứ ng d ụng sulf ur -

calcium carbonate composit tr ong h ệ x ử lý nitơ hòa tan từ nướ c th ải b ằng

phương phápl ọc sinh h ọc ", nhằm tìm ra được các điều kiện tối ưu của việcxử lý các hợ p chất nitơ hòa tan bằng phương pháp lọc sinh học khi sử dụngSunfua-Canxi Cacbonat Composit làm vật liệu nền. Các nội dung nghiên cứu bao gồm:

Nghiên cứu tỷ lệ thành phần S:CaCO3 tối ưu cho quá trình khử nitrat tự dưỡ ng;

Nghiên cứu khả năng khử nitrat tự dưỡ ng của đá SC đối vớ i một số mẫu bùn thực tế;

Nghiên cứu ảnh hưở ng của kích thướ c viên composit tớ i hiệu quả quátrình khử nitrat tự dưỡ ng;





Nghiên cứu ảnh hưở ng của chiều cao lớ p vật liệu nền tớ i quá trình khử nitrat tự dưỡ ng trên mô hình pilot;

Thử nghiệm khả năng tách loại đồng thờ i Ca

2+

, NH4+

, PO43-

; Thử nghiệm với nướ c thải thực tế.





Khử nitrat

H ình 1.1 Chu tr ìn h nitơ trong tự nhiên Trong tự nhiên, nitơ tồn tại ở nhiều dạng hợ p chất hóa học, tham gia và

chuyển hóa trong nhiều quá trình như mô tả trên Hình 1.1, quan tr ọng hơn cả là sự chuyển hóa giữa các dạng hợ p chất vô cơ và hữu cơ chứa nitơ. Trongmôi trườ ng hiếu khí, thực vật chết và protein động vật bị vi sinh vật phân hủy,thải ra amoniac và amoniac tiế p tục bị ôxi hóa thành nitrit, nitrat. Nitrat,

amoniac từ phân hủy hiếu khí và nitơ không khí nhờ quá trình cố định đạmtham gia xây dựng tế bào thực vật, vi sinh vật dướ i dạng các hợ p chất hữu cơ.Chất hữu cơ chứa nitơ trong tế bào thực vật, vi sinh vật được động vật tiêu thụ để sản xuất protein. Đó là chu trình nitơ tổng thể. Mặc dù số loài vi sinh vậtcố định đạm từ khí không nhiều nhưng chúng có vai trò khá quan tr ọng trongchu trình nitơ tự nhiên.

Nitơ phân tử N2

N-Protein thự c vật N-Proteinđộng vật

Amôn hóa

NH4

+

hoặc NH3

+ O2 Nitrit hoá

NO2- NO3

- Nitrat hoá

+ O2

Cố định nitơ





các nguồn nước tĩnh (ao, hồ...), sự biến động của hợ p chất nitơ luôn liên quanđến tảo và gây ra hiện tượng phú dưỡng. Amoni và nitrat đượ c tảo, thực vật

hấ p thụ tạo thành protein, khi chết lại bị phân hủy thành amoni.Trong quá trình xử lý hợ p chất nitơ trong nướ c thải, sự biến đổi củahợ p chất nitơ theo chu trình mô tả trên Hình 1.2.

H ình 1.2 Chu tr ình bi ến đổ i các h ợ p ch ất nitơ

Ôxi hoá (+ O2 ) Khử nitrat (+ HC)C ố định nitơ/sinh chuyể n hoá Anammox (NO2- + NH 4+ )

Vi sinh vật sử dụng N-amoni để xây dựng tế bào, một phần tế bào bị chết (phân hủy nội sinh) thải ra amoni và một phần tạo ra lượ ng sinh khốithực. Loại vi sinh tự dưỡ ng thực hiện phản ứng ôxi hóa amoni với oxi để sản

N 2 H 4

N 2

NH4+

NO 2-

NH 2 OH

NO 3-

N 2 O NO

Org-N





xuất năng lượ ng cho mục đích hoạt động sống, sinh trưở ng và phát triển. Quátrình ôxi hóa tớ i nitrit và nitrat gọi là quá trình nitrat hóa. Quá trình ngượ c lại

là khử nitrit và nitrat bằng chất hữu cơ (chất cho điện tử) tới khí nitơ đượ cthực hiện nhờ các chủng vi sinh tùy nghi, dị dưỡ ng - Denitrifier . Khí nitơ làsản phẩm cuối của quá trình xử lý nitơ bằng phương pháp sinh học [1,4].1.2. Thự c trạng ô nhiễm nitơ trong nƣớ c thải

Nướ c là yếu tố chủ yếu của hệ sinh thái, là nhu cầu cơ bản của mọi sự sống trên Trái đất và cần thiết cho các hoạt động kinh tế - xã hội của conngườ i. Cùng vớ i các dạng tài nguyên khác, tài nguyênnướ c là một trong bốnnguồn lực cơ bản để phát triển kinh tế - xã hội.

Nướ c là một trong những nhân tố quyết định chất lượ ng môi trườ ngsống của con ngườ i.Ở đâu có nướ c ở đó có sự sống, vì vậy vấn đề ô nhiễmnước đã và đang là mối quan tâm của mọi ngườ i.

Mặc dù lượng nước trên Trái đất là r ất lớn, song lượng nướ c ngọt cho phép con ngườ i sử dụng chỉ chiếm một phần r ất nhỏ (dưới 1/100.000). Hơnnữa, sự phân bố nướ c ngọt lại không đều theo thờ i gian và không gian càngkhiến cho nướ c tr ở thành một dạng tài nguyên đặc biệt, cần phải đượ c bảo vệ và sử dụng hợ p lý.

Nguy cơ ô nhiễm nướ c hiện nay đang diễn ra theo quy mô toàn cầu. Sự ô nhiễm nướ c có thể có nguồn gốc tự nhiên hay nhân tạo, tùy thuộc vào địahình và điều kiện xung quanh mà mức độ ô nhiễm và thành phần ô nhiễm các

nguồn nướ c khác nhau.Một trong những vấn đề ô nhiễm nướ c chính là ô nhiễm N. Lượ ng

nướ c thải giàu N thải ra môi trườ ng ngày càng nhiều, chủ yếu từ các nguồnthải sau:

1.2.1. Nướ c th ải sinh ho ạt





Thành phần nitơ trong thức ăn của người và động vật nói chung chỉ được cơ thể hấ p thu một phần, phần còn lại đượ c thải ra dướ i dạng chất r ắn

(phân) và các chất bài tiết khác (nướ c tiểu, mồ hôi). Hợ p chất nitơ trong nướ cthải sinh hoạt là các hợ p chất amoniac, protein, peptid, axit amin, amin cũngnhư các thành phần khác trong chất thải r ắn và lỏng. Mỗi ngườ i hàng ngàytiêu thụ 5 - 16 g nitơ dướ i dạng protein và thải ra khoảng 30% trong số đó.Các hợ p chất chứa nitơ, đặc biệt là protein, và urin trong nướ c tiểu bị thuỷ phân r ất nhanh tạo thành amoni/amoniac (NH4+/NH3).

Trong nướ c thải sinh hoạt, nitrat và nitrit có hàm lượ ng r ất thấ p dolượ ng ôxi hoà tan và mật độ vi sinh tự dưỡ ng (tập đoàn vi sinh có khả năngoxy hoá amoni) thấ p. Thành phần amoni chiếm 60 -80% hàm lượng nitơ tổngtrong nướ c thải sinh hoạt [1]. 1.2.2. Nướ c th ải công nghi ệp

Ô nhiễm do hợ p chất nitơ từ sản xuất công nghiệ p liên quan chủ yếu tớ ichế biến thực phẩm, sản xuất phân bón hay trong một số ngành nghề đặc biệtnhư chế biến mủ cao su, chế biến tơ tằm, thuộc da, mạ điện.

Nồng độ hợ p chất nitơ trong nướ c thải công nghiệ p biến động r ất mạnh,không chỉ theo mùa vụ mà cả trong từng ngày, nhất là đối với các cơ sở chế biến thực phẩm sản xuất đồng thờ i nhiều loại sản phẩm. Do vậy, các số liệu phân tích về ô nhiễm nói chung hay về nitơ nói riêng chỉ mang tính chất kháiquát, không thể sử dụng tr ực tiế p làm số liệu cho tính toán thiết k ế hệ thống

xử lý. Để có số liệu thiết k ế, cách duy nhất cần thực hiện là đánh giá tại chỗ,thu thậ p số liệu mang tính đại diện [1]. 1.2.3. Ngu ồn th ải t ừ nông nghi ệp, chăn nuôi

Canh tác nông nghiệ p về nguyên tắc phải bón phân đạm và lân cho câytr ồng vì các yếu tố trên thiếu trong đất tr ồng tr ọt. Trong r ất nhiều trườ ng hợ p,ngườ i ta còn sử dụng nguồn nướ c thải để tướ i nhằm tận dụng lượ ng hợ p chất





nitơ trong đó để làm phân bón cho cây tr ồng. Tuy nhiên, lượ ng phân bón màcây tr ồng không hấp thu đượ c do nhiều nguyên nhân: phân huỷ, r ửa trôi (phân

đạm urê, phân lân, phân tổng hợ p NPK) hoặc do tạo thành dạng không tan,nhất thờ i cây tr ồng không thể hấp thu đối vớ i phân lân. Có số liệu cho thấy phân urê khi bón cho lúa nướ c có thể bị mất mát tớ i 30 - 40% do bị r ửa trôi,thấm vào đất hay bị phân huỷ ngoài môi trườ ng.

Nguồn nướ c thải phát sinh dochăn nuôi gia cầm, gia súc có lưu lượ ngnhỏ hơn so với nướ c sinh hoạt, chủ yếu là nướ c tắm r ửa và vệ sinh chuồngtr ại. Nướ c thải từ chuồng tr ại chăn nuôi chứa một lượ ng chất r ắn không tanlớn: phân, rác rưởi, bùn đất, thức ăn thừa rơi vãi, các hợ p chất hữu cơ chứanitơ, phôtpho đượ c chiết ra từ các chất thải r ắn khi gặp nướ c. Nồng độ các tạ pchất trong nướ c thải chuồng tr ại cao hơn từ 50 - 150 lần so vớ i mức độ ônhiễm của nướ c thải đô thị, nồng độ hợ p chất nitơ (TKN) nằm trong khoảng1.500 - 15.200 mg N/L [1]. 1.2.4. Nướ c r ỉ rác

Rác thải sinh hoạt từ các đô thị, thành phố có khối lượ ng khá lớ n. Tạicác thành phố lớ nở Việt Nam, lượ ng rác thải bình quân tính theo đầu ngườ i là0,6 -0,8 kg/ngườ i/ngày. Thành phần chủ yếu của rác thải là chất hữu cơ (rau,quả, thực vật...) nhưng một lượng đáng kể các tạ p chất vô cơ : gạch, sợ i, xỉ than, sành, sứ, thuỷ tinh và đặc biệt là polyme phế thải (bao bì) cũng thườ ngcó mặt.

Rác đượ c chôn lấp trong các bãi không đượ c che phủ vớ i diện tích khálớ n, ví dụ bãi rác Nam Sơn, Sóc Sơn, Hà Nội có diện tích tớ i 83 ha. Các bãichôn lấ p rác phát sinh một lượ ng lớn nướ c thải do nước mưa, nướ c ngầmhoặc nướ c bề mặt thấm vào và chính do độ ẩm của rác thải.

Amoniac chiếm 70 - 80% của tổng nitơ và dao động trong khoảng lớ n,từ 40 mg/lđến 1.600 mg/l tuỳ thuộc vào thời điểm và vị trí lấy mẫu.





So vớ i các loại nướ c thải khác, độ dao động của các đặc trưng ô nhiễmr ất lớn do điều kiện thờ i tiết và mức độ phân huỷ tại thời điểm đánh giá [1].

1.3. Tác hại của hợ p chất nitơ Các hợ p chất nitơ khi ở liều lượ ng thích hợ p là các hợ p chất dinhdưỡ ng cần thiết của cây tr ồng, thực vật, thủy sinh vật. Nếu thiếu các hợ p chấtnày, cây và thủy sinh vật sẽ phát triển chậm. Tuy nhiên, nếu các hợ p chất nàycó hàm lượ ng lớn, vượt quá ngưỡ ng cho phép sẽ gây ra tác hại. Những tác hạinày thể hiện trên hai mặt cơ bản: tác hại đối vớ i sức khỏe cộng đồng và táchại đối với môi trườ ng.

1.3.1. Tác h ại c ủa h ợ p ch ất nitơ đố i v ớ i s ứ c kh ỏe c ộng đồng

Đối vớ i sức khoẻ, nitơ tồn tại trong nướ c thải có thể gây hiệu ứng về môi trườ ng. Sự có mặt của nitơ trong nướ c thải có thể gây ra nhiều ảnh hưở ngxấu đến hệ sinh thái và sức khoẻ cộng đồng. Nướ c thải chứa nhiều amoniaccó thể gây độc cho cá và hệ động vật thuỷ sinh, làm giảm lượ ng ôxi hoà tantrong nước. Khi hàm lượng nitơ trong nướ c cao cộng thêm hàm lượ ng phôtpho có thể gây phú dưỡ ng nguồn tiế p nhận làm nướ c có màu và mùi khóchịu, đặc biệt là lượng ôxi hoà tan trong nướ c giảm mạnh gây ngạt cho cá vàhệ sinh vật trong hồ.

Khi xử lý không tốt hợ p chất nitơ trong nướ c thải, hợ p chất nitơ có thể đi vào trong chuỗi thức ăn hay trong nướ c cấ p và gây nên một số bệnh nguyhiểm. Nitrat tạo chứng thiếu vitamin và có thể k ết hợ p với các amin để tạo

thành các nitrosamin là nguyên nhân gây ung thư ở ngườ i cao tuổi. Tr ẻ sơsinh đặc biệt nhạy cảm vớ i nitrat lọt vào sữa mẹ, hoặc qua nước dùng để phasữa. Khi lọt vào cơ thể, nitrat chuyển hóa thành nitrit nhờ vi khuẩn đườ ngruột. Nitrit còn nguy hiểm hơn nitrat đối vớ i sức khỏe con ngườ i. Khi tácdụng vớ i các amin hay alkyl cacbonat trongcơ thể ngườ i, chúng có thể tạothành các hợ p chất chứa nitơ gây ung thư. Trong cơ thể, nitrit có thể ôxi hoá





sắt (II) ngăn cản quá trình hình thành Hb làm giảm lượ ng oxi trong máu cóthể gây ngạt, nôn; khi nồng độ cao có thể dẫn đến tử vong [1,8].

1.3.2. Tác h ại c ủa ô nhi ễm nitơ đố i v ới môi trườ ng Nitơ trong nướ c thải cao chảy vào sông, hồ làm tăng hàm lượ ng chất

dinh dưỡ ng. Do vậy, nó gây ra sự phát triển mạnh mẽ của các loại thực vật phù du như rêu, tảo gây tình tr ạng thiếu ôxi trong nướ c, phá vỡ chuỗi thức ăn,giảm chất lượng nướ c, phá hoại môi trườ ng trong sạch của thủy vực, sản sinhnhiều chất độc trong nước như NH4

+, H2S, CO2, CH4... tiêu diệt nhiều loạisinh vật có ích trong nướ c. Hiện tượng đó gọi là phú dưỡ ng nguồn nướ c. Hiệnnay, phú dưỡng thườ ng gặ p trong các hồ đô thị, các sông và kênh dẫn nướ cthải. Đặc biệt là tại khu vực Hà Nội, sông Sét, sông Lừ, sông Tô Lịch đều cómàu xanh đen hoặc đen, có mùi hôi thối do thoát khí H2S. Hiện tượ ng này tácđộng tiêu cực tớ i hoạt động sống của dân cư đô thị, làm biến đổi hệ sinh tháicủa nướ c hồ, tăng thêm mức độ ô nhiễm không khí của khu dân cư [1,8]. 1.4.Các phƣơng pháp xử lý N trong nƣớ c thải

Trong nướ c thải, ô nhiễm nitơ hòa tan tồn tại ở dạng vô cơ như amoni,nitrit, nitrat. Dạng amoni là chủ yếu.

Nhiều phương pháp xử lý nitơ trong nướ c thải đã đượ c nghiên cứu vàđưa vào vận hành, trong đó có cả các phương pháp hoá học, sinh học, vật lý... Nhưng phần lớn chúng đều chưa đưa ra đượ c một mô hình xử lý nitơ chuẩnđể có thể áp dụng trên một phạm vi r ộng.

Có bốn phương pháp xử lý amoni trong nước đang đượ c ứng dụng hiệnnay là phương pháp cơ học (phương pháp thổi khí), phương pháp oxy hoá(phương pháp clo hoá tại điểm gẫy), phương pháp vi sinh, và phương pháptrao đổi ion.





1.4.1 . Phương pháp cơ học Nguyên tắc của phương pháp này là giải hấ p thụ amoni. Trong môi

trường nướ c, amoni có thể tồn tại ở dạng trung hoà NH3 hoặc dạng ion NH4

+

.Tỉ lệ NH3/NH4+ trong nướ c phụ thuộc vào giá tr ị pH và nhiệt độ của nướ c.

Điểm pK a của chúng là 9,3. Tại pH = 7 thì NH4+ chiếm xấ p xỉ 100% và tại pH= 11 thì NH3 chiếm xấ p xỉ 100%. Nướ c mặt thông thườ ng có pH = 5-9 nêndạng tồn tại chủ yếu là NH4

+. Mặt khác,ở dạng tồn tại NH3 có khả năng bốchơi. Do đó, sục khí trong điều kiện pH cao từ 11-12 là một cách loại bỏ amoniở nồng độ cao. Trướ c tiên, phải tăng pH của dung dịch sau đó sục khí với lưulượ ng khí khoảng 3.000 m3 khí/m3 nướ c ở 25oC [1, 15].

1.4.2. Phương pháp oxi hoá

Clo và các hợ p chất clo như clo đioxit, NaOCl, Ca(OCl)2, các hợ p chấtcloamin đều có khả năng oxy hoá amoni thành các sản phẩm nitrit, nitrat hoặc N2. Trong môi trường nướ c, clo và các hợ p chất clo trên đều tạo ra ion ClO-.Clo trong ion ClO- có số oxihoá +1, còn đượ c gọi là clo hoạt tính sẽ phảnứngvớ i amoni [4]. Tuỳ thuộc vào tỷ lệ giữa clo và amoni mà tạo ra các sản phẩmkhác nhau do phảnứng xảy ra theo từng bậc:

NH4+ + HOCl→ NH2Cl + H2O + H+

NH2Cl + HOCl→ NHCl2 + H2O NHCl2 + HOCl→ NCl3 + H2O

Nếu Cl/NH3 < 4 theo nồng độ khối lượ ng, sản phẩm chủ yếu là

monocloamin. Nếu Cl/NH3 > 4 thì tạo ra các sản phẩm là đicloamin vàtricloamin. Khi Cl/NH3 đạt giá tr ị 7,6 thì N2 đượ c tạo thành:

2NH4+ + 3HOCl→ N2 + 5Cl- + 3H2O

Khi tỉ lệ đó vượ t quá 7,6 thì toàn bộ các dạng cloamin đều bị chuyểnhoá hết. Clo nằm trong các hợ p chất cloamin đượ c gọi là clo liên k ết. Lượ ng





clo dư sẽ tồn tại ở dạng tự do. Tại điểm gãy, điểm nằm giữa dạng clo tự do vàdạng clo liên k ết, amoni sẽ chuyển hoá thành nitơ.

Trong thực tế để chuyển hoá 1g NH4

+

thành khí N2 phải cần tớ i 8 – 10gclo. Phản ứng clo hoá xảy ra nhanh nhưng do lượ ng clo sử dụng r ất lớ n nênnước sau đó có mùi khó chịu và nếu trong nướ c có chất hữu cơ thì sẽ xảy racác phản ứng phụ hình thành hợ p chất cơ -clo. Đây là chất có tiềm năng gâyung thư và là một trong những chất khó xử lý k ể cả phương pháp hấ p phụ bằng than hoạt tính.

Vì vậy phương pháp loại bỏ amoni qua phản ứng clo hoá tại điểm gãychỉ có thể sử dụng khi nướ c cần xử lý chứa ít hữu cơ và hàm lượ ng amonithấ p.

1.4.3. Phương pháp trao đổ i ion

Trao đổi ion là phương pháp sử dụng tr ực tiế p các chất trao đổi ion để tách ion NH4

+ ra khỏi môi trường nướ c theo phảnứng:R-Na + NH4

+ → R-NH4 + Na+ Giống như mọi quá trình trao đổi ion, amoniac chỉ có thể trao đổi khi

tồn tại ở dạng NH4+ và tuân theo qui luật trao đổi ion. Khi chất trao đổi ion đã

bão hoà amoni thì có thể sử dụng lại bằng cách tái sinh, tức là đưa nó về dạng ban đầu bằng cách cho tiế p lại vớ i dung dịch NaCl. Chất trao đổi ion có độ chọn lọc cao với amoni là zeolit, đặc biệt là clinoptilolit có dung lượ ng traođổi ion 1,0 -2,7 đl/kg, tương ứng vớ i 14 - 32 g NH4

+/kg. Tuy vậy, dung lượ ng

hoạt động của nó trong thực tiễn ít khi vượ t quá 50% của dung lượ ng tổng,thườ ng là 1 - 7 g/kg do khi gần bão hoà amoni lại bị chiết ra ngoài dung dịch.Khả năng sử dụng loại zeolit này vẫn chưa thể áp dụng nhiều trong thực tiễndo chưa tìm được các phương pháp tái sinh thích hợ p.Ở nhiều quốc gia do cónhiều nguồn zeolit tự nhiên, giá thành r ẻ có thể sử dụng để xử lý amoni [15].Sử dụng phương pháp trao đổi ion để xử lý nướ c thải bậc 3 ít thích hợ p vì





trong nướ c thải còn chứa nhiều hóa chất, vi sinh vật có khả năng phá hủy chấttrao đổi ion [4].

1.4.4. Phương pháp vi sinh Phương pháp vi sinh là phương pháp khá thông dụng xử lý amoni trongnướ c thải. Phương pháp xử lý truyền thống bao gồm hai giai đoạn: oxi hóaamoni thành nitrat và khử nitrat thành khí nitơ.

Oxy hóa amoni thành nitrat tr ải qua hai giai đoạn nhờ các chủng loại visinh tự dưỡ ng sử dụng nguồn cacbon vô cơ (bicacbonat), amoni, phôtphat để xây dựng tế bào. Để có năng lượ ng duy trì các loại vi sinh tự dưỡ ng tiến hànhoxi hóa amoni thành nitrat ( Nitrosomonas) và oxi hóa nitrit thành nitrat( Nitrobacter ) theo các phảnứng:

NH4+ + 1,5 O2 NO2

- + 2H+ + H2O NO2

- + 0,5 O2 NO3-

Để oxy hóa 1 mol NH4+ cần 2 mol O2 và sinh ra 2 mol H+ nên ngoài nguồncacbon vô cơ, chúng cần đượ c cung cấ p O2 và kiềm vớ i mức 4,57 g O2, 7,14 g

kiềm CaCO3/g NH4+ đượ c oxy hóa. Khử nitrat thành khí nitơ đượ c thực hiệnnhờ loại vi sinh dị dưỡ ng sử dụng cacbon hữu cơ trong điều kiện không cómặt O2 theo phảnứng:

NO3- + chất hữu cơ N2 + CO2 + H2O + OH-

OH- + CO2 HCO3-

Để khử 1 g nitrat cần 2,2 - 10,2 g COD và sinh ra 3,75 mg kiềm CaCO3/l.

Phương pháp vi sinh là phương pháp xử lý tiên tiến, có hiệu quả và đã đượ ctiêu chuẩn hóa để xử lý amoni trong nướ c thải.1.5. Phƣơng pháp nitơ hóa bằng vi sinh tự dƣỡ ng có sử dụng vật liệucomposit trên cơ sở lƣu huỳnh : đá vôi1.5.1. Nitơ hóa bằng vi sinh t ự dưỡ ng





Phương pháp này dựa vào đặc điểm của vi khuẩn tự dưỡ ng(autotrophic denitrification) khác so vớ i vi khuẩn dị dưỡ ng (herototrophic

denitrification). Trướ c hết, vi khuẩn tự dưỡ ng không cần nguồn cacbon hữucơ (như metanol, etanol) mà chỉ cần nguồn cacbon có sẵn và r ẻ tiền. Hơn nữa,vi khuẩn tự dưỡ ng là chủng vi sinh vật phát triển chậm, nên có thể giảm chi phí xử lý bùn.

Sử dụng các chất khử như hiđro (H2), lưu huỳnh (S) làm chất cho điệntử. Hiđro ít đượ c lựa chọn vì khả năng hòa tan vào nướ c thấ p và giá thànhđiều chế cao. Do vậy, theo xu hướ ng hiện nay, người ta đi sâu vào nghiên cứusử dụng lưu huỳnh:

2NO3- + 0,167S +0,0667H2O → 0,1N2 + 0,167SO4

2- + 0,133H+ NO3

- + 1,1S + 0,4 CO2 + 0,76 H2O + 0,08NO4+ → 0,5N2 + 1,1 SO4

2- + 1,28H+ + 0,08C5H7O2 N

Sử dụng phương pháp này cần cung cấp độ kiềm để duy trì pH nằm trongkhoảng 6,8 – 8,2, đây là pH tối ưu cho quá trình khử nitrat tự dưỡ ng. Thôngthường, đá vôi đượ c lựa chọn vớ i hai tác dụng: thứ nhất là đệm pH trong cột(bể) phảnứng tại pH thích hợ p, thứ hai cung cấ p nguồn cacbon vô cơ cho sinhvật phát triển. Tuy nhiên, phương pháp này cũng gặ p tr ở ngại do tỷ lệ phântách của đá vôi là khó điều chỉnh, từ đó làm giảm hiệu quả của quá trình. Hơnnữa, việc cung cấ p riêng biệt viên lưu huỳnh và đá vôi vào cột xử lý sẽ gâykhó khăn trong việc tạo ra sự phân bố đồng đều của các thành phần trong cột

[5,8].





1.5.2. Quá tr ình kh ử ni trat vàv ật l i ệu composit Quá trình khử nitrat

Nitrat - sản phẩm cuối cùng của quá trình ôxi hóa amoni chưa đượ cxem là bền vững vàảnh hưở ng xấu đến môi trườ ng nên cần đượ c tiế p tụcchuyển hóa về dạng khí nitơ, tức là thực hiện một quá trình khử hóa học,chuyển hóa tr ị của nitơ từ +5 (NO3

-) về hóa tr ị 0 (N2).Quá trình khử nitrat thườ ng là khử nitrat yếm khí. Tuy nhiên, diễn biến

quá trình sinh hóa không phải là quá trsao vâyình lên men yếm khí mà giốngquá trình hô hấ p hiếu khí nhưng thay vì sử dụng ôxi, vi sinh vật sử dụngnitrat, nitrit khi môi trườ ng không có ôxi cho chúng. Vì vậy, quá trình khử nitrat xảy ra chỉ trong điều kiện thiếu khí ôxi và cần có chất khử (nitrat là chấtoxi hóa), chất khử có thể là chất hữu cơ hoặc vô cơ như H2, S, Fe2+. Do cónhững ưu điểm và tính chất phù hợ p, chất khử đượ c chọn cho quá trìnhnghiên cứu là lưu huỳnh dướ i dạng vật liệu composit [1,5].

Vi sinh vật thực hiện quá trình khử trên có tên chung là Denitrifier , baogồm ít nhất là 14 loại vi sinh vật, ví dụ Bacillus, Pseudomonas, Methanomonas, Thiobacillus,...Phần lớ n vi sinh vật nhóm Denitrifier thuộcloại dị dưỡ ng, sử dụng nguồn cacbon hữu cơ để xây dựng tế bào ngoài phầnsử dụng cho phản ứng khử nitrat. Tuy nhiên,Thiobacillus Denitrificant đượ c biết đến là vi sinh tự dưỡ ng, sử dụng lưu huỳnh làm chất khử để sản xuấtnăng lượ ng và sử dụng nguồn cacbon vô cơ (CO2, HCO3

-) để xây dựng tế bào

[1,6].Quá trình khử nitrat xảy ra theo bốn bậc liên tiế p nhau vớ i mức độ giảm

hóa tr ị của nguyên tố nitơ từ +5 về +3, +2, +1 và 0:

NO3- NO2

- NO (khí) N2O (khí) N2 (khí)





V ật liệu composit Vật liệu composit là vật liệu đượ c chế tạo tổng hợ p từ hai hay nhiều vật

liệu khác nhau nhằm mục đích tạo ra một vật liệu mới có tính năng ưu việthơn hẳn vật liệu ban đầu. Vật liệu compositđượ c cấu tạo từ các thành phầnnhằm đảm bảo cho compositcó được các đặc tính cơ học cần thiết và vật liệunền giúp cho các thành phần của composit liên k ết, làm việc hài hoà vớ inhau.

Tính ưu việt của vật liệu composit là khả năng chế tạo từ vật liệu nàythành các k ết cấu sản phẩm theo những yêu cầu k ỹ thuật khác nhaunhưmongmuốn. Các thành phần cốt của compositcó độ cứng, độ bền cơ học cao, vậtliệu nền luôn đảm bảo cho các thành phần liên k ết hài hoà tạo nên các k ết cấucó khả năng chịu nhiệt và chịu sự ăn mòn của vật liệu trong điều kiện khắcnghiệt của môi trườ ng. Khi chế tạo ở một nhiệt độ và áp suất nhất định, dễ vận dụng đượ c các thủ pháp công nghệ, thuận lợ i cho quá trình sản xuất.Đá SC là vật liệu compositđượ c tạo nên từ 2 chất nền là lưu huỳnh và đá vôi. Việc sử dụng viên đá SC này sẽ làm tăng tính hoạt động của vi sinh vật do cả hai nguồn cacbon (CaCO3) và điện tử (So) đượ c phân bố đều trong thiết bị phản ứng. Đồng thờ i, cấu tạo xố p của vật liệu tạo nên giá đỡ cho vi sinh vật.Quan tr ọng nhất là việc điều chỉnh một trong những thông số quan tr ọng là tỷ lệ đá vôi – lưu huỳnh thích hợ p nhất cho quá trình [7].1.6. Các công trình nghiên cứu nitơ hóa bằng vi sinh vật tự dƣỡ ng

Vào những năm cuối của thậ p k ỷ 80, các nhà khoa học đã phát hiện raquá trình nitơ hóa. Nhưng người đầu tiên phát hiện ra quá trình nitơ hóa tự dưỡ ng là Sergei Nikolaievich Winogradsky (hay Vinogradskii;tiếng Nga: Сергей Николаевич Виноградский) (1 tháng 11, 1856- 25 tháng 2, 1953) làmột nhà vi sinh học, sinh thái học, khoa học đất Nga.

http://vi.wikipedia.org/wiki/Ti%E1%BA%BFng_Nga



http://vi.wikipedia.org/w/index.php?title=Nh%C3%A0_vi_sinh_h%E1%BB%8Dc&action=edit&redlink=1



http://vi.wikipedia.org/wiki/Sinh_th%C3%A1i_h%E1%BB%8Dc



http://vi.wikipedia.org/wiki/Khoa_h%E1%BB%8Dc_%C4%91%E1%BA%A5t



http://vi.wikipedia.org/wiki/Nga

http://vi.wikipedia.org/wiki/Nga









Sau đó,các công trình nghiên cứu về quá trình nitơ hóa ngày càngnhiều. Và ngườ i ta bắt đầuứng dụng quá trình này vào việc xử lý nướ c thải.

Trên th ế gi ớ iMột loạt các công trình nghiên cứu điển hình trên thế giớ i về vấn đề

này như: Theo một công trình nghiên cứu về quá trình nitơ hóa tự dưỡ ng và loại

bỏ phôtphat trong nướ c thải công - nông nghiệ p bằng phương pháp lọc sử d ụng vật liệu d ạng hạt kích thướ c trung bình ( Autotrophic denitrification andchemical phosphate removal of agro-industrial wastewater by filtration with granular medium) của nhóm các tác giả Yasuo Tanaka, Atsushi Yatagai,Hiroshi Masujima, Miyoko Waki, Hiroshi Yokoyamađã chỉ ra r ằng khi sử dụng các hạt vật liệu (đườ ng kính 1,5 - 5,0mm) cấu tạo bên trong lõi là đá trơ bao phủ bề mặt bên ngoài là lớ p hoạt động chứa S, CaCO3 và Mg(OH)2 để xử lý nướ c thải công - nông nghiệ p. Hiệu quả xử lý của vật liệu này vớ i các hệ vật liệu nhồi hoạt động ngượ c dòng xử lý nướ c thải chăn nuôi lợ n. Vớ i haidạng hệ: một hệ phản ứng ngượ c dòng sử dụng bùn yếm khí và một hệ lọcnhỏ giọt. Hiệu quả loại bỏ NOx

-- N là hơn 70% vớ i tải lượ ng NOx--N xấ p xỉ

0,3 kg N.m-3d-1; hiệu quả loại bỏ giảm vì khả năng tích lũy nitritkhi tải lượ ngvượ t quá giá tr ị này. Hiệu quả loại bỏ amoni trung bình là 12,4%. Những k ếtquả này chỉ ra r ằng vật liệu này r ất hữu hiệu để xử lý nướ c thải công - nôngnghiệ p.

D.G.Lampe (thuộc Sở Xây dựng) và T.C. Zhang (thuộc Đại học Nebraska-Lincoln tại Omaha - Mỹ) công bố nghiên cứu đánh giá khả năngnitơ hóa tự dưỡ ng sử d ụng S ( Evaluation of Sulfur - based autotrophicdenitrification). K ết quả nghiên cứu chỉ ra r ằng quá trình nitơ hóa sử dụng visinh tự dưỡng như nhóm vi khuẩn Thiobacillus và Thiomicrospira khử nitratvề khí nitơ. Bằng cách tiến hành các thí nghiệm gián đoạn để đánh giá quá





trình nitơ hóa tự dưỡ ng sử dụng S. Mục đích của nghiên cứu này nhằm đạtđượ c 3 vấn đề:

- Khởi động và hoạt động một hệ CSTR để cung cấ p các nguồn vikhuẩn tự dưỡ ng.- Tỷ lệ tối ưu S/CaCO3 đối với nướ c ngầm ô nhiễm nitrat có tải lượ ng

khác nhau.- Khắc phục hậu quả tạ chỗ các hệ thống hồ bị ô nhiễm nặng nitrat bằng

cách áp dụng quá trình này.Bốn hệ thí nghiệm riêng biệt vớ i các tỷ lệ S/ CaCO3 là 1:3, 1:1, 3:1. Nồng

độ ban đầu của NO3- là 35mg/l. K ết quả chỉ ra r ằng tỷ lệ 3:1 là tỷ lệ tối ưu và

đá vôi đóng vai trò chất đảm bảo tính đệm. Tốc độ loại bỏ NO3-- N đạt đượ c là

17,8 mg/l/giờ . Trong các hệ hồ, nghiên cứu cho thấy trong lớ p tr ầm tích xảyra quá trìnhnitơ hóa ở cả hai điều kiện hiếu khí và thiếu khí. Việc bổ sung Svà CaCO3 tăng cườ ng tốc độ khử nitrat trong hệ thống.

Nghiên cứ u về quá trình nitơ hóa tự dưỡ ng vớ i S:CaCO3 cho việc xử lýnướ c bị ô nhiễ m nitrat: các thí nghiệm gián đoạn (Sulfur: limestoneautotrophic denitrification processes for treatment of nitrate - contaminatedwater: batch experiments) của Tian C. Zhang thuộc khoa k ỹ thuật xây dựng,trường đại học Nebraska - Lincoln, Mỹ đã chỉ ra r ằng một quá trình sáng tạoáp dụng quá trình nitơ hóa tự dưỡ ng sử dụng S: CaCO3 (SLAD)đưa ra để xử lý nướ c mặt bị ô nhiễm nitrat và nướ c thải. Tính khả thi của quá trình SLAD

được đánh giá thông qua sử dụng một loạt hệ phản ứng gián đoạn quy mô phòng thí nghiệm hoạt động cả trong điều kiện hiếu khí và k ỵ khí. Hệ phảnứng cho thấy quá trình khử nitrat tự dưỡ ng xảy raở cả hai điều kiện hiếu khívà k ỵ khí ở cả điều kiện nồng độ nitrat ban đầu cao (khoảng 300 - 500 mg NO3

-) hay nồng độ nitrat ban đầu thấ p (khoảng 30 mg NO3-). Đá vôi có vai trò

điều khiển pH trong hệ phản ứng. Hiệu quả loại bỏ nitrat, sản phẩm sunphat





và sự tích lũy sinh khối sinh học trong hệ hiếu khí thường cao hơn hệ k ỵ khí.Quá trình SLAD có thể thay thế cho quá trình khử nitrat dị dưỡ ng trong hệ

thống hồ như các hệ đất ngập nướ c hoặc ao hồ ổn định vì thực tế trong các hệ này phù hợ p vớ i quá trình SLAD không cần nguồn C hữu cơ và hơn nữa cácvi sinh vật tự dưỡ ng tồn tại phổ biến trong tr ầm tích và đất [13].

Nghiên cứ u về ảnh hưở ng của các thành phần nề n hoạt động và cácchấ t ô nhiễ m bên ngoàilên quá trình nitơ hóa tự dưỡ ng sử d ụng S ( Effect ofreactive media composition and co-contaminants on sulfur-based autotrophicdenitrification) của nhóm tác giả Hee Sun Moon, Kyoungphile Nam, JaeYoung Kim thuộc trường đại học Seoul, Hàn Quốc. Nghiên cứu này là một phần của dự án phát triển hệ thống sử dụng chất mang hoạt động có bản chấtsinh học để xử lý nướ c ngầm ô nhiễm nitrat,đánh giácác ảnh hưở ng củathành phần nền và chất ô nhiễm bên ngoài lên quá trình nitơ hóa tự dưỡ ng.Kích thướ c của viên Sảnh hưở ng tớ i tốc độ quá trình nitơ hóa. Khi kích thướ ccủa viên là <2mm, từ 2 - 5mm, và >5mm thì hằng số động học tương ứng là2,883; 2,949 và 0,677 mg - N1/2/L1/2/ngày. Sự có mặt của TCEở nồng độ lêntớ i 20 mg/l khôngảnh hưở ng tớ i khả năng loại bỏ nitrat. Khi TCE = 80 mg/l,khả năng loại bỏ nitrat bị ức chế. Tương tự, Zn và Cu cũng ức chế khả năngkhử nitrat khi nồng độ đạt trên 0,5 mg/l, trong khi Cr(VI) không thấy có dấuhiệuảnh hưở ng tớ i khả năng loại bỏ nitratở tất cả các mức thí nghiệm.

Ngoài ra, hiện nay còn có r ất nhiều các công trình nghiên cứu về quá

trình nàynhư : Ảnh hưở ng của các chấ t hữu cơ lên quá trình khử nitrat t ự dưỡ ng sử d ụng chấ t khử S dưới các điề u kiện hỗ n hợ p ( Effect of organics on sulfur-utilizing autotrophic denitrification under mixotrophic conditions) củaViện Khoa học và Công nghệ Kwangju, Nam Hàn Quốc; Dự án Quản lý pháttriển quá trình nitơ hóa tự dưỡ ng sử d ụng S-CaCO3 để xử lý nướ c ng ầm ônhiễ m nitrat trong một số cộng đồng nhỏ ( Development of Sulfur - Limestone





autotrophic denitrification processes for treatment of nitrate - contaminated groundwater in small communities) năm 2006 của Trung tâm Hỗ tr ợ công

nghệ Trung Đông, Illinois, Mỹ [14]; Nghiên cứ u của E. L. Lopez-Luna, S. J. Ergas và S. Sengupta của trường đại học Massachusetts, M ỹ về quá trình oxihóa S t ự dưỡ ng nhằ m loại bỏ TN áp d ụng vớ i các hệ thố ng xử lý nướ c thải t ạichỗ ( Autotrophic Sulfur oxidizing denitrification for total nitrogen removal inonsite wastewater treatment systems),…

T ại Vi ệt Nam Hiện nay, tại nước ta chưa có các nghiên cứu nào công bố nghiên cứu

về quá trình nitơ hóa tự dưỡ ng sử dụng các viên S: CaCO3. Việc đánh giá,nghiên cứu ứng dụng viên đá S: CaCO3 cho quá trình khử nitrat nói riêng vàxử lý nitơ hòa tan nói chung trong điều kiện Việt Nam là r ất cần thiết.





Chƣơng 2- ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨ U2.1. Đối tƣợ ng nghiên cứ u

- Đá lưu huỳnh -đá vôi (SC)- Nguồn vi sinh vật: bùn sông Tô Lịch và bùn hoạt tính lấy từ hệ thốngxử lý nướ c thải của nhà máy Bia Ha Đô (Hà Đông- Hà Nội).

- Nướ c thải: nướ c thải nhân tạo và nướ c thải mạ điện của công ty Cổ phần Xuân Hòa.2.2. Phƣơng pháp nghiên cứ u

- Phương pháp thu thậ p tài liệu và tổng hợ p tài liệu về các vấn đề liênquan đến nội dung nghiên cứu nói chung và tài liệu về các phương pháp xử lýnitơ, cụ thể là quá trình khử nitrat nói riêng từ các bài báo, tạp chí nướ c ngoài,các báo cáo nghiên cứu về vấn đề liên quan đến xử lý các hợ p chất nitơ hòatan trong nướ c thải, các sách trong nướ c viết về xử lý nướ c thải, nguồninternet.

- Tối ưu hóa quá trình nghiên cứu bằng việc thử nghiệm song songcùng một lúc nhiều hệ thống xử lý trong phòng thí nghiệm với các điều kiệnvận hành khác nhau.

- Sử dụng các phương pháp thực nghiệm, phương pháp phân tích trong phòng thí nghiệm về các thông số khảo sát như NO3-, NH4

+, NO2-, PO4

3-,SO4

2-, độ cứng, độ kiềm,… 2.3. Phƣơng pháp thự c nghiệm

2.3.1 D ụng c ụ, thi ế t b ị vàhóa ch ấ t Dụng cụ - Pipet loại: 1, 5, 10, 25 (ml) và micropipet loại : 1 và 5 (ml);- Cốc thủy tinh có dung tích : 50, 100, 250, 1000 (ml);- Bình định mức có dung tích: 25, 50, 100, 250, 500, 1000 (ml);- Phễu thủy tinh;





- Can nhựa loại 3l, 5l;- Giấy lọc thủy tinh, găng tay.

Thiế t bị - Máy khuấy từ MSH 20 D/MS - MP4, sử dụng trong quá trình pha hóa

chất;

- Cân điện tử 6 số AUM/220 - SHIMMADZU/HR 200: cân hóa chất;

- Máy hút chân không LAB LABOPORT: lọc nướ c thải;- Tủ ấm MENMERT-Đức;- Tủ sấy MENMERT-Đức;- Tủ nung WISETHER DAV;

- Máy đo UV THERMO ELECTRON COVPORATION;





- Máy đo pH THERMO SCIENTIFIC; - Máyđo điện cực amoni THERMO SCIENTIFIC;

- Bơm nhu động

- Một số thiết bị khác H óa ch ấ t- Phân tích NO3-: H2SO4 đặc , HClđặc , NaCl , KNO3, axít sunfanilic ;

- Phân tích NO2-: EDTA, NaC2H3O3.H2O, NaNO2, HCl đặc, -

naphthylamin, axit sulfanilic;- Phân tích các thông số khác: NH4Cl, KH2PO4, (NH4)6Mo7O24.4H2O,..;

- Các hóa chất pha nướ c thải nhân tạo.2.3.2. Phương pháp phân tích

Phương pháp tiến hành thí nghiệm để khảo sát các yếu tố liên quan đến nộidung nghiên cứu.+ Nhóm 1: Phân tích các thông s ố NO 3

- , NO 2 - , PO 4

3- , SO 4 2- b ằng phương

pháp tr ắc quang trên máy đ o UV TH ERMO EL ECTRON COVPORATI ON





Phân tích nitrat (NO3- )- Pha các hóa chất : dung dịch NaCl 30%; dung dịch H2SO4 ( 4 + 1); dung

dịch Brucine; dung dịch KNO3 gốc.- Cách làm : xác định nồng độ NO3- trong mẫu: Lấy 10 ml mẫu (pha loãng

mẫu nếu cần) vào bình 25ml . Lần lượ t cho thêm 2 ml dung dịch NaCl 30%và 10 ml dung dịch H2SO4 (4 + 1) , lắc đều và làm nguội. Thêm 0,5 ml brucine r ồi đun sôi trong 20 phút. Sau khi để nguội, định mức lên 25 ml r ồi đoquangở bước sóng λ = 410 nm.

Phân tích nitrit (NO2- )- Pha hóa chất: dung dịch EDTA; dung dịch α – naphthylamin; dung dịch axítsulfanilic; dung dịch đệm natri axetat; dung dịch NaNO2 gốc.- Cách làm: xác định nồng độ NO2

- trong mẫu: Lấy 25 ml mẫu ( pha loãngmẫu nếu cần). Thêm 0,5 ml EDTA và 0,5 ml axít sulfanilic, để 5 – 10 phút,sau đó thêm 0,5 ml α – naphthylamin và 0.5 ml natri axetat , để 20 – 25 phútr ồi đo quang với bước sóng λ = 520 nm.

Phân tích phôtphat (PO43- )( Phương pháp axit Vanadomolybdophosphoric (P - PO43- < 50 mg/l))- Pha hóa chất: dung dịch Vanadat- Molipđat; dung dịch Phosphat chuẩn 50mg PO4

3- - P/l.- Cách làm: xác định phosphat trong mẫu : lấy 25 ml mẫu, thêm 10 ml dungdịch Vanađat- Molipđat, so màu với mẫu trống (mẫu không có phosphat) ở

bước sóng410 nm. Phân tích sunphat (SO42- )

- Pha hóa chất: dung dịch CR; dung dịch Na2SO4 100 mg SO42-/l.

- Cách làm:xác định SO42- trong mẫu : lấy 25 ml mẫu sau đó thêm 1,25 ml

dung dịch CR. Tr ộn đều và khuấy sau đó thêm 1 thìa BaCl2 tinh thể, đo quangở bướ c sóng 420 nm hoặc đo độ đục vớ i mẫu tr ắng là mẫu không có sunfat.





+ Nhóm 2: Phân tích các thông s ố độ c ứng, độ ki ềm b ằng phương pháp

chu ẩn độ Phân tích độ cứ ng- Pha hóa chất: dung dịch HCl 1N; dung dịch đệm HCl; dung dịch NaOH 1N;

chỉ thị Eriochrome black T; chỉ thị Muexit; dung dịch EDTA. - Cách làm :+) Xác định độ cứng canxi : lấy 50 ml mẫu vào bình tam giác, cho 2 ml NaOH 1N để pH của mẫu trong khoảng 12- 13, cho một ít chỉ thị Murexit,chuẩn bằng EDTA 0,01M tới khi dung dịch chuyển từ đỏ sang tím hoa cà.

Độ cứng Ca =m

V

V 1000EDTA =

50

1000EDTA V = 20 VEDTAmgCaCO3/l.

Phân tích độ kiề m- Pha hóa chất: dung dịch HCl 0,1N; dung dịch HCl 0,02N; dung dịch chỉ thị phenolphthalein; dung dịch chỉ thị metyl da cam.- Cách làm :

- Độ kiềm tự do (P) : lấy 50 ml mẫu, thêm 2 giọt phenolphtalein, nếuxuất hiện màu hồng thì có độ kiềm tự do. Chuẩn vớ i HCl 0,02N tớ i khi hếtmàu.

P =50

5000002,0 HCl

V = 20VHCl mgCaCO3/l.

- Độ kiềm tổng (T) : lấy 50 ml mẫu, thêm 1 giọt metyl da cam. Chuẩn

vớ i HCl 0,02N tớ i khi dung dịch chuyển từ màu vàng sang màu gạch non.

T =50

5000002,0 HCl

V = 20VHCl mgCaCO3/l.

pH lúc chuẩn xong = 4,1 - 4,3.Nhóm 3:Phƣơng pháp phân tích hàm lƣợ ng vi sinh trong bùn+) Giấy lọc thủy tinh được sấy khô trong tủ nung ở 105oC trong 60 phút, lấyra cho vào bình chân không 60 phút rồi cân được khối lượng Mo;





+) Lấy 2 ml bùn lọc qua gấy lọc thủy tinh bằng máy hút chân không, sấy khôở 105oC trong 60 phút, rồi cho vào bình chân không 60 phút, cân được khối

lượ ng M1. Sau đó, tiếp tục cho vào tủ nung ở 550o

C trong vòng 15 phút rồi đểtrong bình chân không 60 phút, cân được khối lượng M2;+) Tính toán:

Hàm lượ ng chất r ắn lơ lững ( SS):

Hàm lượng chất rắn bay hơi (VSS):

2.4. Nghiên cứu các điều kiện tối ƣu cho quá trình xử lýHiện nay, hệ xử lý nướ c thải sử dụng đệm vi sinh đượ c sử dụng r ất

r ộng rãi trong công nghệ xử lý nước, đượ c mô tả trênHình 2.1. Vì hệ này tạora những giá thể giúp vi sinh phát triển và lưu giữ đượ c mật độ vi sinh tronghệ cao hơn so vớ i các hệ khác, dẫn đến khả năng xử lý nước cao hơn.

H ình 2.1.H ệ x ử lý nướ c th ải đệm vi sinh ngượ c dòng

Đối vớ i các thí nghiệm khảo sát trong luận văn, các hệ đượ c vận hànhngược dòng để tăng khả năng tiế p xúc tối đa giữa vi sinh và nướ c thải. Nướ c





thải đượ c cung cấ p từ dướ i lên, qua lớp đệm vi sinh là các viên SC. Nướ c thảiđược lưu một thờ i gian HRT, qua thiết bị thu nướ c (một phần nướ c thải đượ c

bơm tuần hoàn ngượ c tr ở lại). Bên dướ i sử dụng khuấy từ để khuấy tr ộn dòngnướ c thải trong hệ.

2.4.1. Nghiên c ứ u t ỷ l ệ thành ph ần S:CaCO 3 t ối ưu cho quá trình khử

nitr at t ự dưỡ ng (Thí nghi ệm 1)

Trong quá trình xử lý, nếu cung cấ p riêng biệt từng thành phần S vàCaCO3 tạo ra sự phân bố không đồng đều trong thiết bị, đặc biệt là tỷ lệ phântách đá vôi rất khó điều khiển. Vì vậy, cần tìm ra tỷ lệ S: CaCO3 tối ưu để hiệu quả xử lý cao nhất.

Thí nghiệm đượ c bố trí với đá SC có tỷ lệ khối lượ ng (g/g) S: CaCO3 khác nhaunhư sau: 3:2 (ký hiệu là đá SC1); 2:1 (ký hiệu là đá SC2); 3:1 (kýhiệu là đá SC3). Chạy 3 hệ liên tục (có tuần hoàn nướ c) trên 3 loại đá có tỷ lệ như trên. Sơ đồ thí nghiệm nhưtrên Hình 2.2. Khảo sát các thông số pH, NH4

+, NO2-, đặc biệt là thông số NO3

- để đánh giá khả năng xử lý của từngloại đá. Số lần lấy mẫu 1 lần/2 ngày.

H ình 2.2. H ệ thí nghi ệm liên t ục

1.Thùng chứa nướ c thải nhân t ạo; 2.Bơm lưu lượ ng; 3.C ột sinh học -Thiế t bị xử lý có chứ a SC; 4. Bể chứ a trung gian; 5. Bơm tuần hoàn;6. Nước đầu ra

16

3 4

2

5





Nướ c thải nhân tạo từ thùng chứa 1 (thể tích V = 20 lít) qua bơm lưulượ ng 2 (Peristarltic Pump model GT-150D), để điều chỉnh lưu lượ ng r ồi đi

vào cột sinh học 3 có chứa SC (cột đượ c làm từ nhựa PVC đườ ng kính 7cm,cao 29,5cm). Sau khi ra khỏi cột sinh học 3, nướ c thải đi vào bể trung gian 4(thể tích V = 0,5 lít). Tại đây, nướ c thải chia thành 2 phần, 1 phần được bơmtuần hoàn 5 tr ở lại cột sinh học 3 bằng bơm tuần hoàn Atman At-302 có thể điều chỉnh tốc độ, phần còn lại đượ c thải ra ngoài.

K ết quả cần đạt đượ c:+) Tính chất vật lý của đá: pH, khối lượng riêng, độ cứng

Khối lượ ng riêng của đá SC Khối lượ ng riêng của 3 sản phẩm SCđược xác định theo công thức:

ρ = ,

trong đó: ρ – Khối lượ ng riêng vật liệu, g/cm3;M – Khối lượ ng vật liệu, g;

V – Thể tích vật liệu, cm3

. pH và độ cứ ng của đá SC

Tiến hành thí nghiệm như sau: lấy 400mg mỗi loại đá ngâm vào các hệ dạng batch (gián đoạn) với nướ c cất. Đo độ cứng và pH của dung dịch vớ i cácgiá tr ị HRT thay đổi (HRT = 12h, 24h, 36h, 48h, 60h, 72h).

H ình 2.3. H ệ thí nghi ệm gián đoạn





+) Đồ thị biến thiên của các thông số: pH, NH4+, NO2

-, NO3-

2.4.2. Nghiên c ứ u kh ả năng khử nitr at t ự d ưỡ ng c ủa đá SC đố i v ớ i m ột s ố

m ẫ u bùn th ự c t ế (Thí nghi ệm 2)Mục đích: so sánh đượ c khả năng xử lý nitrat đối vớ i hai loại bùn thí

nghiệm (bùn thải sinh hoạt (bùn từ sông Tô Lịch) và bùn hoạt tính tại nhàmáy xử lý nướ c thải (bùn hoạt tính lấy từ hệ thống xử lý nướ c thải của nhàmáy Bia Ha Đô- Hà Đông- Hà Nội)).

Thí nghiệm đượ c tiến hành trên 3 hệ gián đoạn: hệ 1 (100% bùn hoạttính), hệ 2 (50% bùn hoạt tính + 50% bùn sinh hoạt), hệ 3 (100% bùn sinhhoạt) và vật liệu nền là đá SC tối ưu. Khảo sát sự biến thiên NO3

- theo thờ igian.

K ết quả cần đạt đượ c:+) Giá tr ị VSS/SS của 2 loại bùn;+) Đồ thị thể hiện sự biến thiên của nitrat theo thờ i gian.

2.4.3. Nghiên c ứ u ảnh hưở ng c ủa kích thướ c vi ên composit t ớ i hi ệu qu ả

quá trình kh ử nitr at t ự dưỡ ng(Thí nghi ệm 3)

Mục đích tìm ra đượ c dải kích thước đá SC tối ưu cho quá trình xử lý.Thí nghiệm đượ c tiến hành trên 3 hệ gián đoạn vớ i 3 dải kích thướ c

viên SC, mm: > 5; 2 - 5 và < 2 vớ i loại bùn hoạt tính từ nhà máy bia. Thínghiệm đượ c bố trí tươngtự thí nghiệm 2. Khảo sát nồng độ nitrat theo thờ igian thí nghiệm, từ đó đánh giá dải kích thướ c nào là phù hợ p nhất.

K ết quả cần đạt đượ c:+) Mối quan hệ giữa nồng độ nitrat và dải kích thướ c của viên theo thờ i

gian

2.4.4. Nghiên c ứ u ảnh hưở ng c ủa chi ều cao l ớ p v ật li ệu n ền t ớ i quá trình

kh ử nitr at t ự dưỡ ng trên mô hình pi lot (Thí nghi ệm 4)





Thí nghiệm đượ c tiến hành trên thiết bị hình tr ụ ( = 34cm; chiều cao

(h) = 68cm) làm bằng nhựa PVC, đã nạ p vật liệu nhồi là đá SC(Hình 2.4) để

khảo sát khả năng xử lý nitrat tự dưỡ ng theo các chiều cao khác nhau.

H ình 2.4.C ột sinh h ọc trong h ệ thí nghi ệm mô hình pilot

Quá trình vận hành liên tục, mẫu đượ c lấy theo chiều cao của đá SCnạ p trong thiết bị (tại các vị trí cách đáy 20cm; 42cm và đầu ra) để xác địnhcác thông số.Thông số thiết bị Chiều dài

(cm)Chiều r ộng

(cm)Khoảng cách

các điểm lấy mẫu (cm)Vật liệu làm

thiết bị Giá tr ị 68 34 20; 22 Nhựa PVC

K ết quả cần đạt đượ c:+) Mối quan hệ giữa chiều cao thiết bị và biến thiên nồng độ chất ô

nhiễm NO3- theo thờ i gian.

2.4.5. Th ử nghi ệm kh ả năng tách loại đồng th ờ i PO 4 3- , NH 4

+ , Ca 2+ (thí

nghi ệm 5)





Đánh giá khả năng tách loại đồng thờ i PO43-, NH4

+ trên cơ sở của phảnứng tạo k ết tủa CaNH4PO4.6H2O.

Ca2+

+ NH4

+

+ PO4

3-

+ H2O CaNH4PO4.6H2OThí nghiệm đượ c thiết k ế như các phần trước, nhưng khảo sát các thông

số NH4+, Ca2+, PO4

3- để đánh giá khả năng đồng k ết tủa (thí nghiệm đượ c tiếnhành trong các điều kiện khác phải tối ưu đã khảo sát: loại bùn; kích thước đáSC và tỷ lệ S:C).

K ết quả cần đạt đượ c:+) Đồ thị thể hiện sự biến thiên Ca2+, PO

4

3-, NH4

+ theo thờ i gian.2.5. Thử nghiệm với nƣớ c thải thự c tế (Thí nghiệm 6)

Mục đích khảo sát khả năng ứng dụng của quá trình với nướ c thải thựctế (mô hình pilot).

Trên cơ sở vật liệu chế tạo đượ c từ các k ết quả nghiên cứu với nướ cthải nhân tạo tiến hành thử nghiệm với nướ c thải thực tế. Tiến hành thínghiệm trên hai hệ liên tục chạy song song để so sánh k ết quả. Khảo sát thôngsố pH, SO4

2-, NO3-.

K ết quả cần đạt đượ c:+) Xây dựng được đồ thị về biến thiên nồng độ nitrat theo thờ i gian;+) Lượ ng sản phẩm sunphat tạo ra theo thời gian (đánh giá gián tiế p

khả năng xử lý);+) Thông số khác để "quan tr ắc" quá trình xử lý (pH,..).





Chƣơng 3- K ẾT QUẢ NGHIÊN CỨ U VÀ THẢO LUẬN

3.1. Thành phần và tính chất nƣớ c thải

3.1.1. Thành ph ần vàtính ch ất nướ c th ải nhân t ạoThành phần nướ c thải nhân tạo được đưa ra trong cácBảng 3.1 và 3.2

B ảng 3.1. Thành ph ần vi khoáng c ủa nướ c th ải nhân t ạo

Thành phần Hàm lƣợ ng (g/L)EDTACaCl2

CuSO4.5H2OCoCl2.6H2OMnCl2.4H2OZnSO4.7H2OFeSO4.7H2O

0,50000,0554

0,01570,01610,05060,22000,0499

Chuẩ n dung d ịch về pH = 6 bằ ng KOH 1M

B ảng 3.2. Thành ph ần chính c ủa nướ c th ải nhân t ạoThành phần Hàm lƣợ ng (g/L)

Na2S2O3.5H2OKNO3

NH4ClMgCl2.6H2OFeSO4.7H2O NaHCO3 KHPO4

0,201,450,500,500,011,002,00

Vi khoáng : 40ml/1L; Chuẩ n pH = 7,5 bằ ng NaOH 1M





Từ số liệu trong các Bảng 3.1 và 3.2, có thể suy ra, nồng độ các hợ pchất nitơ hòa tan ban đầu tương ứng là [NO3

--N] = 200 ppm; [NH4+-N] = 130

ppm. Các thông số này đều cao hơn so với quy định tiêu chuẩn nướ c thải -tiêu chuẩn loại B (QCVN 24:2009/BTNMT).

Thông số Giá tr ị QCVN 24:2009/BTNMTLoại A (ppm) Loại B (ppm)

NO3--N (ppm) 200 30 50

NH4+-N (ppm) 130 5 10

Nghiên cứu vớ i loại nướ c thải nhân tạo có nồng độ các chất ô nhiễmnhư trên có tính chất gần giống nướ c thải thực tế. Việc nghiên cứu khả năngxử lý của hệ với nướ c thải nhân tạo sẽ rút ngắn đượ c thờ i gian thích nghi củavi sinh vật với nướ c thải thực tế.

3.1.2. Thành ph ần vàtính ch ất nướ c th ải m ạ điện (nướ c th ải m ạ điện c ủa

Công ty C ổ ph ần Xuân H òa)

K ết quả phân tích thành phần nướ c thải đã qua hệ thống xử lý của côngty được đưa ra trongBảng 3.3.

B ảng 3.3. Thành ph ần nướ c th ải m ạ điện Xuân H òa

Thành phần Nồng độ (ppm) QCVN 24:2009/BTNMTLoại A Loại B

pH NO3

--N

NH4

+

-N NO2--N

PO43-

Cl- SO4

2- Cr 3+ Cr 6+

Ni+

7,34 - 7,45115 - 130

25,11 - 30,030,003,23 -10,980,50 - 1,600,05 - 1,00

0,000 - 0,0020,10 - 0,15

0,004 -0,030

6-9KQĐ

5KQĐ KQĐ 5000,20,20,050,2

5,5 -9KQĐ

10K QĐ KQĐ 6000,51

0,10,5

KQĐ: Không quy định





(Trong QCVN 24:2009/BTNMT không quy định giá tr ị nồng độ của cácthông số NO3

-, NO2- mà chỉ quy định TN, không quy định PO4

3- mà chỉ quy

định TP).3.2. Sản phẩm đá lƣu huỳnh - đá vôi Composit và tính chất của đáQuy trình chế tạo viên SCThành phần viên SC gồm có lưu huỳnh (S), đá vôi (CaCO3) và magie

oxit (MgO). Tr ộn 3 thành phần trên theo tỷ lệ mong muốn r ồi cho vào hệ phản ứng, đượ c kiểm soátở một nhiệt độ hợ p lý. Nhiệt độ nóng chảy của S là120oC. Nhưng nhiệt độ của hệ phản ứng phải được tăng lên tớ i 150oC để phốitr ộn tốt vì S đượ c tr ộn lẫn vớ i CaCO3 và MgO. Hỗn hợ p nóng chảy sẽ đượ cđưa vào khuôn, nén chặt và r ồi làm lạnh. Hỗn hợp đượ c làm lạnh nhanh thì sẽ tạo ra các lỗ nhỏ bên trong viên SC, là nơi bám dính và phát triển của vikhuẩn. Sau khi làm lạnh, hỗn hợ p sẽ được làm khô 1 ngày và sau đó đậ p nhỏ.Kích thướ c của viên SC sử dụng trong khoảng 5 – 20 mm để tránh mất đầuvào trong quá trình xử lý.

S Tr ộn đều Đun nóng chảy

CaCO3

MgO 150oC

Nén

Đậ p nhỏ Để nguội

Sản phẩm SC

Theo k ết quả nghiên cứu từ các tài liệu, các tỷ lệ S:CaCO3 là 3:2; 2:1;3:1 cho k ết quả khử nitrat tốt hơn các tỷ lệ khác. Tiến hành chế tạo viên SC

Hỗn hợ p bột Hỗn hợ pnóng chảy

Khối đá nóngKhối đánguội





vớ i các tỷ lệ trên làm thực nghiệm. SC1, SC2, SC3 vớ i tỷ lệ các thành phần lưuhuỳnh: đá vô tương ứng là 3:2; 2:1; 3:1 (Hình 3.1).Theo đánh giá cảm quan

thì cả 3 sản phẩm SC đều có độ mịn tương đối tốt.

SC1 SC2 SC3

H ình 3.1. Nh ữ ng s ản ph ẩ m SC ch ế t ạo đượ c Kh ối lượ ng r iêng c ủa đá

K ết quả đượ c thể hiện trong Bảng 3.4.

B ảng 3.4. Kh ối lượ ng r iêng c ủa t ừ ng lo ại SC

Đá SC SC1 SC2 SC3

Khối lượ ng riêng (g/cm3) 2,63 2,68 2,50

pH c ủa đá Sau khoảng thờ i gian3 ngày đo pH của 3 dung dịch chứa 3 loại đá SC

vớ i HRT khác nhau, cho k ết quả thể hiện trênHình 3.2 và Hình 3.3.





SC1 SC2 SC3

H ình 3.2. Bi ế n thiên pH c ủa 3 lo ại đá SC theo các HRT khác nhau trên các đồ th ị

H ình 3.3. Bi ế n thiên pH c ủa 3 lo ại đá SC qua các HRT khác nhau Qua các đồ thị thể hiện biến thiên của pH dung dịch chứa đá SC khác

nhau, cho thấy pH của đá nằm trong khoảng giá tr ị kiềm nhẹ. Tuy nhiên, sự thay đổi pH là không đáng kể. Giá tr ị pH của dung dịch là do sự phôi ra củađá vôi (CaCO3) trong viên đá SC. Sự thay đổi pH không nhiều vàổn định đođượ c của dung dịch thể hiện tốc độ phôi của đá từ từ, ổn định. Vớ i ba loại đáSC, pH dung dịch đều có xu hướng tăng.





Đá SC1 cung cấ p nhiều độ kiềm hơn đá SC2; đá SC2 cung cấ p nhiều độ kiềm hơn đá SC3. Điều này thể hiện, đá SC1 có khả năng duy trì và cung cấ p

độ kiềm hơnhai loại đá còn lại.Qua thí nghiệm khảo sát biến thiên pH của 3 loại đá SC theo các HRTkhác nhau khẳng định:

+) Ba loại đá sử dụng làm thí nghiệm có tốc độ phôi đá vôi thấ p. Dovậy, có thể duy trì khả năng xử lý lâu trong hệ vi sinh.

+) Đá SC1 cung cấ p nhiều độ kiềm hơn so vớ i hai loại đá còn lại. Độ c ứ ng c ủa đá K ết quả sau 3 ngày đo độ cứng của 3 dung dịch chứa 3 loại đá SC vớ i

HRT khác nhau đượ c thể hiện trênHình 3.4 và Hình 3.5 :

H ình 3.4. Bi ến thiên độ c ứ ng c ủa 3 lo ại đá SCtheo th ờ i gian





Kh ảo sát bi ế n thiên giá tr ị pH

H ình 3.6. Bi ế n thiên pH c ủa các h ệ l iên t ục v ớ i ba lo ại đá SC theo th ờ i gian

Thí nghiệm trên ba loại đá vớ i các hệ liên tục để khảo sát tỷ lệ S:CaCO3 cho thấy pH của 3 loại đá dao động không đáng kể (Hình 3.6). Phạm vi daođộng nằm trong khoảng 6,7 đến 7,6. Trong khoảng pH này vẫn đảm bảo vikhuẩn tự dưỡ ng tồn tại và phát triển.

Cụ thể: SC1 duy trì khoảng pH cao hơn 2 đá còn lại. K ết quả này thể hiện một cách gián tiếp đá SC1 có khả năng cung cấp độ kiềm tốt hơn hai đácòn lại.

Kh ảo sát bi ế n thiên amoni

H ình 3.7. Bi ế n thiên NH 4 + -N c ủa các h ệ l iên t ục v ớ i ba lo ại đá SC theo th ờ i gian





Sự biến thiên nồng độ amoni trong các hệ liên tục (từ ngày 10/3 đến

28/3) trên nướ c thải nhân tạo vớ i ba loại đá SC đều giảm theo thờ i gian.Cụ thể:- Hệ đá SC1: NH4

+ giảm từ 141,3 mg-N/l về 20,86 mg-N/l.- Hệ đá SC2: NH4

+ giảm từ 141,3 mg-N/l về 44,30 mg-N/l.- Hệ đá SC3: NH4

+ giảm từ 141,3 mg-N/l về 42,78 mg-N/l.Trong hệ đá SC1, nồng độ amoni giảm nhiều nhất. Còn hai hệ còn lại

(với đá SC2 và SC3), độ biến thiên amoni gần giống nhau. Nồng độ amoni giảm có thể do hai nguyên nhân: trong ba hệ có xảy ra

quá trình oxi hóa amoni và một phần amoni giảm là do tham gia phản ứngđồng k ết tủa vớ i Ca2+ và PO4

3-. Kh ảo sát bi ế n thi ên ni tr it

H ình 3.8. Bi ế n th iên NO 2 - -N c ủa các h ệ l iên t ục v ớ i ba lo ại đá SC theo th ờ i gian

Do một phần amoni giảm là do bị oxi hóa thành nitrit. Nên cần thiếtkhảo sát nồng độ nitrit trong ba hệ liên tục.

Khảo sát độ biến thiên nitrit trong ba hệ liên tục cho thấy trong 18 ngàythí nghiệm (từ ngày 10/3 đến 28/3). Trong 5 ngày đầu, trong cả ba hệ, nồng





độ nitrit cao hơn TCVN(NO2-: 0,05 mg-N/l). Nồng độ nitritở các hệ sau đó

đều thấp hơn TCVN (NO2-: 0,05 mg-N/l).

Cụ thể: Hệ thí nghiệm với đá SC1 có nồng độ nitrit thấp hơn so vớ i cáchệ thí nghiệm với đá SC2 và SC3. K ết quả này cho thấy quá trình oxi hóaamoni tạo thành nitrit của đá SC1 kém hiệu quả hơn đá SC2 và SC3. Nhưng độ giảm amoni trong hệ đá SC1 giảm nhiều hơn. Điều này cho thấy phản ứngđồng k ết tủa trong hệ đá SC1 hiệu quả hơn hai hệ còn lại.

Kh ảo sát bi ế n thiên n itrat

H ình 3.9. Bi ế n th iên NO 3 - -N c ủa các h ệ l iên t ục v ớ i ba lo ại đá SC theo th ờ i gian

Sau 18 ngày thí nghiệm (từ ngày 10/3 đến 28/3) nồng độ nitrat trong cả ba hệ liên tục đều giảm. Sau 10 ngày, nồng độ nitrat đều giảm từ 200 mg-N/lgần về 0.

Cụ thể:- Hệ đá SC1, NO3

- giảm từ 197,6 mg- N/l đến 3,21 mg-N/l.- Hệ đá SC2, NO3

- giảm từ 197,6 mg- N/l đến 20,61 mg-N/l.





- Hệ đá SC3, NO3- giảm từ 197,6 mg- N/l đến 11,10 mg-N/l.

K ết quả thu đượ c cho thấy, quá trình nitrat tự dưỡ ng xảy ra trong hệ thí

nghiệm với đá SC1 tốt nhất trong ba loại đá. Điều này cũng đượ c thể hiệntrong Bảng 3.5 (bên dướ i) về hằng số động học của quá trình khử nitrat tự dưỡng đối vớ i từng loại đá.

B ảng 3.5. T ốc độ lo ại b ỏ nitrat c ủa quá trình kh ử nitr at t ự dưỡng đố i v ớ it ừ ng lo ại đá SC khác nhau

Tỷ lệ phối liệuS:CaCO3

Tốc độ loại bỏ nitrat (mg-N/L/ngày)

Nồng độ nitrat ban đầu = 200 mg-N/l3:2 1,3628

2:1 1,05743:1 0,4315

Tốc độ loại bỏ nitrat của hệ thí nghiệm với đá SC đượ c xế p theo thứ tự

giảm dần như sau: SC1 (1,3628 mg-N/L/ngày) > SC2 (1,0574mg-N/L/ngày) > SC3 (0,4315 mg- N/L/ngày).

K ết quả này thể hiện khả năng khử nitrat tự dưỡ ng của hệ thí nghiệmvới đá SC1 cao nhất, với đá SC3 thấ p nhất.

So sánh hình ảnh đá SC trướ c vàsau thí nghi ệm

Viên SC chứa một lượng lưu huỳnh, đá vôi nhất định. Theo thờ i gian phản ứng, lưu huỳnh bị ion hóa thành ion sunphat (SO42-) làm cho lưu huỳnhtrong vật liệu mất dần đi. Đồng thời, đá vôi cũng mất dần do cung cấp độ kiềm để ổn định pH. Tuy nhiên, lượng lưu huỳnh và đá vôi mất đi không chỉ phụ thuộc vào thành phần khối lượ ng của chúng trong vật liệu SC, mà còn phụ thuộc vào tính chất, k ết cấu của vật liệu như độ xốp, độ mịn,…





Để đánh giá vật liệu SC nào có khả năng khử nitrat tốt hơn thì phảiquan tâm đồng thời đến 2 yếu tố sau:

- Hiệu quả khử nitrat;- Tuổi của vật liệu (khoảng thờ i gian vật liệu khử đượ c nitrat). Nếu vật liệu SC có hiệu suất khử nitrat cao mà chỉ có thể duy trì trong

khoảng thờ i gian ngắn thì vật liệu khóứng dụng trong thực tế. Chính vì lý dođó, tuổi vật liệu là một yếu tố quan tr ọng.

Bước đầu so sánh tuổi của 3 loại đáSC có thể đánh giá bằng cảm quandựa vào việc so sánh hìnhảnh đá SC trướ c và sau thí nghiệm. Quan sátHình 3.10 và 3.11dưới đây:

SC1 SC2 SC3

H ình 3.10 . Đá SC trướ c khi thí nghi ệm

SC1 SC2 SC3

H ình 3.11 . Đá SCsau khi th í nghi ệm





Sau một thờ i gian thí nghiệm vớ i 3 loại đá SC, quan sát thấy màu vàng ban đầu của lưu huỳnh ở cả ba loại đá đều bị nhạt đi. Quan sát bằng mắt, đá

SC1 có màu vàng hơn so vớ i SC2 và SC3. Như vậy, theo đánh giá cảm quanthì tuổi của vật liệu SC1 dài hơn hai loại còn lại.

K ết luận:Thí nghiệm ba hệ liên tục vớ i ba loại đá SC1, SC2, SC3 cho thấy hệ thí nghiệmvới đá SC1 (tỷ lệ S:CaCO3 =3:2) có khả năng xử lý nitrat hay nói cách khác làquá trình khử nitrat tự dưỡng đemlại hiệu quả cao nhất trong ba loại đá. Hằngsố động học của hệ với đá SC1 là 1,3628 mg-N/L/ngày. Hệ thí nghiệm với đáSC1 xử lý amoni hiệu quả hơn SC2

và SC3 nhưng nitrit tạo thành trong hệ lạithấ p nhất. Điều này thể hiện gián tiế p, hiệu quả phản ứng đồng k ết tủa (Ca2+, NH4

+, PO43-) trong hệ thí nghiệm với đá SC1 cao nhất.

Như vậy, vớ i thí nghiệm trên ba loại đá có tỷ lệ S:CaCO3 khác nhau(3:2; 2:1; 3:1)ở các hệ liên tục cho thấy đá SC có tỷ lệ 3:2 là loại đá có tỷ lệ S:CaCO3 tối ưu cho quá trình khử nitrat tự dưỡ ng.

3.3.2. K ế t qu ả nghiên c ứ u kh ả năng khử nitr at t ự dưỡ ng c ủa đá SC đố i v ớ im ột s ố m ẫ u bùn th ự c t ế

Tiến hành nuôi vi sinh trong hệ thống 3 bình phản ứng với cơ chất là amoni,nitrat mà không có chất hữu cơ (KHC). Vi sinh nuôi cấy đượ c lấy từ bể bùn hoạttính của tr ạm xử lý nướ c thải bia công ty Ha Đô, bùn thải sinh hoạt sông Tô Lịch.Mật độ vi sinh cho vào nuôi cấy là 0,19 g bùn/l. Dung dịch nuôi vi sinh là nướ c tự pha có thành phần chínhđượ c trình bày tại bảng 3.1 và bảng 3.2, chỉ cho amoni vàkhông cho chất hữu cơ. Thờ i gian nuôi vi sinh khoảng 1 tháng. Trong thờ i gian nuôicấy duy trì các điều kiện về độ kiềm, pH và hàm lượng amoni để vi sinh phát triểntốt.

Sau khi vi sinh đã ổn định, chuyển sang vận hành và lấy mẫu phân tích.





K ết quả khảo sát các thông số SS và VSS của các loại bùn đượ c thể hiện trongBảng 3.6

B ảng 3.6. Thông s ố SS vàVSS c ủa các lo ại bùn Thông số 100%HT 50%HT + 50%TL 100%TLSS (g/L) 168,57 136,02 132,28

VSS (g/L) 132,5 98,34 90,07VSS/SS (%) 78,6 72,30 68,09

Vớ i ba loại bùn thí nghiệm đều cho thấy, tỷ lệ VSS/SS đều nằm trongkhoảng gần 70% - 80%. Tỷ lệ VSS/SS càng cao thể hiện lượ ng vi sinh ngàycàng nhiều. Từ số liệu bảng cho thấy, lượ ng vi sinh của bùn thí nghiệm giảm dầntheo các loại, trong đó bùn (100% HT) cao nhất và bùn (100% TL) là thấ p nhất.

Thí nghiệm 3 hệ gián đoạn vớ i loại đá tối ưu S:CaCO3 = 3:2 trên 3 loại bùn: 100% HT; 50% HT+ 50%TL và 100%TL. Lấy mẫu sau các khoảng thờ igian xử lý 1h, 2h, 4h, 6h, 12h, 24h, 48h và phân tích các thông số pH, NO3

-, NO2

-, NH4+, SO4

2-. K ết quả thu đượ c thể hiệnở Bảng 3.7.

B ảng 3.7. Kh ả năng xử lý c ủa các lo ại bùn

Thành phần nƣớ c thải đầu vàopH Hàm lƣợ ng các chất ô nhiễm (ppm)7,20 NO3

- NO2- NH 4+ SO4

2- 97,51 0,00 8,65 60,40

Các loại bùn thí nghiệm

Mẫu bùn Thờ i gian,h pH Hàm lƣợ ng các chất ô nhiễm (ppm)NO 3 - NO 2

- NH 4 + SO 4

2-

Hoạt tính

0 7,20 97,51 0,00 89,65 60,401 7,32 79,17 1,36 77,07 72,502 7,26 55,03 4,04 59,00 90,074 7,43 19,94 5,89 36,04 166,706 7,56 17,67 6,76 30,14 179,0312 7,15 9,34 6,55 27,29 192,4024 6,99 5,64 4,47 20,60 227,00





48 6,95 0,00 0,00 0,00 239,60

Tô lịch

0 7,20 97,51 0,00 89,65 60,40

1 7,13 89,97 0,99 84,19 53,252 7,18 86,52 2,53 78,31 69,604 7,32 50,09 3,80 60,05 78,116 7,34 34,56 4,20 47,72 102,0312 7,57 27,84 6,01 38,96 154,1624 7,23 22,64 6,54 26,53 174,1548 7,01 3,17 2,33 8,99 198,00

HT + TL

0 7,20 97,51 0,00 89,65 60,40

1 7,20 83,51 2,17 80,35 60,202 7,46 77,46 3,34 64,71 87,604 7,32 44,74 4,62 46,52 156,306 7,45 36,13 5,75 30,14 155,5012 7,19 17,07 5,10 27,29 184,2024 7,31 12,30 3,40 23,60 225,4048 7,01 0,98 0,098 5,14 224,30

Từ k ết quả thí nghiệm thu đượ c ở bảng 3.7, có thể biểu diễn sự biếnthiên nồng độ nitrat trênHình 3.12.

H ình 3.12. Bi ế n thiên gi á tr ị NO 3 - -N c ủa các h ệ gián đoạn theo th ờ i gian

đố i v ớ i ba lo ại bùn





Khảo sát 3 hệ gián đoạn với đá SC1 (tỷ lệ S:CaCO3 = 3:2) trên ba loại bùn (100% HT, 50% HT+ 50%TL, 100%TL). Nồng độ NO3

- đầu vào là

97,51mg-N/L. K ết quả cho thấy sau 48 giờ , nồng độ NO3

-

của ba hệ đều giảmgần về 0.Cụ thể:- Hệ 100% HT, NO3

- giảm từ 97,51 mg- N/L đến 0,00 mg-N/L.- Hệ 50% HT+ 50%TL, NO3- giảm từ 97,51 mg- N/L đến 0,98 mg-N/L.- Hệ 100%TL, NO3- giảm từ 97,51mg- N/L đến 3,17 mg-N/L.K ết quả đồ thị cho thấy, ban đầu nồng độ nitrat trong hệ bùn hoạt tính

giảm nhanh hơn so vớ i hai hệ thí nghiệm vớ i hai loại bùn còn lại sau 4 giờ thínghiệm. Sau đó, khả năng xử lý nitrat của cả ba hệ đạt đượ c gần giống nhau.

Như vậy, khả năng xử lý nitrat của hệ thí nghiệm vớ i bùn hoạt tính làcao nhất. Điều này có thể giải thích bở i trong hệ bùn hoạt tính có nhiều vikhuẩn tự dưỡ ng khử nitrat và có tiềm năng xử lý hơn hai loại bùn còn lại. Tuynhiên, trong điều kiện không có bùn hoạt tính hoặc không đủ bùn hoạt tính, cóthể nuôi bùn sinh hoạt hoặc k ết hợ p bùn sinh hoạt và bùn hoạt tính sau mộtthờ i gian sẽ có thể sử dụng bùn này cho quá trình xử lý.

K ết quả này cũng cho thấy, trong bùn hoạt tính có khả năng chứa nhiềuvi khuẩn khử nitrat tự dưỡng hơn loại bùn sinh hoạt.





3.3.3. K ế t qu ả nghiên c ứ u ảnh hưở ng c ủa kích thướ c vi ên composit t ớ i hi ệu

qu ả quá trình kh ử nitrat t ự dưỡ ng Kh ảo sát bi ế n thiên n itrat

H ình 3.13. Bi ế n thiên gi á tr ị NO 3 - -N c ủa các h ệ gián đoạn theo th ờ i gian

v ới các kích thướ c viên SC khác nhauThí nghiệm khảo sát kích thướ c viên tối ưu,vớ i ba dải (< 2mm; 2-5

mm; > 5mm) vớ i hệ thí nghiệm có đá SC1 (S:CaCO3 = 3:2), bùn hoạt tính.Sau 7,5 ngày thí nghiệm nồng độ nitrat đã giảm từ 61,5 mg-N/L về gần 0.

K ết quả khảo sát thể hiện trên đồ thị cho thấy hệ thí nghiệm vớ i đá SCcó kích thướ c < 2mm có hiệu quả xử lý nitrat cao nhất trong ba hệ.

Cụ thể:- Hệ đá SC< 2mm, NO3

- giảm từ 61,50 mg- N/L đến 1,03 mg-N/L.- Hệ đá SC 2-5 mm, NO3

- giảm từ 61,50 mg-N/Lđến 2,05 mg-N/L.- Hệ đá SC > 5mm, NO3- giảm từ 61,50 mg- N/L đến 0,92 mg-N/L.Từ k ết quả thu đượ c, có thể tính toán đượ c hằng số động học của quá

trình khử nitrat tự dưỡ ng với các kích thướ c viên SC khác nhau. Số liệu tínhtoán được đưa ra trongBảng 3.8. Bảng k ết quả này là cơ sở đánh giá khả năngxử lý nitrat của các hệ thí nghiệm.





Bảng 3.8. Tốc độ loại bỏ nitrat của quá trình khử nitrat tự dƣỡ ng vớ i cáckích thƣớ c viên SC khác nhau

Kích thƣớ c viên SC Tốc độ loại bỏ nitrat (mg-N/L/ngày)

Nồng độ nitrat ban đầu = 200 mg-N/l, Tỷ lệ S:CaCO3 = 3:2< 2mm 2,9102-5mm 2,455

>5mm 0,531

Từ bảng số liệu trên thấy r ằng, khả năng xử lý nitrat của hệ thí nghiệm

với đá SC < 2mm là cao nhất; hệ thí nghiệm với đá SC > 5 mm là thấ p nhất. Như vậy, với đá SC có kích thướ c viên < 2mm là phù hợ p nhất đối vớ i

quá trình khử nitrat tự dưỡ ng.Bên cạnh việc khảo sát sự biến thiên nồng độ nitrat trong hệ, khảo sát

sự biến thiên nồng độ sunphat cũng là một cách gián tiếp đánh giá khả năngxử lý của các hệ thí nghiệm, đồng thờ i sự biến thiên thông số sunphat theo xu

hướng tăng dần thể hiện quá trình khử nitrat tự dưỡ ng có xảy ra trong các hệ thí nghiệm.





Kh ảo sát bi ế n thiên sunphat

H ình 3.14. Bi ế n thiên giá tr ị SO 4 2-

c ủa các h ệ gián đoạn theo th ờ i gian v ớ icác kích thướ c viên SC khác nhauK ết quả đồ thị cho thấy, trong quá trình khảo sát nồng độ sunphat tăng

dần. Cụ thể:- Hệ đá SC < 2mm, SO4

2- tăng từ 37,40 mg/L đến 99,40 mg/L.- Hệ đá SC 2-5 mm, SO4

2- tăng từ 37,40 mg/L đến 97,76 mg/L.- Hệ đá SC > 5mm, SO42- tăng từ 37,40 mg /L đến 120,09 mg /L.

Quá trình khảo sát cũng cho thấy, biến thiên sản phẩm sunphat tạothành trong hệ đá SC (< 2 mm) và hệ đá SC (2-5 mm) là gần giống nhau. Nồng độ sunphat trong các hệ thí nghiệm tăng khẳng định quá trình khử nitrattự dưỡ ng có xảy ra trong các hệ.

Như vậy, hiệu quả quá trình khử nitrat tự dưỡ ng xảy ra trong hệ với đáSC < 2 mm cao nhất.





3.3.4. K ế t qu ả nghiên c ứ u ảnh hưở ng c ủa kích thướ c h ệ th ố ng t ớ i quá tr ình

kh ử nitr at t ự dưỡ ng trên mô hình pi lot

a. H ệ thố ng thí nghiệm

H ình 3.15 . Sơ đồ h ệ x ử lý l iên t ục

1- Thùng chứa nướ c thải nhân t ạo; 2- Bơm lưu lượ ng; 3- C ột sinh học -

Thiế t bị xử lý có chứa đá SC tỷ l ệ 3:2; 4- Bể chứ a trung gian; 5- Bơmtuần hoàn; 6- Nước đầu ra

Nguyên t ắ c hoạt động của hệ xử lý: Nướ c thải nhân tạo từ thùng chứa 1 (thể tích V = 40 lít) qua bơm lưu

lượ ng 2 (Peristarltic Pump model GT-150D), để điều chỉnh lưu lượ ng r ồi đivào cột sinh học có chứa SC 3 (thể tích V = 6,0 lít). Sau khi ra khỏi cột sinhhọc 3, nướ c thải đi vào bể trung gian 4 (thể tích V = 0,5 lít). Tại đây, nướ cthải chia thành 2 phần, 1 phần đượ c bơm tuần hoàn tr ở lại cột sinh học bằng bơm tuần hoàn 5 Atman At-302 có thể điều chỉnh tốc độ, phần còn lại đượ cthải ra ngoài. Thời gian lưu trong cột là 12 giờ , tốc độ đầu vào 8,3 ml/phút,tốc độ tuần hoàn 25 ml/phút.





Biế n thiên nồng độ nitrat của các hệ thí nghiệmK ết quả khảo sát biến thiên nồng độ nitrat trong 27 ngày đượ c thể hiện

trên đồ thị Hình 3.17.

H ình 3.17. Đồ th ị bi ế n thiên n ồng độ NO 3 - c ủa hai h ệ l iên t ục quy mô pilot

theo th ờ i gianTừ k ết quả đồ thị cho thấy, nồng độ nitrat giảm dần từ vị trí 1, vị trí thứ

2 và đầu ra của hệ. Đồng thờ i, nồng độ nitrat tại một vị trí cũng giảm theo thờ igian. Trong 4 ngày đầu thí nghiệm, nồng độ nitrat tại các vị trí đều giảmchậm. Sau 9 ngày thí nghiệm, nồng độ nitrat giảmổn định.

Như vậy, trong hệ thí nghiệm vớ i mô hình pilot có xảy ra quá trình khử nitrat tự dưỡ ng. Sự biến thiên của nitrat có thể đánh giá một cách dễ dàng hơndựa vàoBảng 3.9 và Hình 3.18.

B ảng 3.9. Hi ệu su ấ t x ử lý nitr at c ủa hai h ệ l iên t ục v ới nướ c th ải nhân t ạo

Th ờ i gian, ngàyH i ệu su ấ t, %

H ệ 1 H ệ 2

1 51,30 42,042 50,90 46,153 53,40 48,904 58,20 61,72





5 67,92 68,506 72,50 69,237 80,09 73,31

8 88,34 84,719 93,16 89,3610 95,30 96,7011 95,67 95.3712 95,40 95,9914 95,78 96,0315 96,02 96,2216 95,64 95,7617 96,10 95,83

18 95,77 96,0422 95,90 96,3123 95,96 96,2424 96,05 95,8925 88,30 90,0126 86,70 89,7027 86,34 87,95

H ình 3.18. H i ệu su ấ t x ử lý c ủa 2 h ệ l iên t ục v ới nướ c th ải nhân t ạo

Các số liệu trên đồ thị Hình 3.18 cho thấy hiệu suất xử lý nitrat của 2 hệ thay đổi theo thời gian. Trong 4 ngày đầu, hiệu suất của 2 hệ tăng chậm, hệ 1(từ 51,3% đến 58,2%); hệ 2 (từ 42,04% đến 61,72%). Và 5 ngày tiế p theohiệu suất xử lý nitrat của 2 hệ tăng nhanh, hệ 1(từ 67,92% đến 93,16%); hệ 2





(từ 68,5% đến 89,36%). 15 ngày sau đó, hiệu suất xử lý ổn định ở mức cựcđại, hệ 1 (từ 93,16% đến 96,05%); hệ 2 (từ 89,36% đến 95,89%). Sau đó, khả

năng xử lý nitrat của 2 hệ có xu hướ ng giảm dần. Như vậy, hiệu suất xử lý của hệ thí nghiệm hoàn toàn phù hợ p vớ i quátrình thích nghi và phát triển của vi sinh vật qua cácgiai đoạn (thích nghi, phát triển tuyến tính,ổn định và suy thoái).

Các k ết quả khảo sát trên 2 hệ mô hình pilot, cho k ết quả gần tươngđương nhau, khả năng xử lý nitrat của hệ vi sinh mô hình pilot sử dụng đá SClà vật liệu đệm là khá cao,đạt khoảng 95%.





Ả nh SEM c ủa đá SC trướ c vàsau thí nghi ệm

K ết quả từ ảnh SEM của đáSC trướ c và sau khi thí nghiệm đượ c thể

hiện trongHình 3.19. Ảnh đá SC chụ p với độ phóng đại là 50.0kvà d ải kích thướ c là 1.00 µm.

A Ba, T rướ c TN b, Sau TN

Ảnh đá SC chụ p với độ phóng đại là 100 kvà d ải kích thướ c là 500 nm.

C D

c, T rướ c TN d, Sau TN

H ình 3.19. Ả nh SEM đá SC trướ c vàsau thí nghi ệm





Độ cứng trong dung dịch có đượ c là do Ca2+ từ đá phôi ra. Do vậy độ cứng khảo sát phải là độ cứng Ca2+, hơn nữa khảo sát nồng độ Ca2+ để đánhgiá khả năng đồng k ết tủa của phảnứng tạo phức CaNH4PO4.6H2O.

K ết quả từ đồ thị Hình 3.20 cho thấy, độ cứng Ca2+ trong hệ cao (daođộng trong khoảng 350 - 580 mgCaCO3/L. Độ cứng trong dung dịch của cả hai hệ giảm dần theo thời gian. Đườ ng cong thể hiện độ cứng trên đồ thị là độ cứng còn lại sau khi tham gia phảnứng đồng k ết tủa vớ i PO4

3-, NH4+.

Sự biến thiên nồng độ của cả ba thông số Ca2+, PO43-, NH4

+ đượ c thể hiện đồng thờ i trên cácHình 3.21.

H ình 3.21. Bi ế n thiên n ồng độ Ca 2+ , PO 4 3- , NH 4

+ c ủa h ệ 1- liên t ụcquy mô pilot theo th ờ i gian





H ình 3.22. Bi ế n thiên n ồng độ Ca 2+ , PO 4 3- , NH 4

+ c ủa h ệ 2- l iên t ụcquy mô pil ot theo th ờ i gian

K ết quả về sự thay đổi các thông số Ca2+, PO43-, NH4

+ của 2 hệ liên tụcmô hình pilot đượ c thể hiện trên Hình 3.22. cho thấy, nồng độ Ca2+, PO4

3-, NH4

+ đầu ra đều giảm.Sự biến thiên các thông số Ca2+, PO4

3-, NH4+ của cả hai hệ tương đối

giống nhau. Từ k ết quả phân tích thu được, tính toán trên phương trình phảnứng đồng k ết tủa, sẽ suy ra được lượ ng Ca2+ phản ứng. Từ đó, kết hợp đườ ng biến thiên độ cứng thu được (lượ ng Ca2+ còn lại) tạo nên được đườ ng congCa2+ đầu vào(đường cong trơn trên đồ thị).





3.4.5. Th ử nghi ệm v ới nướ c th ải th ự c t ế Bi ế n thiên gi á tr ị pH

Các k ết quả về sự thay đổi giá tr ị pH tại các vị trí trong hệ thống và đầura của cả hai hệ thí nghiệm đượ c thể hiện trênHình 3.23.

H ình 3.23. Đồ th ị bi ế n thiên gi á tr ị pH c ủa hai h ệ l iên t ục quy mô pil otv ới nướ c th ải m ạ điện theo th ờ i gian

Giá tr ị pHở đầu ra của hai hệ và tại các vị trí 1 và 2 của hai hệ đều nằm trong

khoảng từ 6,8đến 8,0.Quá trình khảo sát trong 36 ngày cho thấy giá tr ị pH tại các vị trí trong

hệ thống giảm so với pH đầu vào nhưng vẫn luôn nằm trong khoảng pH > 6,8.Tại các giá tr ị pH này vẫn có thể duy trì cho quá trình khử nitrat tự dưỡ ng xảyra.





Bi ế n thiên n ồng độ nitr at trong h ệ thí nghi ệm

K ết quả khảo sát biến thiên nồng độ nitrat trong 36 ngày đượ c thể hiện

trên đồ thị Hình 3.24.

H ình 3.24. Bi ế n thiên n ồng độ nitr at trong h ệ thí nghi ệmv ới nươc thải m ạ điện

Từ k ết quả đồ thị cho thấy, nồng độ nitrat giảm dần từ vị trí 1, vị trí thứ 2 và đầu ra của hệ. Đồng thờ i, nồng độ nitrat tại một vị trí cũng giảm theo thờ igian. Trong 5ngày đầu thí nghiệm, nồng độ nitrat tại các vị trí đều giảmchậm. Sau 11 ngày thí nghiệm, nồng độ nitrat giảmổn định. Dựa vào bảng số liệuở Phụ lục, tính toán hiệu suất của 2 hệ liên tục.

Như vậy, trong hệ thí nghiệm vớ i mô hình pilot có xảy ra quá trình khử nitrat tự dưỡ ng. Sự biến thiên của nitrat có thể đánh giá một cách dễ dàng hơndựa vàoBảng 3.10 và Hình 3.25.

B ảng 3.10. Hi ệu su ấ t x ử lý nitr at c ủa hai h ệ l iên t ục v ới nướ c th ải m ạ điện

Thờ i gian, ngày Hiệu suất xử lý nitrat, %Hệ 1 Hệ 2

1 55,12 54,302 56,07 57,77





3 63,78 65,714 69,21 78,035 75,35 80,04

8 78,99 84,489 82,54 88,0910 88,15 92,1411 92,27 94,6312 94,62 94,1815 94,50 94,8916 94,00 95,3017 94,37 95,2118 94,33 95,08

19 94,80 95,7323 94,25 94,6224 95,04 94,3525 95,28 94,1726 95,15 93,9929 94,73 94,3630 94,11 95,0131 95,46 93,4532 89,14 89,22

33 88,91 90,1336 88,05 88,07

H ình 3.25. H i ệu su ấ t x ử lý c ủa 2 h ệ v ới nướ c th ải m ạ điện





Qua đồ thị, thấy đượ c hiệu suất xử lý nitrat của 2 hệ thay đổi theo thờ igian. Trong 5 ngày đầu, hiệu suất của 2 hệ tăng, hệ 1 (từ 55,12% đến

75,35%); hệ 2 (từ 54,30% đến 80,04%). Và 6 ngày tiế p theo hiệu suất xử lýnitrat của 2 hệ tăng nhanh, hệ 1(từ 75,35% đến 92,27%); hệ 2 (từ 80,04% đến94,63%). 20 ngày sau đó, hiệu suất xử lý ổn định ở mức cực đại, hệ 1 (từ 92,27% đến 95,46%); hệ 2(từ 94,63% đến 95,01%). Sau đó, khả năng xử lýnitrat của 2 hệ có xu hướ ng giảm dần.

Xem xét quá trình thay đổi hiệu suất xử lý của hệ thí nghiệm thấy phùhợ p vớ i quá trình thích nghi và phát triển của vi sinh vật qua cácgiai đoạn(thích nghi, phát triển tuyến tính,ổn định và suy thoái). Khảo sát trên 2 hệ môhình pilot, cho k ết quả gần tương đương nhau.

Như vậy, khả năng xử lý nitrat của hệ vi sinh mô hình pilot sử dụng đáSC làm vật liệu đệm cũng đạt khoảng 95%.

K ết quả đạt đượ c gần giống vớ i thí nghiệm với nướ c thải nhân tạo.Điều này lý giải đượ c là do nồng độ nitrat và các thành phần khác trong nướ cthải mạ điện gần giống nướ c thải nhân tạo nên rút ngắn đượ c thờ i gian thíchnghi của vi sinh vật và khả năng xử lý của hệ.

Bi ế n thiên n ồng độ sunphat trong h ệ thí nghi ệm

Lượ ng sản phẩm sunphat tạo thành theo thời gian đượ c thể hiện trênHình 3.26.





H ình 3.26. Bi ế n thiên s ản ph ẩ m sunphat trong 2 h ệ v ới nướ c th ải m ạ điệntheo th ờ i gian

Trong quá trình khảo sát nồng độ sunphat tăng dần. Nồng độ sunphattrong các hệ thí nghiệm tăng khẳng định quá trình khử nitrat tự dưỡ ng có xảyra trong các hệ.

Cụ thể:- Hệ 1: SO4

2- tăng từ khoảng 66 mg/L đến giá tr ị nhỏ nhất là 148.62mg/L, giá tr ị lớ n nhất là 201.03 mg/L.

- Hệ 2: SO42- tăng từ khoảng 66 mg/L đến giá tr ị nhỏ nhất là

147.41mg/L, giá tr ị lớ n nhất là 202.47mg/L.Quá trình khảo sát cũng cho thấy, biến thiên sản phẩm sunphat tạo

thành trong 2 hệ đá SC là gần giống nhau.





K ẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ K ẾT LUẬN

1. Một số các đặc trưng của ba loại đá SC (pH, độ cứng, khối lượ ngriêng) đã chế tạo gần giống nhau và đáp ứng yêu cầu của vật liệu cho xử lýcác hợ p chất nitơ trong nướ c thải, trong đó khối lượ ng riêng của SC2 cao nhất(2.68 g/cm3). Và giá tr ị pH của đá SC đều nằm trong khoảng kiềm nhẹ.

2. Cả ba loại đá SC chế tạo đượ c đều đạt hiệu suất xử lý các hợ p chấtnitơ trong nướ c cao, cụ thể;

+) Hiệu suất xử lý nitrat đạt 89% -97%, trong đó đá SC1 - 97%, SC2 vàSC3 khoảng 89%.

+) Hiệu suất xử lý amoni đạt 86% (đối với đá SC1) và 67% -73% (đốivới đá SC2 và SC3).

+) Quá trình oxi hóa amoni thành nitrat diễn ra hoàn toàn (nồng độ nitrit đo được trong nướ c r ất thấ p, khoảng 0,004 - 0,071 mg/L.

Đá SC(3:2) đạt hiệu quả xử lý nitrat (1,3628 mg-N/L/ngày) cao nhấttrong ba loại đá thí nghiệm.

3. Bùn hoạt tính có nhiều vi khuẩn khử nitrat tự dưỡng hơn bùn sinhhoạt. Tuy nhiên, trong điều kiện không có bùn hoạt tính hoặc không đủ, thìnuôi loại bùn này một thời gian cũng có thể sử dụng cho quá trình xử lý.

4. Kích thước viên đá SC có ảnh hưở ng tớ i hiệu quả quá trình xử lý.Dải kích thướ c đá phù hợ p nhất cho hệ thống xử lý là < 2 mm (đạt 2,910 mg-

N/L/ngày).5. Vớ i chiều cao cột sinh học của lớ p vật liệu đá SC (68cm) thì hiệu

quả xử lý đạt tớ i 95%.6. Vật liệu đá SCchế tạo đượ c không chỉ xử lý vi sinh các hợ p chất

nitơ hòatan mà còn loại bỏ đượ c một phần NH4+ và PO4

3- .





7. Hiệu quả xử lý nitrattrong nướ c thải mạ điện trên hệ mô hình pilotđạt xấ p xỉ 95%.





KHUYẾN NGHỊ Cần nâng cao quy trình chế tạo (đặc biệt quy trình phối tr ộn, tạo viên)

vớ i quy mô công nghiệ p và các thao tác cần đượ c cải tiến theo hướ ng tự độnghóa.Cần có những bướ c nghiên cứu sâu hơn về sự ảnh hưở ng của các yếu tố

khác như nhiệt độ, độ kiềm,…để tối ưu hóa các điều kiện xử lý, nhằm đạtđượ c hiệu quả xử lý cao nhất.

Cần mở r ộng thờ i gian nghiên cứu lâu hơn để đánh giá tính ổn định về khả năng xử lý các hợ p chất nitơ hòa tan của hệ thống.

Mở r ộng nghiên cứu ứng dụng vật liệu SC để xử lý nhiều loại nướ c thảichứa nitơ hòa tan hơn nữa như nướ c thải sinh hoạt, nướ c thải chế biến thực phẩm, nướ c thải chăn nuôi, nướ c r ỉ rác,…





TÀI LIỆU THAM KHẢOTiếng Việt

1. Lê Văn Cát (2001), X ử lý nướ c thải giàu hợ p chất nitơ và photpho, NXBKhoa học Tự nhiên và Công nghệ.2. Tr ịnh Lê Hùng (2009), K ỹ thuật xử lý nướ c thải, NXB Giáo dục Việt Nam.3. Bạch Phương Lan (1995),Công nghệ vi sinh và bảo vệ môi trườ ng , NXBKhoa học và K ỹ thuật Hà Nội . 4. Hoàng Nhâm (1999), Hóa học vô cơ , NXB Giáo dục.5. QCVN 24:2009/BTNMT - Quy chuẩn k ỹ thuật quốc gia về nướ c thải côngnghiệ p. 6. Tr ần Hùng Thuận (2010), Thuyết minh đề tài: Nghiên cứ u chế t ạo vàứ ngd ụng vật liệu compozit trên cơ sở Lưu huỳnh và Đá vôi trong hệ thố ng xử lýtách loại Nitơ hoà tan từ nướ c thải bằng phương pháp sinh học, Trung tâmCông nghệ Vật liệu, ViệnỨ ng dụng Công nghệ. 7. Tr ần Cẩm Vân (2005),Giáo trình Vi sinh vật học môi trườ ng , NXB Đạihọc Quốc gia Hà nội. Tiếng Anh8. B.Bachelor và A.W.Lawrence (1978),"A kinetic model for autotrophicdenitrification using elemental sulfur", Water Research, 12(1978), 1075-1084.9. Bill Batchelor, Alonzo W. Lawrence (1986), "Autotrophic denitrificationusing elemental sulfur", Journal Water Pollution Control Federation.

10. CICEET (2006), Autotrophic biological denitrification with elemental sulfur or hydrogen for complete removal of nitrate-nitrogen from a septic system wastewater , University of New Hampshire.11. Hiroaki F., Hideki T.(1996), "Effects of pH and alkalinity on sulfur – denitrification in a biological granular filter", Journal of Biotechnology92(2001), 1-8.





12. Claus G. và Kutzner H. J (1985), "Autotrophic denitrification byThiobacillus denitrificans in a packed bed reactor , bioresource technology",

Science Direct.13. Hach Company (1992), Hach Water Analysis Handbook , Loveland,Colorado, 2nd ed.14. P.Justin, D.P.Kelly, "Growth kinetics of Thiobacillus denitrifications inanaerobic and aerobic chemostat culture", J.of Gen. Microbiology, 107(1978),123-130.15. D.G.Lampe và T.C.Zhang, Evaluation of Sulfur - based autotrophicdenitrification, The project of water resources research program through theWater Center.16. J.C.Schippers, J.C.Kruithof, F.G.Mulder (1992), "Removal of nitrate byslow sulphur/limestone filtration", J.Water SRT-Aqua, 5(1987), 274-280.17. Jin C. S và Yasuo T.(2001a), Decoloration and nitrogen removal of swinewastewater after anaerobic treatment using the sulfur filling up reactor ,Research Report.18. Jin C. S và Yasuo T (2001b), Decoloration and nitrogen removal of swinewastewater by sulfur oxidation reaction, Research Report.19. Zhang T. C. và Lampe D. G.(1999), "Sulfur: Limestone autotrophicdenitrification processes for treatment of nitrate – contaminated water: batchexperiments", Elsevier Science, Vol.33, No.3, pp.599-608.

20. Dan Tian (2003), Development of sulfur-oxidizing denitrification anddecolorization process using sulfur-limestone pellet , Dissertation.21. J.P.van der Hoek, J.W.N.M.Kappelhof, W.A.M.Hijen, "Biological nitrateremoval from ground water by sulphur/limestone denitrification", J.ofChemical Technology and Biotechnology, 54(1992), 197-200.





22. J.P.van der Hoek, J.W.N.M.Kappelhof, J.C.Schippers, "The use ofvacuum deaeration in biological nitrate removal processes", J.Water SRT-

Aqua, 43(1994), 84-94.23. Zhang T. C. và Lampe D. G.(2004), Development of Sulfur: Limestoneautotrophic denitrification processes for treatment of nitrate – contaminated groundwater in small communities, Final Report, Project Sposors, MTAC.





PHỤ LỤC 1SỐ LIỆU THÍ NGHIỆM

Bảng 1. pH của đá qua thời gian lƣu (HRT) khác nhau

HRT (h) 12h 24h 36h 48h 60h 72hSC1 7.15 7.32 7.22 7.19 7.43 7.40

SC2 7.22 7.27 7.14 7.37 7.33 7.28

SC3 7.04 7.12 7.15 7.24 7.21 7.23

Bảng 2. Độ cứ ng của đá qua thờ i gianlƣu (HRT) khác nhau Độ cứ ng

(mgCaCO3/l)12h 24h 36h 48h 60h 72h

SC1 150.01 153.86 155.41 156.12 157.05 157.93

SC2 147.20 150.24 152.52 152.76 153.03 154.21

SC3 120.65 121 122.14 122.67 134.09 135.50





B ảng 3. Gíá tr ị pH bi ế n thiên tr ong th ờ i gian thí nghi ệm

Ngày

pH

SC1 SC2 SC

10/3 7.53 7.53 7.5

12/3 7.01 7.11 7.1

14/3 7.19 6.84 6.9

16/3 7.29 6.87 6.18/3 7.37 7.19 7.4

20/3 7.18 7.07 7.2

22/3 7.07 6.98 7.3

24/3 7.23 7.19 7.0

26/3 7.16 6.97 7.0

28/3 7.12 6.9 7.1

B ảng 4 . B ảng giá tr ị n ồng độ NH 4 -N bi ế n th iên theo th ờ i gian

NgàyNồng độ NH4-N (mg/l)

SC1 SC2 SC3

10/3 141.3 141.3 141

12/3 102.2 103.8 106

14/3 93.61 82.3 103.





16/3 47.4 59.4 71.1

18/3 30.9 32.4 32.2

20/3 36.92 39.1 41.522/3 33.71 36.4 36.9

24/3 19.53 35.9 29.1

26/3 24.91 34.2 30.6

28/3 20.86 44.3 42.7





B ảng 5. Giá tr ị bi ế n thiên n ồng độ NO3-N theo th ờ i gian

Ngày

Nồng độ NO3-N (mg/l)

SC1 SC2 SC3

10/3 197.6 197.6 197

12/3 60.26 98.21 71.1

14/3 53.06 38.17 65.1

16/3 10.8 39.03 22.918/3 1.7 12.09 3.75

20/3 0.18 3.17 1.9

22/3 0.1 1.25 5.63

24/3 2.85 1.39 7.19

26/3 5.17 12.05 17.3

28/3 3.21 20.61 11.1

B ảng 6. Bi ế n th iên n ồn g độ nitr it theo th ờ i gian

Ngày

Nồng độ NO2-N (mg/l)

SC1 SC2

10/3 0.043 0.048

12/3 0.069 0.071

14/3 0.046 0.059

16/3 0.032 0.041





B ảng 7. Kh ả năng xử lý các lo ại bùn

Thành phần nƣớ c thải đầu vào Nồng độ (ppm) pH NO3- NO2- NH4

+ 7.20 97.51 0 89.65

Mẫu bùn Thờ i gian pH NO3- NO2- NH4

+

Hoạt tính

0h 7.20 97.51 0 89.651h 7.32 79.17 1.36 77.072h 7.26 55.03 4.04 59.004h 7.43 19.94 5.89 36.04 6h 7.56 17.67 6.76 30.14 12h 7.15 9.34 6.55 27.29 24h 6.99 5.64 4.47 20.60 48h 6.95 0 0 0

Tô lịch

0h 7.20 97.51 0 89.651h 7.13 89.97 0.99 84.19 2h 7.18 86.52 2.53 78.314h 7.32 50.09 3.80 60.056h 7.34 34.56 4.2 47.72

12h 7.57 27.84 6.01 38.96 24h 7.23 22.64 6.54 26.53 48h 7.012 3.17 2.33 8.99

HT + TL

0h 7.20 97.51 0 89.651h 7.20 83.51 2.17 80.352h 7.46 77.46 3.34 64.714h 7.32 44.74 4.62 46.52

6h 7.45 36.13 5.75 30.14 12h 7.19 17.07 5.10 27.29 24h 7.31 12.3 3.4 23.6048h 7.01 0.98 0.098 5.14

B ảng 8 Độ bi ế n th iên thông s ố NO 3 - , SO 4

2- để kh ảo sát kích thước đá tối ưu

Thờ i gian NO3- SO4

2- Ghi chú





(ngày) < 2mm 2-5mm

>5mm

< 2mm 2-5mm > 5mm

0 61.5 61.5 61.5 37.4 37.4 37.4 Nồng độ nitrat banđầu trong khoảng60 mg-N/l; Tỷ lệ

S:CaCO3của đá SCthí nghiệm là 3:2

1 48.5 47.07 59.04 49.7 50.27 40.1

2 44.7 62.11 61.9 52.88 52.01 41.73 15.2 40.8 48.3 85.33 76.47 56.66

4 1.67 3.56 61.00 101.21 115.34 54.015 0.56 0.57 30.8 102.43 118.29 87.23

6 0.73 0.82 8.74 99.3 104.72 111.49

7.5 1.03 2.05 0.92 99.4 97.76 120.09

B ảng 9 Độ bi ế n thiên thông s ố pH trong 2 h ệ l iên t ục d ạng pil ot

Thờ igian

(ngày)Số

ngàyĐầuvào

Hệ 1 Hệ 2Vị trí 1 Vị trí 2 Đầu ra Vị trí 1 Vị trí 2 Đầu ra

19/9 1 8.074 7.28 7.398 7.914 7.887 7.822 8.09

20/9 2 7.778 7.291 7.297 7.551 7.262 7.294 7.65921/9 3 8.371 7.175 7.132 7.713 7.02 7.03 7.314

22/9 4 7.909 7.035 6.997 7.25 7.208 7.021 7.335

23/9 5 7.8 7.047 6.989 7.3 6.938 6.953 7.2

24/9 6 7.9 7.21 6.845 7.35 7.012 7.19 7.37

25/9 7 8.04 7.143 6.995 7.42 7.178 7.008 7.48

26/9 88.2

7.416 7.0927.38

7.217 7.0837.3

27/9 9 7.98 7.37 7.37 7.22 7.199 7.025 7.29

28/9 10 8.05 7.458 7.124 7.42 7.25 7.16 7.38

29/9 11 8.06 7.343 7.031 7.5 7.54 7.085 7.36

30/9 12 8.09 7.175 7.114 7.45 7.284 7.117 7.32

2/10 14 8.282 7.38 7.306 7.684 7.45 7.402 7.43

3/10 15 7.986 7.503 7.112 7.463 7.399 7.112 7.333





4/10 16 8.185 7.699 7.594 7.861 7.698 7.764 7.711

5/10 17 8.042 7.501 7.241 7.589 7.552 7.424 7.46

6/10 187.98

7.886 7.1497.289

7.29 7.0427.338

11/10 22 8.05 7.16 6.953 7.255 7.075 6.95 7.175

12/10 23 8,01 7.233 7.02 7.284 7.145 7 7.158

13/10 24 7.8 7.45 7.286 7.395 7.584 7.301 7.138

14/10 25 7.97 7.244 7.11 7.45 7.255 7.129 7.22

15/10 26 8.05 7.23 7.17 7.46 7.562 7.252 7.26

16/10 27 8.1 7.541 7.098 7.47 7.671 7.335 7.36

B ảng 10 Độ bi ế n th iên thông s ố NO 3 - trong 2 h ệ l iên t ục d ạng pilot

Thờ igian

(ngày)Số

ngày Đầu vàoHệ 1 Hệ 2

Vị trí 1 Vị trí 2 Đầu ra Vị trí 1 Vị trí 2 Đầu ra

19/9 1 88.7 86.18 67.51 43.20 85.37 60.89 51.41

20/9 2 92.13 89.13 66.44 45.24 90.05 64.32 49.61

21/9 3 101.6 98.48 74.7147.35

95.12 71.11 51.92

22/9 4 92.6 88.73 67.19 38.71 85.17 60.80 35.45

23/9 5 92.49 80.15 55.73 29.67 79.44 55.16 29.13

24/9 6 95.78 79.32 48.17 26.34 78.56 49.19 29.47

25/9 7 98.56 79.05 45.41 19.62 80.17 47.51 26.31

26/9 8 105.6 86.19 44.42 12.31 82.74 50.45 16.15

27/9 9 102.046 79.80 32.11 6.98 81.29 39.46 10.86

28/9 10 107.068 76.39 30.51 5.03 78.73 29.87 3.53

29/9 11 99.2 75.55 39.08 4.30 77.53 37.82 4.59

30/9 12 101 74.10 38.95 4.65 77.26 40.45 4.05

2/10 14 94.6 73.13 37.68 3.99 74.54 36.91 3.76

3/10 15 103.4 78.61 39.03 4.12 77.24 39.03 3.91

4/10 16 98.9 69.58 36.61 4.31 73.04 35.05 4.19





5/10 17 101.23 79.34 35.92 3.95 77.49 37.67 4.22

6/10 18 103.7 78.88 36.71 4.39 80.87 37.03 4.11

11/10 22 102.06 76.42 37.99 4.18 79.07 34.01 3.77

12/10 23 99.87 69.89 38.57 4.03 71.03 35.64 3.76

13/10 24 101 74.09 37.40 3.99 72.12 40.80 4.15

14/10 25 95.65 78.78 46.97 11.19 79.01 44.03 9.56

15/10 26 97.1 79.91 44.02 12.91 80.49 45.20 10.00

16/10 27 102.02 82.73 45.73 13.94 81.98 47.90 12.29

B ảng 11 Bi ến thiên độ c ứ ng theo th ờ i gian c ủa 2 h ệ l iên t ục pilot

Thờ i gian (ngày) Số ngày Hệ 1 Hệ 219/9 1 360 55020/9 2 520 39021/9 3 400 44022/9 4 460 41623/9 5 440 48024/9 6 440 58025/9 7 460 44026/9 8 372 34827/9 9 412 44428/9 10 416 42829/9 11 422 42630/9 12 416 3922/10 14 432 4483/10 15 404 384

4/10 16 330 3165/10 17 370 3826/10 18 310 34111/10 22 326 33212/10 23 317 33313/10 24 309 32014/10 25 333 32315/10 26 315 32016/10 27 320 327





B ảng 12 Bi ế n thiên amoni theo th ờ i gian c ủa 2 h ệ l iên t ục pil ot

Thờ i gian(ngày) Số ngày Đầu vào Hệ 1 Hệ 2

19/9 1 26.00 7.50 1.6020/9 2 34.6 7.20 8.6021/9 3 24.06 8.60 5.3022/9 4 37.80 5.40 7.4023/9 5 33.00 7.12 5.0324/9 6 34.30 2.09 8.2825/9 7 30.31 9.04 6.1526/9 8 29.70 4.35 7.3727/9 9 30.05 3.15 4.7728/9 10 29.73 4.98 5.3729/9 11 27.87 4.98 3.0230/9 12 31.20 6.63 5.472/10 14 33.13 7.98 6.553/10 15 30.41 3.32 6.164/10 16 29.35 4.14 3.245/10 17 30.17 5.05 3.246/10 18 32.22 2.72 3.1911/10 22 26.63 3.64 4.3412/10 23 30.09 5.12 6.04

13/10 24 28.79 2.41 5.1014/10 25 31.02 3.44 4.6715/10 26 29.67 3.53 5.1616/10 27 27.88 2.02 3.17

B ảng 13 Bi ế n thiên photphat theo th ờ i gian c ủa 2 h ệ l iên t ục pilot

Thờ i gian(ngày) Số ngày Đầu vào Hệ 1 Hệ 2

19/9 1 350 313 301.220/9 2 370 315.2 31821/9 3 335 304.08 297.4822/9 4 440 375.2 379.223/9 5 415 363.24 359.0624/9 6 409 344.58 356.9625/9 7 337 294.46 288.6826/9 8 440 389.3 395.3427/9 9 427 373.2 376.4428/9 10 345 295.5 296.28





29/9 11 420 374.22 370.330/9 12 417 367.86 365.542/10 14 386 335.7 332.843/10 15 399 344.82 350.54/10 16 430 379.58 377.785/10 17 410 359.76 356.146/10 18 440 381 381.9411/10 22 375 329.02 330.4212/10 23 370 320.06 321.913/10 24 425 372.24 377.6214/10 25 440 384.84 387.315/10 26 431 378.72 381.9816/10 27 386 334.28 336.58





B ảng 14 Độ bi ế n th iên thông s ố pH trong h ệ l iên t ục d ạng pilot th í nghi ệm v ớ inướ c th ải m ạ điện

Thờ igian

(ngày)Số ngày Đầu vào

Hệ 1 Hệ 2Vị trí 1 Vị trí 2 Đầu ra Vị trí 1 Vị trí 2 Đầu ra

24/10 1 7.81 7.914 7.699 7.503 7.17 7.19 7.41625/10 2 7.63 7.551 7.501 7.699 6.95 7.29 7.37

26/10 3 7.14 7.713 7.886 7.501 6.9 7.37 7.458

27/10 4 7.77 7.25 7.16 7.886 7.42 7.18 7.343

28/10 5 7.68 7.3 7.233 7.16 7.24 7.07 7.175

31/10 8 7.32 7.35 7.45 7.233 7.31 7.23 7.381/11 9 7.74 7.42 7.244 7.45 7.05 7.16 7.503

2/11 10 7.52 7.38 7.23 7.244 7.09 7.12 7.699

3/11 11 7.04 7.22 7.541 7.23 7.19 7.37 7.501

4/11 12 7.47 7.42 7.43 7.541 7.19 7.48 7.886

7/11 15 7.21 7.37 7.333 7.047 7.29 7.3 7.16

8/11 16 7.3 7.4587.711

7.21 7.377.29

7.2339/11 17 7.15 7.343 7.46 7.143 7.18 7.38 7.42

10/11 18 7.13 7.175 7.338 7.416 7.07 7.36 7.38

11/11 19 7.124 7.38 7.175 7.37 7.23 7.32 7.22

15/11 23 7.031 7.503 7.158 7.458 7.16 7.43 7.42

16/11 24 7.114 7.699 7.138 7.343 7.12 7.333 7.5

17/11 25 7.306 7.501 7.22 7.175 7.38 7.711 7.45

18/11 26 7.112 7.886 7.764 7.38 7.503 7.46 7.684

21/11 29 7.11 7.16 7.424 7.551 7.699 7.338 7.463

22/11 30 7.17 7.233 7.38 7.713 7.501 7.175 7.37

23/11 31 7.098 7.45 7.503 7.25 7.886 7.158 7.12424/11 32 7.16 7.399 7.699 7.3 7.217 7.138 7.031

25/11 33 7.233 7.698 7.501 7.35 7.199 7.22 7.114





28/11 36 7.301 7.552 7.886 7.42 7.25 7.217 7.306

B ảng 15 Độ bi ế n th iên thông s ố NO 3 -

trong 2 h ệ l iên t ục d ạng pilot đố i v ới nướ cth ải m ạ điện

Thờ igian

(ngày)Số

ngày Đầu vàoHệ 1 Hệ 2

Vị trí 1 Vị trí 2 Đầu ra Vị trí 1 Vị trí 2 Đầu ra

24/10 1 133.25 92.21 63.87 59.80 89.54 71.04 60.9025/10 2 134.04 96.30 70.69 58.88 97.01 65.11 56.6126/10 3 130.00 89.53 68.38 47.09 86.71 70.52 44.5827/10 4 131.50 94.79 72.27 40.49 88.51 69.06 28.8928/10 5 129.96 83.75 69.26 32.04 87.08 70.19 25.9431/10 8 128.90 86.77 67.48 27.08 91.50 72.91 20.011/11 9 129.00 89.04 50.30 22.52 75.83 47.61 15.362/11 10 130.17 83.02 44.04 15.43 80.27 41.83 10.233/11 11 129.92 86.15 39.99 10.04 76.72 38.75 6.98

4/11 12 129.05 81.23 38.79 6.94 79.36 36.01 7.517/11 15 129.38 77.34 35.11 7.12 76.34 30.64 6.618/11 16 128.98 69.50 30.48 7.74 72.08 29.62 6.069/11 17 130.03 70.00 27.35 7.32 68.61 25.17 6.2310/11 18 130.45 78.52 32.28 7.40 67.03 28.99 6.4211/11 19 130.19 84.13 28.70 6.77 79.62 28.10 5.5615/11 23 129.11 87.92 33.00

7.4280.47 29.34

6.9516/11 24 129.03 85.16 29.73 6.40 81.12 30.09 7.2917/11 25 128.79 78.86 35.05 6.08 75.27 29.11 7.5118/11 26 128.32 70.90 27.93 6.22 71.17 32.16 7.7121/11 29 128.55 68.55 32.70 6.77 71.11 30.92 7.2522/11 30 128.01 78.38 37.08 7.54 77.10 29.21 6.3923/11 31 128.27 76.29 30.92 5.82 72.57 28.90 8.40





24/11 32 128.03 80.37 56.18 13.90 83.73 54.81 13.8025/11 33 127.91 84.06 57.20 14.19 86.16 54.37 12.62

28/11 36129.60

88.61 40.97 15.49 88.03 55.70 15.46

B ảng 16 Độ bi ế n th iên thông s ố SO 4 2- trong 2 h ệ l iên t ục d ạng pilot đố i v ới nướ c

th ải m ạ điện

Thờ igian

(ngày)Số ngày Đầu vào

Hệ 1 Hệ 2Vị trí 1 Vị trí 2 Đầu ra 1 Vị trí 1 Vị trí 2 Đầu ra 2

24/10 1 67.82 112.96 138.08 148.62 115.90 145.96 147.4

25/10 2 66.78 108.29 144.54 149.46 107.51 138.40 151.9526/10 3 66.67 111.19 141.89 157.87 114.29 144.24 160.6327/10 4 66.34 106.72 145.84 166.45 113.63 142.31 179.2128/10 5 66.47 117.30 142.66 174.18 113.64 143.68 180.8931/10 8 65.40 111.74 139.63 177.40 106.54 145.60 185.181/11 9 65.48

109.44 120.81 182.61 123.97 117.85 190.482/11 10 65.47 117.34 113.91 191.68 120.36 111.48 197.403/11 11 65.10 113.25 109.09 196.97 123.62 107.73 200.334/11 12 66.71 119.31 109.38 201.03 121.37 106.32 200.407/11 15 65.00 122.24 103.62 199.49 123.34 98.70 200.058/11 16 65.27 130.70 98.80 198.63 127.86 97.85 200.489/11 17 65.27 131.30 95.36 200.25 132.83 92.96 201.4510/11 18 65.43 122.55 100.94 200.79 135.19 97.32 201.8611/11 19 65.38 116.05 96.95 201.14 121.01 96.29 202.4715/11 23 66.01 111.32 102.31 199.87 119.51 98.28 200.3916/11 24 65.90 114.16 98.60 200.79 118.60 99.00 199.8117/11 25 65.63 120.55 104.19 200.61 124.50 97.65 199.0418/11 26 65.49 128.65 96.21 199.80 128.36 100.87 198.1621/11 29 65.31 131.31 101.28 199.27 131.31 99.32 198.7422/11 30 65.07 119.66 105.86 197.59 119.66 97.20 198.8523/11 31 64.98 122.16 98.99 199.68 122.16 96.77 196.84




24/11 32 64.78 117.21 126.58 190.32 117.21 125.07 190.4325/11 33 64.77 113.01 127.69 189.86 113.01 124.58 191.5928/11 36 64.70 109.79 109.77 190.22 109.79 125.97 190.22

nghiên cứu ứng dụng sunfua - canxi cacbonat composit trong hệ xử lý nitơ hòa tan từ...

Documents