Đồ án Khảo sát quá trình phản nitrat hoá và nghiên cứu điều kiện xử lý nitơ trong hệ thống SBR thiếu khí

an t¸c ®éng. T¸c ®éng cña pH trong thêi gian ng¾n lµ ®¸ng quan t©m h¬n c¶ v× pH th­êng thay ®æi trong thêi gian dµi . Trong qu¸ tr×nh kÕt hîp nitrat ho¸ ph¶n nitrat ho¸ pH th­êng æn ®Þnh do qu¸ tr×nh ph¶n nitrat ho¸ sinh ra axit nh­ng ®­îc trung hoµ bëi kiÒm do qu¸ tr×nh ph¶n nitrat ho¸ sinh ra . qu¸ tr×nh míi trong xö lý nit¬ : HiÖn nay cã rÊt nhiÒu c¸c nghiªn cøu míi chØ ra cã nhiÒu qu¸ tr×nh míi trong xö lý nit¬ b»ng ph­¬ng ph¸p sinh häc lµ qu¸ tr×nh CANON & ANAMOX. ë ®©y, trong khu«n khæ thêi gian cã h¹n chóng t«i ë ®©y chØ xin tr×nh bµy vÒ qu¸ tr×nh Anamox Qu¸ tr×nh oxi ho¸ amon yÕm khÝ ANAMOX (Anaerobic Ammonia Oxidation) : [15], [16] Qu¸ tr×nh qu¸ tr×nh oxi ho¸ amoni yÕm khÝ, NO2- ®ãng vai trß nh­ chÊt nhËn ®iÖn tö : PTHH cho tæng hîp qu¸ tr×nh : NH4++NO2- ®N2+H2O Nghiªn cøu ®Çu tiªn vÒ qu¸ tr×nh oxi ho¸ amoni hiÕu khÝ lµ nghiªn cøu vÒ vi khuÈn nitrat ho¸ h¬n mét tr¨m n¨m tr­íc do Winogradsky n¨m 1890 vµ mét sè gi¶i thÝch ho¸ sinh cña qu¸ tr×nh ®· ®­îc hai nhµ b¸c häc Kluyver vµ Don ker n¨m 1926 m« t¶. Nh÷ng vi sinh vËt oxi ho¸ amoni yÕm khÝ ®· bÞ l·ng quªn suÊt mét thêi gian dµi ThÝ nghiÖm ®Çu tiªn ®Ó x¸c nhËn qu¸ tr×nh oxi ho¸ amoni yÕm khÝ ®­îc tr×nh bµy vµ cã b»ng s¸ng chÕ do Mulder (1992,1995) . Vi sinh vËt cña qu¸ tr×nh nµy ®­îc x¸c minh vµ trong qu¸ tr×nh nµy nitrit ®­îc xem nh­ chÊt nhËn ®iÖn tö . Hydroxylamone vµ hydrazine lµ nh÷ng chÊt trung gian quan träng . MÆc dï ë gÇn ®iÒu kiÖn tèi ­u nh­ng tèc ®é ph¸t triÓn rÊt thÊp ( thêi gian t¨ng gÊp ®«i lín h¬n 3 tuÇn ). Vi vËy, ng­êi ta sö dông thiÕt bÞ khö amon rÊt hiÖu qu¶ ®Ó t¹o ®ñ sinh khèi. HÖ thèng SBR ®­îc lùa chän cho dù ®Þnh vµ ®­îc tèi ­u h¬n n÷a cho sè l­îng nghiªn cøu anammox. Sinh khèi ®· ®­îc nu«i trong hÖ thèng ®­îc sö dông ®Ó x¸c ®Þnh mét vµi th«ng sè sinh lý quan träng . ViÖc sö dông m«i tr­êng cho sù ph¸t triÓn hoµn toµn tù d­ìng trong hÖ thèng SBR cho sù t¨ng tr­ëng æn ®Þnh vµ trong ®iÒu kiÖn bÒn v÷ng . Sinh khèi trong dßng nµy chøa h¬n 70% vi khuÈn quan t©m, vi khuÈn l¹ ®­îc t¸ch ra nhê qu¸ tr×nh li t©m. C¬ chÕ cña qu¸ tr×nh : thÓ hiÖn ë h×nh 1 II. H×nh 1 : C¬ chÕ cña qu¸ tr×nh ANAMOX. C¬ chÕ ho¸ sinh cña qu¸ tr×nh oxi ho¸ amoni hiÕu khÝ cña vi hkuÈn Nitrosomonas europaea ®· ®­îc nghiªn cøu kh¸ kü (Hooper. 1997) víi c¸c träng t©m chÝnh lµ enzym amoni monooxygenaza vµ hydroxylamin oxidoreductaza (HAO). Trong thÝ nghiÖm víi sù cã mÆt cña amoni, hydroxyl amin, nitrit vµ hydrazine (N2H4) chÊt nµy lµ chÊt trung gian quan träng cña qu¸ tr×nh anammox. Nhê cã mét l­îng nhá nitrit (lín h¬n 0,1mg/l) kh¬i mµo cho qu¸ tr×nh oxi ho¸ amon yÕm khÝ, nitrit nhËn 4 ®iÖn tö ®Ó t¹o ra hydroxylamin sau ®ã hydroxylamin l¹i kªt hîp víi NH3 ®Ó t¹o ra hydrazine gi¶i phãng ra ph©n tö khÝ nit¬ vµ ®ång thêi sinh ra 4 ®iÖn tö ®Ó tiÕp tôc mét chu tr×nh míi. hydroxylamin ammoxidans ®­îc t×m thÊy ë bªn trong mµng (vïng danh giíi) gi÷a nguyªn sinh chÊt, vïng nµy chiÕm h¬n 30% thÓ tÝch tÕ bµo, chóng cã vai trß quan träng trong qu¸ tr×nh dÞ ho¸ cña B.anammoxidans vµ v× vËy ng­êi ta ®Æt tªn lµ “anammoxosome” anammoxosome tù nhiªn cã chøa nhiÒu enzym phøc t¹p trong sù lµm thay ®æi nitrit vµ hydramine. ph­¬ng ph¸p khö Nit¬ trong n­íc th¶i Ph­¬ng ph¸p lý ho¸ : Ph­¬ng ph¸p clo hãa (Breakpoint chlorination) : Qu¸ tr×nh NH4+ ®­îc «xy ho¸ thµnh khÝ N2 bao gåm mét chuçi c¸c ph¶n øng phøc t¹p trong ®ã NH4+ ph¶n øng víi Cl2 t¹o thµnh c¸c s¶n phÈm trung gian lµ monochloramin (NH2Cl), dichloramin (NHCl2) vµ ammonium trichloride (NCl3). Cïng víi khÝ N2, mét sè d¹ng «xy ho¸ kh¸c cña nit¬ còng ®­îc t¹o thµnh, chñ yÕu lµ NO3-. C¬ chÕ thùc cña c¸c ph¶n øng nµy t­¬ng ®èi phøc t¹p. Ph­¬ng tr×nh ph¶n øng clo hãa ®­îc ®¬n gi¶n ho¸ nh­ sau: 2 NH4+ + 3 Cl2 = N2(k) + 6 Cl- + 8 H+ Theo ph¶n øng nµy, cÇn cã 7,6 mg Cl2/mg NH4+-N ®Ó «xy hãa NH4+ thµnh khÝ N2. V× cã mét phÇn NH4+ ®­îc chuyÓn hãa thµnh NO3- vµ c¸c d¹ng nit¬ «xy hãa kh¸c nªn l­îng clo thùc tÕ ph¶i ®­a vµo th­êng kho¶ng 10 mg Cl2/ mg NH4+-N. Mét ®iÒu quan träng cÇn ph¶i chó ý lµ qu¸ tr×nh clo hãa sinh ra l­îng axit ®¸ng kÓ (axit HCl ) cÇn ph¶i ®­îc trung hßa. L­îng axit nµy sÏ tiªu thô ®é kiÒm víi tØ lÖ 10,7 mg CaCO3/ mg NH4+-N. §èi víi c¸c nhµ m¸y xö lý n­íc th¶i th«ng th­êng sö dông ph­¬ng ph¸p clo hãa ®Ó xö lý nh÷ng dßng chøa 20 mg NH4+-N/l cÇn 152 mg Cl2/l vµ tiªu thô 214 mg CaCO3/l. [1] ¦u ®iÓm : +KiÓm so¸t ®­îc qu¸ tr×nh. +Cã thÓ kÕt hîp ®­îc víi qu¸ tr×nh khö trïng n­íc cÊp. +Kh«ng tèn diÖn tÝch mÆt b»ng. Nh­îc ®iÓm : +Chi phÝ vËn hµnh cao v× ph¶i tiªu tèn nhiÒu Clo (Cl2), tèn nhiÒu ho¸ chÊt ®Ó ®iÒu chØnh pH ®Ó cho pH >7 (pHopt =7,0 – 7,5). +Trong n­íc cã mÆt c¸c chÊt khö d¹ng h÷u c¬ hoÆc v« c¬ sÏ ph¶n øng víi Cl2 ®Ó sinh ra c¸c s¶n phÈm phô cã h¹i cho søc khoÎ con ng­êi nh­ : hîp chÊt halogen h÷u c¬, th«ng th­êng lµ c¸c trihalomethane nh­ chloroform (CHCl3), ammonium trichloride. Ngoµi ra b¶n th©n Cl2 còng lµ mét khÝ ®éc cã h¹i cho søc khoÎ con ng­êi. +Kh«ng khö ®­îc nit¬ ë d¹ng NO2- vµ NO3- . +G©y « nhiÔm thø cÊp. Ph­¬ng ph¸p lµm tho¸ng (air stripping) : Nguyªn t¾c : Trong n­íc NH4+ tån t¹i c©n b»ng víi baz¬ liªn hîp cña nã lµ NH3 theo ph­¬ng tr×nh sau: NH4+ = NH3(l) + H+ (1) pKa = 9,5 NH3(l) l¹i tån t¹i c©n b»ng víi NH3(k) vµ tu©n theo ®Þnh luËt Henry: NH3 (l) « NH3 (k) (2) T¹i pH = 7, hÇu nh­ chØ cã NH4+ tån t¹i. Khi pH t¨ng c©n b»ng trong ph­¬ng tr×nh (1) sÏ chuyÓn dÞch sang ph¶i, vÒ phÝa t¹o thµnh NH3. Vµ khi pH lín h¬n gi¸ trÞ cña pKa (pH > 9,5) l­îng NH3(l) sÏ ®­îc t¹o thµnh ®¸ng kÓ, c©n b»ng trong ph­¬ng tr×nh (2) sÏ chuyÓn dÞch sang ph¶i, NH3 ®­îc gi¶i phãng ra kh«ng khÝ.Trong ph­¬ng ph¸p nµy th­êng dïng Ca(OH)2 ®Ó ®iÒu chØnh pH. Nh­ vËy :Qóa tr×nh khö nit¬ b»ng ph­¬ng ph¸p nµy bao gåm viÖc t¨ng pH cña n­íc ®Ó nit¬ tån t¹i phÇn lín ë d¹ng NH3 (l)(theo ph­¬ng tr×nh 1) vµ t¨ng sù tiÕp xóc gi÷a n­íc víi kh«ng khÝ ®Ó t¹o ®iÒu kiÖn cho NH3 ®­îc gi¶i phãng vµo kh«ng khÝ (theo ph­¬ng tr×nh 2 ). ¦u ®iÓm : +§¬n gi¶n,rÎ tiÒn vµ ta cã thÓ kiÓm so¸t ®­îc qu¸ tr×nh. +Qóa tr×nh lo¹i bá ®­îc NH3 mµ kh«ng t¹o ra c¸c chÊt « nhiÔm thø cÊp trong n­íc. Nh­îc ®iÓm: +Qu¸ tr×nh chÝnh ®Ó lo¹i nit¬, qu¸ tr×nh chuyÓn NH3(l) thµnh NH3(k) l¹i phô thuéc rÊt nhiÒu vµo nhiÖt ®é (khã thùc hiÖn ®­îc ë nhiÖt ®é thÊp). +Khi dïng v«i ®Ó t¨ng pH th­êng t¹o cÆn b¸m vµo vËt liÖu läc lµm t¨ng trë lùc qu¸ tr×nh. +Trong n­íc th¶i, c¸c hîp chÊt Nit¬ kh«ng chØ tån t¹i ë d¹ng amoni, mµ cßn tån t¹i ë d¹ng NO3-, NO2-. ChÝnh v× vËy xö lý b»ng ph­¬ng ph¸p nµy ch­a triÖt ®Ó . +Qu¸ tr×nh chuyÓn ho¸ NH4+ thµnh NH3(kh) ®· lµm « nhiÔm kh«ng khÝ. Ph­¬ng ph¸p trao ®æi ion : Nguyªn t¾c : N­íc cÇn xö lý ®­îc ®i qua bÒ mÆt nhùa ,khi ®ã x¶y ra qu¸ tr×nh thÕ chç gi÷a ion(cÇn lo¹i bá) trong n­íc vvµ ion lo¹i kh¸c trªn bÒ mÆt nhùa. Trong thêi gian gÇn ®©y,ng­êi ta ®· chÕ t¹o mét sè lo¹i nhùa trao ®æi ion cã ®é chän läc cao ®èi víi hîp chÊt chøa Nit¬ nh­ Clinoptilolit ,.. .Thø tù chonk läc trao ®æi ion cña c¸c ion tu©n theo d·y sau: Cs+ > K+ > NH4+ > Sr2+ > Na+ > Ca2+ > Fe3+ > Al3+ > Mg2+ . Ta thÊy ®é chän läc cña NH4+ kh¸ cao so víi Ca2+ vµ Mg2+ lµ c¸c ion th­êng cã mÆt trong n­íc. Ph­¬ng ph¸p nµy ®­îc øng dông kh¸ réng r·i trong xö lý n­íc cÊp. ¦u ®Óm : +DÔ rµng kiÓm so¸t ®­îc qu¸ tr×nh. +VËn hµnh ®¬n gi¶n. +HiÖu qu¶ cao. +Cã thÓ t¸i sö dông nhùa trao ®æi ion b»ng c¸ch thùc hiÖn qu¸ tr×nh nh¶ hÊp phô(th­êng ng©m trong dung dÞch muèi b·o hoµ). Nh­îc ®iÓm : +Chi phÝ vËn hµnh cao. +Khi tÝch tô qu¸ nhiÒu c¸c cation sÏ lµm gi¶m tèc ®é lo¹i bá. +Kh«ng ¸p dông cho nguån n­íc cã nhiÒu cÆn l¬ löng. Ph­¬ng ph¸p sinh häc : Ng­êi ta th­êng chia ra lµm hai lo¹i : ph­¬ng ph¸p xö lý trong ®iÒu kiÖn tù nhiªn vµ ph­¬ng ph¸p xö lý trong ®iÒu kiÖn nh©n t¹o . [2] Ph­¬ng ph¸p xö lý trong ®iÒu kiÖn tù nhiªn : C¬ së cña ph­¬ng ph¸p nµy lµ dùa vµo kh¶ n¨ng tù lµm s¹ch cña ®Êt vµ cña n­íc. ViÖc xö lý n­íc th¶i thùc hiÖn trªn c¸c c«ng tr×nh nh­ : c¸nh ®ång läc, c¸nh ®ång t­íi vµ c¸c hå sinh häc. Dùa vµo kh¶ n¨ng tù lµm s¹ch cña ®Êt : Qu¸ tr×nh xö lý n­íc th¶i thùc hiÖn trªn c¸nh ®ång läc vµ c¸nh ®ång t­íi. Thùc chÊt lµ khi cho n­íc th¶i thÊm qua líp ®Êt bÒ mÆt th× cÆn ®­îc gi÷ l¹i ë ®¸y,nhê cã oxy vµ c¸c vi sinh vËt hiÕu khÝ mµ qu¸ tr×nh oxyhoa ®­îc diÔn ra. Nh­ vËy sù cã mÆt cña oxy kh«ng khÝ trong mao qu¶n cña ®Êt ®¸ lµ ®iÒu kiÖn cÇn thiÕt trong qu¸ tr×nh xö lý n­íc th¶i. Cµng s©u xuèng líp ®Êt phÝa d­íi l­îng oxy cÇng Ýt vµ qu¸ tr×nh oxy ho¸ gi¶m dÇn. Cuèi cïng cho ®Õn mét ®é s©u mµ ë ®ã chØ diÔn ra qu¸ tr×nh ph¶n nitrat. Thùc tÕ cho thÊy qu¸ tr×nh xö lý n­íc th¶i qua líp ®Êt bÒ mÆt diÔn ra ë ®é s©u tíi 1,5 m. Cho nªn c¸nh ®ång läc vµ c¸nh ®ång t­íi th­êng x©y dùng ë nh÷ng n¬i cã mùc n­íc ngÇm thÊp h¬n 1.5 m tÝnh ®Õn mÆt ®Êt. Dùa vµo kh¶ n¨ng tù lµm s¹ch cña n­íc : C¬ së cña pph­¬ng ph¸p lµ dùa vµo kh¶ n¨ng tù lµm s¹ch cña thuû vùc chñ yÕu nhê ho¹t ®éng cña vi sinh vËt vµ c¸c thuû sinh vËt kh¸c mµ c¸c chÊt nhiÔm bÈn bÞ ph©n huû thµnh c¸c chÊt khÝ vµ n­íc. C¨n cø theo ®Æc tÝnh tån t¹i vµ tuÇn hoµn cña c¸c vi sinh vËt. Ng­êi ta chia ra 3 lo¹i:Hå hiÕu khÝ, Hå yÕm khÝ, Hå tuú tiÖn. Hå hiÕu khÝ: ®é s©u 0,6-1,2m, t¶i träng BOD= 300- 500 kg/ha.ngµy, cÇn cÊp khÝ nh©n t¹o dïng b¬m hoÆc khuÊy c¬ häc, nÕu t¶i träng BOD= 100- 220kg/ha.ngµy th× kh«ng cÇn cÊp khÝ nh©n t¹o, n­íc th¶i cÇn xö lý cã BOD5<300mg/l th× cÊp khÝ vµ thêi gian l­u n­íc th¶i trong hå lµ 5-12ngµy thËm chÝ 15ngµy kh«ng cÊp khÝ ,cung cÊp khÝ 1- 3ngµy. Hå yÕm khÝ: Kh¶ n¨ng t¶i lín, xö lý BOD5= 1000- 3000mg/l, t¶i träng BOD= 800-4500kg/ha.ngµy, ®é s©u 2,5- 4,5m( vi khuÈn ­a nãng 55-600c, thêi gian l­u 5-50 ngµy vµ hiÖu qu¶ xö lý ®¹t 60-80% vµo mïa h¹ , ®¹t 45-65% vµo mïa ®«ng Hå tuú tiÖn: T¸c nh©n sinh häc lµ vi khuÈn yÕm , vi khuÈn khÝ hiÕu, t¶o , c¸c qu¸ tr×nh sinh häc th­êng lµ : yÕm khÝ x¶y ra trong n­íc s©u líp bïn ®¸y chuyÓn c¸c hîp chÊt ph©n tö l­îng lín thµnh c¸c ph©n tö cã ph©n tö l­îng nhá (c¸c axit h÷u c¬, c¸c chÊt trung tÝnh, aceton). Qu¸ tr×nh ph©n gi¶i hiÕu khÝ th­êng x¶y ra trªn bÒ mÆt n­íc mÆt, oxi ho¸ c¸c s¶n phÈm, c¸c axit h÷u c¬, r­îu thµnh CO2, H2O, H2S vµ NH3. CO2 lµm nguyªn liÖu cho qu¸ tr×nh quang hîp, t¶o ®ãng vai trß lµ t¸c nh©n khö CO2 thµnh O2 cho qu¸ tr×nh oxi ho¸ vµ t¹o ra sinh khèi t¶o vµ cã thÓ x¶y ra bïng næ t¶o . T¶i träng BOD cña hå tuú tiÖn lµ 25-40 kg/ha.ngµy cã lóc ®¹t 50-60kg/ha.ngµy .HiÖu qu¶ xö lý ®¹t 70- 95%, thêi gian l­u lµ 5-7 ngµy. Thùc tÕ ng­êi ta th­êng sö dông hå hiÕu khÝ vµ hå tuú tiÖn. §Æc ®iÓm cña c¸c hå nµy lµ t¶o vµ c¸c vi sinh vËt kh¸c cïng sinh tr­ëng vµ ph¸t triÓn. ë líp n­íc trªn, c¸c vi sinh vÊt hiÕu khÝ sÏ sö dông oxy hoµ tan ®Ó h« hÊp, c¸c chÊt h÷u c¬ chøa nit¬ sÏ ®­îc vi sinh vËt oxy ho¸ thµnh CO2 , H2O, NH4+, NO3-, NO2-. C¸c chÊt nµy sÏ ®­îc t¶o sö dông ®Ó t¨ng tr­ëng ®ång thêi gi¶i phãng ra oxy ®Ó phôc vô cho ho¹t ®éng sèng cña vi khuÈn. §©y lµ sù hîp t¸c cã hiÖu qu¶ gi÷a T¶o vµ vi sinh vËt kh¸c. [5] Ph­¬ng ph¸p xö lý trong ®iÒu kiÖn nh©n t¹o : Nguyªn t¾c lµ dùa vµo ho¹t ®éng sèng cña c¸c vi sinh vËt nh­ qu¸ tr×nh sinh tr­ëng, qu¸ tr×nh ph¸t triÓn, qu¸ tr×nh trao ®æi chÊt mµ c¸c chÊt « nhiÔm sÏ bÞ chuyÓn ho¸ thµnh c¸c d¹ng v« h¹i. Tuy nhiªn nã kh¸c víi ph­¬ng ph¸p tù nhiªn ë chç : t¹o ra ®iÒu kiÖn nh©n t¹o cho c¸c vi sinh vËt ho¹t ®éng. Trong thùc tÕ ng­êi ta dùa trªn c¬ së cña qu¸ tr×nh nitrat ho¸ vµ ph¶n nitrat ho¸, tõ ®ã ®­a ra c¸c ph­¬ng ph¸p kh¸c nhau ®Ó xö lý. C¸c yÕu tè ¶nh h­ëng ®Õn qu¸ trinh nitrat ho¸ vµ ph¶n nitrat ho¸ nh­ : nhiÖt ®é, pH, ... sÏ trë thµnh c¸c yÕu tè c«ng nghÖ. §Üa läc sinh häc. §Üa läc sinh häc : lµ mét d¹ng kü thuËt xö lý hiÕu khÝ. §Üa läc gåm mét lo¹t c¸c ®Üa trßn, ph¼ng cïng n¾p trªn mét trôc, mét phÇn c¸c ®Üa ®­îc ®Æt ngËp vµo n­íc vµ quay chËm. Trong qu¸ tr×nh ®Üa quay chËm, c¸c vi sinh vËt cã trong n­íc sÏ b¸m lªn bÒ mÆt ®Üa vµ h×nh thµnh mét líp mµng vµ x¶y ra qu¸ tr×nh hÊp thô chÊt « nhiÔm. PhÇn kh«ng bÞ ngËp trong n­íc th× sÏ diÔn ra qu¸ tr×nh oxi ho¸ bëi oxi kh«ng khÝ lµm cho c¸c chÊt h÷u c¬ bÞ ph©n huû vµ amon bÞ oxi ho¸. Qu¸ tr×nh chÝnh x¶y ra lµ ph©n huû hiÕu khÝ c¸c chÊt h÷u c¬ vµ oxi ho¸ amon ë phÇn kh«ng bÞ ngËp n­íc th¶i. §­êng kÝnh ®Üa :2¸3 m, chiÒu dµy mçi ®Üa :12¸20mm, kho¶ng c¸ch gi÷a 2 ®Üa: 20mm, thêi gian l­u : 4¸5h. [4] Kü thuËt bïn ho¹t tÝnh : Nguyªn t¾c xö lý n­íc th¶i lµ chuyÓn ho¸ chÊt « nhiªm h÷u c¬ ®ang hoµ tan trong n­íc th¶i vµo sinh khèi vi sinh cã thÓ t¸ch ra khái n­íc ®­îc. Khëi ®Çu tõ mét con vi sinh vËt sinh tr­ëng do hÊp thô vµ tiªu ho¸ chÊt th¶i h÷u c¬ sÏ t¨ng sinh khèi vµ l­îng vi sinh míi l¹i tiÕp tôc hÊp thô c¸c chÊt h÷u c¬ cho ®Õn khi tÊt c¶ chÊt « nhiÔm h÷u c¬ nµy ®Òu bÞ hÊp thô cßn l¹i n­íc s¹ch ®· khö chÊt « nhiÔm. Sinh khèi cïng chÊt th¶i h÷u c¬ bÞ hÊp thô sÏ l¾ng kÕt xuèng thµnh líp bïn ®¸y vµ ®­îc lo¹i bá ra b»ng c¸c thiÕt bÞ chuyªn dông. Cã rÊt nhiÒu hÖ thèng kh¸c nhau sö dông kü thuËt nµy nh­ : hÖ thèng bÓ aeroten, hÖ thèng SBR... HÖ thèng SBR ®­îc chóng t«i lùa chän cho phÇn nghiªn cøu trong b¸o c¸o tèt nghiÖp nµynªn chóng t«i nãi s©u h¬n vÒ hÖ thèng nµy. HÖ thèng SBR : SBR lµ quy tr×nh mét bÓ ®¬n gi¶n nhÊt, bao gåm ®­a n­íc th¶i vµo bÓ ph¶n øng vµ t¹o ra c¸c ®iÒu kiÖn cÇn thiÕt nh­ m«i tr­êng anoxic, anaerobic, hay aerobic ®Ó cho vi sinh t¨ng sinh khèi, hÊp thô vµ tiªu hãa c¸c chÊt th¶i h÷u c¬ trong n­íc th¶i. ChÊt th¶i h÷u c¬ tõ d¹ng hoµ tan trong n­íc th¶i sÏ chuyÓn vµo sinh khèi-vi sinh vµ khi líp sinh khèi vi sinh nµy l¾ng kÕt xuèng sÏ cßn l¹i n­íc trong ®· t¸ch chÊt « nhiÔm. Chu kú xö lý trªn l¹i tiÕp tôc lÆp l¹i cho mét mÎ n­íc th¶i míi. Do n¾m v÷ng vi sinh-®éng häc vµ kiÓm so¸t ®­îc theo thêi gian c¸c ph¶n øng vi sinh ®a d¹ng cÇn thiÕt hÖ ®­îc thiÕt kÕ vµ lËp tr×nh ®iÒu khiÓn tù ®éng b»n PLC (Program Logic Control) gióp cho gi¶i ph¸p xö lý cã tÝnh thùc tiÔn, linh ho¹t, vËn hµnh ®¬n gi¶n hiÖu qu¶, cã ®é tin cËy cao, cã thÓ ®iÒu chØnh ®­îc chuçi xö lý vµ gi¸ thµnh hîp lý. Xu h­íng tõ nay ®Õn 2010, SBR sÏ ph¸t triÓn v­ît tréi h¬n c¸c ph­¬ng ph¸p cò nh­ bïn ho¹t tÝnh, vi sinh b¸n cæ ®iÓn do tÝnh linh ho¹t ®¸p øng yªu cÇu ngµy cµng nghiªm ngÆt vÒ c¸c chØ tiªu m«i tr­êng trong thùc tÕ, hÖ nµy sÏ ph¸t huy thªm tiÒm n¨ng xö lý khi ®ång thêi c¶i tiÕn c¸c thiÕt bÞ chuyªn dông ®i kÌm. B¶ng 1 sau ®©y sÏ so s¸nh quy tr×nh xö lý tõng mÎ vµ quy tr×nh xö lý liªn tôc. II. B¶ng 1: So s¸nh quy tr×nh xö lý tõng mÎ vµ quy tr×nh xö lý liªn tôc : Th«ng sè HÖ SBR HÖ bïn ho¹t tÝnh dßng ch¶y liªn tôc (CFS) NhËn xÐt Kh¸i niÖm Chuçi thêi gian trong cïng mét bÓ Chuçi thêi gian trong c¸c bÓ kh¸c nhau. Chuçi thêi gian cã thÓ thay ®æi ®­îc trong hÖ thèng SBR. CFS kh«ng cã tÝnh linh ho¹t nµy L­u l­îng ®Çu vµo SBR th«ng th­êng theo chu kú Liªn tôc Th¶i ra Chu kú Liªn tôc Cã thÓ thay ®æi chu kú g¹n l¾ng trong SBR mét c¸ch dÔ dµng, h¬n thÕ n÷a cßn cã thÓ gi÷ l¹i n­íc ®Çu ra cho ®Õn khi ®¹t ®­îc c¸c yªu cÇu xö lý ®Æc biÖt. CFS kh«ng cã tÝnh linh ho¹t ®ã. T¶i träng chÊt th¶i h÷u c¬ SBR th«ng th­êng : chu kú Liªn tôc øng phã ®­îc víi nh÷ng thay ®æi vÒ t¶i träng chÊt h÷u c¬ n¹p vµo b»ng c¸ch thay ®æi kho¶ng thßi gian cña c¸c chu kú. CFS kh«ng linh ho¹t øng phã ®­îc Sù sôc khÝ Gi¸n ®o¹n Liªn tôc SBR cã ®é linh ®éng cao : c¶ viÖc sôc khÝ vµ kho¶n thêi gian ®Ó sôc khÝ cã thÓ thay ®æi ®­îc. CFS chØ cã thÓ thay ®æi ®­îc tèc ®é sôc khÝ. Hçn hîp bïn láng Lu«n n»m ngay trong bÓ ph¶n øng kh«ng cÇn hoµn l­u Hoµn l­u gi÷a bÓ ph¶n øng vµ bÓ l¾ng läc Kh«ng cÇn c¸c thiÕt bÞ läc ph©n líp cuèi cïng vµ c¸c m¸y b¬m bïn hoµn l­u trong hÖ SBR. CFS yªu cÇu c¸c trang thiÕt bÞ nãi trªn. ViÖc t¸ch lo¹i SBR th«ng th­êng : lý t­ëng Kh«ng lý t­ëng NhiÒu hÖ CFS cho thÊy kh«ng tho¶ m·n yªu cÇu v× thiÕu c¸c ®iÒu kiÖn l¾ng läc lý t­ëng trong c¸c bÓ ph©n t¸ch. SBR kh«ng gÆp trë ng¹i nµy. KiÓu n¹p dong N¹p vµo hÖ c« lËp hoµn toµn HÖ gÇn ®­îc c« lËp hoÆc bÞ x¸o trén §iÒu kiÖn n¹p thµnh hÖ c« lËp trong hÖ SBR cho phÐp gi¶m cÊp vi sinh c¸c chÊt « nhiÔm h÷u c¬ mét c¸ch nhanh chãng (thêi gian ph¶n øng ng¾n). CFS : yªu cÇu thêi gian ph¶n øng dµi h¬n. C©n b»ng S½n cã trong néi t¹i Kh«ng cã SBR lµ mét bÓ lý t­ëng nÒu l­u l­îng th¶i vµ BOD biÕn ®éng qu¸ l¬n. CFS : cã thÓ thÊt b¹i ë ®©y §é linh ho¹t øng phã RÊt ®¸ng kÓ Cã giíi h¹n Ng­êi vËn hµnh cã thÓ thay ®æi tï theo thêi gian cña c¸c chu kú, sù sôc khÝ, c¸ch thøc khuÊy trén. CFS : cã giíi h¹n ë ®©y KÝch th­íc bÓ ph¶n øng Cã thÓ réng h¬n CFS v× ph¶i cung cÊp ®ñ chç cho c¶ líp bïn t¹o ra Nãi chung lµ nhá h¬n SBR MÆc dï kÝch th­íc bÓ ph¶n øng lín h¬n, SBR cã thÓ gän nhá vµ yªu cÇu Ýt mÆt b»ng tæng thÓ h¬n v× kh«ng cÇn ®Õn bÓ l¾ng läc vµ c¸c mµy b¬m bïn hoµn l­u VËn hµnh quy tr×nh T­¬ng ®èi dÔ vËn hµnh, ®¹t hiÖu qu¶ do dïng kü thuËt vi xö lý T­¬ng tù SBR SBR lý t­ëng cho c¸c nhµ m¸y nhá. CFS ¸p dông kh«ng thùc tÕ cho c¸c nhµ m¸y nhá víi c¸c ®ét biÕn vÒ l­u l­îng th¶i ThiÕt bÞ Ýt dïng thiÕt bÞ c¬ häc h¬n nªn dÔ vËn hµnh h¬n Kh¸ nhiÒu thiÕt bÞ c¬ häc nªn dÔ ®­a ®Õn mét sè khã kh¨n khi vËn hµnh ChÊt l­îng n­íc sau xö lý RÊt t«t trong mäi tr­êng hîp Tèt trong mäi tr­êng hîp §é linh ho¹t ®¸p øng sù thay ®æi c¸c chØ tiªu xö lý (t¸ch lo¹i C, N,P) Cùc kú linh ho¹t trong SBR, ®¹t ®­îc do cã thÓ thay ®æi chiÕn l­îc vÇn hµnh hÖ (thêi gian mçi chu kú, chuçi c¸c chu kú, chuçi c¸ch thøc phèi hîp sôc khÝ). Cã giíi h¹n khi so s¸nh víi SBR C¸c ®Æc tr­ng cña hÖ SBR : Cho phÐp thiÕt kÕ hÖ ®¬n gi¶n víi c¸c b­íc xö lý c¬ b¶n theo quy tr×nh “ Mét bÓ”. C¸c chu kú vµ kho¶ng thêi gian cho mçi chu kú cã thÓ ®iÒu chØnh ®­îc vµ lµ mét quy tr×nh th«ng minh cã thÓ ®iÒu khiÓn tù ®éng b»ng PLC. HiÖu qu¶ xö lý cã ®é tin cËy cao vµ ®é linh ho¹t cao v× lµ quy tr×nh tõng mÎ thùc sù. C«ng nghÖ kü thuËt cao, lËp tr×nh ®­îc vµ kh¶ n¨ng xö lý v­ît møc høa hÑn hÖ vµ quy tr×nh xö lý b»ng vi sinh ®Çy triÓn väng trong t­¬ng lai, trong ®ã cã 2 lîi ®iÓm chñ yÕu cña SBR lµ: Xö lý tõng mÎ, do vËy tr¸nh ®­îc yÕu tè biÕn ®éng ch¶y liªn tôc. TÝnh ®iÒu khiÓn ®­îc theo thêi gian : ®Þnh ®­îc thêi gian cÇn cho mçi giai ®o¹n ph¶n øng vi sinh. Qua so s¸nh c¸ch xö lý n­íc th¶i b»ng hÖ CAS (bïn ho¹t tÝnh th«ng th­êng) vµ hÖ SBR cho thÊy tÊt c¶ c¸c bÓ ®iÒu hoµ, bÓ tuú chän, bÓ anoxic, bÓ sôc khÝ, bÓ l¾ng läc trong hÖ CAS giê ®©y chØ cßn l¹i mét bÓ ph¶n øng trong hÖ SBR nªn gäi lµ quy tr×nh “mét bÓ”, kh«ng bÞ l­u l­îng dßng ®iÒu khiÓn còng nh­ kh«ng chiÕm nhiÒu diÖn tÝch x©y dùng. HÖ ®­îc ®iÒu khiÓn theo thêi gian víi c¸c chu kú c¬ b¶n. Bªn c¹nh c¸c ­u ®iÓm vÒ hiÖu qu¶ xö lý cã ®é tin cËy vµ linh ho¹t cao, kiÓm so¸t ®­îc theo thêi gian vµ vËn hµnh tù ®éng theo PLC, viÖc ®Çu t­ vµo hÖ SBR lµ kinh tÕ nhÊt víi gi¸ thµnh rÎ h¬n nhiÒu so víi hÖ CAS cæ ®iÓn xÐt trªn c¸c mÆt sau : TiÕt kiÖm mÆt b»ng, th­êng tõ 20¸50% tæng thÓ khi so víi CAS. TiÕt kiÖm khi vËn hµnh bao gåm : TiÕt kiÖm n¨ng l­îng do c¸ch thøc vËn hµnh th«ng minh, theo chu kú. Gi¶m thiÓu sù chó ý c¨ng th¼ng cña ng­êi vËn hµnh, t¨ng ®é tin cËy vµ chÊt l­îng xö lý. TiÕt kiÖm phÝ tæn x©y dùng : b×nh qu©n trªn 20% khi hÖ CAS ®­îc x©y dùng cïng chÊt l­îng c«ng tr×nh. TiÕt kiÖm b¶o tr×. Sö dông c¸c thiÕt bÞ hiÖn ®¹i ®¬n gi¶n nhÊt vµ cã ®é tin cËy cao. Lo¹i bá c¸c thiÕt bÞ th«ng th­êng víi qu¸ nhiÒu bé phËn phô tïng ®i kÌm. [6] ph­¬ng ph¸p nghiªn cøu ®èi t­îng nghiªn cøu thµnh phÇn n­íc th¶i nghiªn cøu : §èi t­îng nghiªn cøu cña chóng t«i ë ®©y lµ n­íc th¶i nh©n t¹o chøa nit¬ víi nång ®é cao ®­îc xö lý víi hÖ bïn do chÝnh chóng t«i ho¹t hãa. B¶ng 1 : Thµnh phÇn n­íc th¶i chøa nit¬ trong nghiªn cøu qu¸ tr×nh ph¶n nitrat hãa: N-NO3- (mg/l) COD (mg/l) Thµnh phÇn m«i tr­êng kho¸ng MgSO4.7H2O CaCl2.2H2O NaH2PO4.2H2O K2HPO4.3H2O 100¸500 500¸2000 41.6 mg/l 9.1 mg/l 50.4 mg/l 73.62 mg/l B¶ng 2 : Thµnh phÇn n­íc th¶i chøa nit¬ trong hÖ thèng SBR: N-NH4+ (mg/l) COD (mg/l) Thµnh phÇn m«i tr­êng kho¸ng MgSO4.7H2O CaCl2.2H2O NaH2PO4.2H2O K2HPO4.3H2O 200¸250 1000¸2200 41.6 mg/l 9.1 mg/l 50.4 mg/l 73.62 mg/l Dông cô vµ ho¸ chÊt : 1.1. Chai thuû tinh (BÒn v÷ng ho¸ häc) cã nót mµi hoÆc nót bÊc ®· tr¸ng parafin hoÆc chai polyªtylen, dung tÝch 250, 500, 1000ml. 1.2. M¸y lÊy mÉu ch©n kh«ng, gi¸ cã ch©n ®Õ nÆng, cã kÑp gi÷ chai, d©y h¹ xuèng n­íc vµ g¸o móc n­íc khi cÇn thiÕt. TÊt c¶ c¸c chai lä ®Ó lÊy vµ gi÷ mÉu cÇn ph¶I röa thËt s¹ch b»ng xµ phßng, b»ng chÊt kiÒm, axit hoÆc hçn hîp bicromat trong axit sunfuric, sau ®ã röa kü b»ng n­íc s¹ch, tr¸ng b»ng n­íc cÊt, tr­íc khi lÊy mÉu ph¶I tr¸ng Ýt nhÊt mét lÇn b»ng chÝnh n­íc th¶i lÊy mÉu råi míi lÊy mÉu ®ã. ph­¬ng ph¸p nghiªn cøu Ta tiÕn hµnh kh¶o s¸t lÇn l­ît ¶nh h­ëng cña c¸c yÕu tè tíi qu¸ tr×nh ph¶n nitrat hãa : nång ®é N-NO3- ban ®Çu, tû lÖ C : N, ¶nh h­ëng cña nång ®é bïn tíi qu¸ tr×nh l¾ng cña bïn, ¶nh h­ëng cña pH. Sau ®ã tiÕn hµnh x©y dùng hÖ thèng nghiªn cøu trªn quy m« phßng thÝ nghiÖm. Cuèi cïng kh¶o s¸t qu¸ tr×nh xö lý vµ c¸c yÕu tè ¶nh h­ëng ®Õn hÖ bïn kÕt hîp trong hÖ thèng xö lý SBR. lÊy mÉu bïn : Bïn ®­îc lÊy t¹i nguån n­íc th¶i ®­îc ®¸nh gi¸ lµ nhiÔm nit¬ cao. Chóng t«i ®· tiÕn hµnh lÊy mÉu bïn t¹i mét sè nguån nh­ : bïn th¶i cña s«ng Kim Ng­u thuéc ph­êng VÜnh Tuy, bïn th¶i cña nhµ m¸y s÷a Hµ Néi Milk, bïn th¶i cña lß mæ. Ph­¬ng ph¸p ho¹t hãa bïn : Bïn sau khi ®­îc lÊy vÒ, chóng t«i khuÊy ®Òu, lo¹i bá r¸c, sau ®ã tiÕn hµnh b¶o qu¶n mÉu vµ pha lo·ng mÉu. Cuèi cïng bæ sung nguån dinh d­ìng cacbon ®­îc chän lµ CH3COONa vµ nguån kho¸ng thÝch hîp (thµnh phÇn: xem b¶ng 1) cho mÉu ®· pha lo·ng ®Ó ho¹t hãa bïn. MÉu sau khi ®­îc bæ sung dinh d­ìng vµ kho¸ng th× ®­îc khuÊy ®Òu, ®iÒu chØnh pH vÒ 7. Sau mét thêi gian nhÊt ®Þnh chóng t«i kiÓm tra l­îng nitrat cßn l¹i, tiÕn hµnh bæ sung nguån dinh d­ìng vµ kho¸ng, ®iÒu chØnh pH vÒ 7. Nghiªn cøu c¸c yÕu tè ¶nh h­ëng ®Õn qu¸ tr×nh ph¶n nitrat hãa trong hÖ thèng bïn ho¹t tÝnh : Qu¸ tr×nh nghiªn cøu ®­îc tiÕn hµnh trong c¸c b×nh h×nh trô, víi thÓ tÝch b×nh kho¶ng 3.5lÝt. N­íc th¶i nh©n t¹o ®­îc chóng t«i Ên ®Þnh nång ®é nitrat ban ®Çu. S¬ ®å m« h×nh thÝ nghiÖm : Nguyªn lý ho¹t ®éng : N­íc th¶i ®­îc khuÊy trén ®Òu b»ng m¸y khuÊy tõ, tèc ®é khuÊy thÝch hîp ®­îc ®iÒu chØnh nhê tèc ®é m¸y khuÊy. DO, pH ®­îc x¸c ®Þnh b»ng m¸y ®o. N­íc th¶i ®­îc ®iÒu chØnh vÒ pH =7 nhê dung dÞch H2SO4 1N, NaOH 1N. Kho¶ng DO trong vËn hµnh 0.06¸0.3 mg/l. Nguån c¸c bon ë ®©y lµ CH3COONa ®­îc chóng t«i bæ sung theo ®Þnh kú víi tû lÖ C/N lµ 1.07. ViÖc lÊy mÉu ®­îc tiÕn hµnh theo chu kú 1 giê, sau ®ã b¶o qu¶n trong tñ l¹nh. ViÖc ph©n tÝch th­êng tiÕn hµnh ngay sau ®ã, trong tr­êng hîp kh«ng ph©n tÝch ngay, mÉu ®­îc b¶o qu¶n trong ë tñ l¹nh C¸c yÕu tè kh¶o s¸t : Qu¸ tr×nh ph¶n nitrat ®­îc kh¶o s¸t víi c¸c yÕu tè : Nång ®é N-NO3 ®Çu vµo : 100¸460 (mg/l). Tû lÖ C/N lµ 0.4, 0.8, 1.07, 1.2 vµ 2. Kh¶ n¨ng l¾ng cña bïn. C¸c chØ tiªu ®¸nh gi¸ : Tèc ®é khö N-NO3 ®­îc ®¸nh gi¸ b»ng : Tèc ®é tæng hîp sinh khèi ®­îc ®¸nh gi¸ b»ng : (mg sinh khoi/l.ngay) Tû lÖ Nit¬ cho tæng hîp sinh khèi ®­îc ®¸nh gi¸ b»ng : N%sinh khèi ®­îc tÝnh th«ng qua c«ng thøc chung cho sinh khèi : C5H7NO2 .TÝnh to¸n ta ®uîc N% =14/113=0.1239 HiÖu qu¶ khö nitrat ®­îc ®¸nh gi¸ b»ng: (%) thiÕt lËp hÖ thèng SBR : thiÕt lËp hÖ thèng : Chóng t«i dù ®Þnh x©y dùng m« h×nh hÖ thèng nghiªn cøu SBR dùa trªn nguyªn lý ho¹t ®éng sau cña hÖ thèng SBR : Ho¹t ®éng cña hÖ thèng SBR diÔn ra tr×nh tù theo 5 b­íc sau: N¹p : N­íc th¶i ®­îc ®­a vµo bÓ ph¶n øng t¹o nªn sù hoµ trén hoµn toµn dung dÞch chø kh«ng ph¶i do sôc khÝ. Qu¸ tr×nh n¹p ®iÓn h×nh cho thÓ tÝch trong bÓ ph¶n øng t¨ng tõ 25% V bÓ lªn 100% vµ chiÕm kho¶ng 25% thêi gian 1 chu kú. Ph¶n øng: KÕt thóc qu¸ tr×nh n¹p, bÓ ®­îc sôc khÝ ®Ó t¹o ®iÒu kiÖn hiÕu khÝ cho qu¸ tr×nh khö COD vµ nitrat hãa diÔn ra. Giai ®o¹n nµy bïn ®­îc gi÷ l¬ löng nhê sù sôc kh«ng khÝ. Sau mét thêi gian, phô thuéc c¸ch ®Æt chu k×, ngõng sôc kh«ng khÝ vµo bÓ ®Ó t¹o ®iÒu kiÖn thiÕu khÝ cho qu¸ tr×nh ph¶n nitrat hãa diÔn ra. Trong thêi gian nµy bïn ®­îc gi÷ l¬ löng nhê m¸y khuÊy. L¾ng: Trong giai ®o¹n l¾ng x¶y ra qu¸ tr×nh ph©n ly chÊt r¾n vµ läc g¹n c¸c chÊt næi lªn trªn bÒ mÆt. Trong thiÕt bÞ ph¶n øng gi¸n ®o¹n, qu¸ tr×nh nµy th­êng cã hiÖu qu¶ nhiÒu h¬n so víi thiÕt bÞ ph¶n øng liªn tôc, v× dung tÝch ph¶n øng gi¸n ®o¹n lµ hoµn toµn x¸c ®Þnh. Rót: N­íc th¶i ®· xö lý ®­îc th¸o ra khái bÓ ph¶n øng. Cã rÊt nhiÒu lo¹i thiÕt bÞ ch¾t chÊt láng hiÖn ®ang ®­îc sö dông, phæ biÕn nhÊt lµ lo¹i cã nh÷ng tÊm ch¾n chÊt láng næi trªn bÒ mÆt vµ cã thÓ ®iÒu khiÓn ®­îc. Thêi gian ®Ó thùc hiÖn c«ng ®o¹n nµy kho¶ng 5- 30 % thêi gian 1 chu kú (1.5- 2 giê), th«ng th­êng lµ 45 phót. NghØ : Trong hÖ thèng SBR nÕu cÇn thiÕt, bïn cã thÓ lo¹i bá trong giai ®o¹n nµy.Cßn trong hÖ thèng ®a bÓ, môc ®Ých c«ng ®o¹n nµy lµ cung cÊp thêi gian ®Ó thùc hiªn nèt c¸c ph¶n øng tr­íc khi chuyÓn sang giai ®o¹n kh¸c. (H×nh vÏ : S¬ ®å nguyªn lý ho¹t ®éng cña hÖ thèng xö lý SBR) Nghiªn cøu qu¸ tr×nh ph©n hñy nit¬ trong hÖ thèng SBR : HÖ thèng ®­îc nghiªn cøu víi c¸c chÕ ®é : ChÕ ®é Chu kú th«ng khÝ / yÕm khÝ [N-NH4] PH C/N MLSS 1 4 giê th«ng khÝ, 3 giê thiÕu khÝ 200 7/thêi gian nhÊt ®Þnh 5 7500 2 4 giê th«ng khÝ, 3 giê thiÕu khÝ 200 7/thêi gian nhÊt ®Þnh 4 7500 3 4 giê th«ng khÝ, 3 giê thiÕu khÝ 200 7/thêi gian nhÊt ®Þnh 10 9500 4 4 giê th«ng khÝ, 3 giê thiÕu khÝ 200 7/thêi gian nhÊt ®Þnh 4 7500 (ë ®©y th«ng khÝ nghÜa lµ chóng t«i tiÕn hµnh sôc khÝ ®Òu vµ vÉn tiÕn hµnh khuÊy, cßn ë chÕ thiÕu khÝ chóng t«i chØ tiÕn hµnh khuÊy.) TiÕn hµnh ®Þnh kú lÊy mÉu, kiÓm tra N-NH4, N-NO3, N-NO2, MLSS, COD. §¸nh gi¸ kh¶ n¨ng lµm viÖc cña hÖ thèng : tèc ®é khö Nit¬ ®­îc ®¸nh gi¸ b»ng : Tèc ®é tæng hîp sinh khèi ®­îc ®¸nh gi¸ b»ng : (mg sinh khoi/l.ngay) Tû lÖ Nit¬ cho tæng hîp sinh khèi ®­îc ®¸nh gi¸ b»ng : HiÖu qu¶ khö nit¬ ®­îc ®¸nh gi¸ b»ng: (%) ph­¬ng ph¸p ph©n tÝch Ph­¬ng ph¸p x¸c ®Þnh COD : [8] COD lµ l­îng oxy cÇn thiÕt cho qu¸ tr×nh oxy hãa hãa häc c¸c chÊt h÷u c¬ trong mÉu n­íc thµnh CO2 vµ n­íc. [1] Hîp chÊt h÷u c¬ +O2 ®CO2 + H2O. Nguyªn t¾c x¸c ®Þnh COD : L­îng oxy trªn (t­¬ng ®­¬ng víi hµm l­îng chÊt h÷u c¬ cã thÓ bÞ oxy hãa) ®­îc x¸c ®Þnh khi sö dông mét t¸c nh©n oxy hãa hãa häc m¹nh trong m«i tr­êng axit. [1] ë ®©y nång ®é O2 ®­îc x¸c ®Þnh gi¸n tiÕp b»ng ph­¬ng ph¸p håi l­u ®ãng víi K2Cr2O7. (Cr2O7- +14H+ + 6e- ®2Cr3++ 14H2O). Nhu cÇu oxy hãa häc dÔ dµng ®­îc x¸c ®Þnh khi biÕt ®­îc l­îng K2Cr2O7 tham gia ph¶n øng víi mÉu ph©n tÝch, mÉu n­íc cÊt hai lÇn vµ nång ®é FAS. ¶nh h­ëng cña c¸c yÕu tè ngo¹i c¶nh vµ h¹n chÕ : C¸c hîp chÊt bÐo m¹ch th¼ng kh«ng bÞ oxy ho¸ bëi ph­¬ng ph¸p nµy do ®ã ph¶i thªm xóc t¸c Ag2SO4 .Nh­ng Ag2SO4 l¹i ph¶n øng víi Cl, Br, I2 ®Ó t¹o thµnh kÕt tña nªn ta ph¶i thªm HgSO4 tr­íc qu¸ tr×nh håi l­u víi tû lÖ : HgSO4 : Cl- = 1 : 10. NO2- ¶nh h­ëng kh«ng ®¸ng kÓ tíi ph­¬ng ph¸p ë nång ®é 1¸2 (mg/l). §Ó lo¹i bá ¶nh h­ëng cña nã ta thªm 10ml axit sunfamic 0.1N/1mgNO2-/1l. Fe2+, S2-, SO32-, Mn2+... ¶nh h­ëng rÊt nhá tíi l­îng COD ph©n tÝch cã thÓ bá qua ®­îc. Ho¸ chÊt : Dung dÞch chuÈn Bicromat Kali 0.25N: K2Cr2O7 0.25 N. ChÊt chØ thÞ Feroin : hoµ tan 1458 g 1-10-phenalthrolin monohydrat vµ 695 mg FeSO4.7H2O vµo n­íc cÊt vµ ®Þnh møc thµnh 100 ml. ChÊt chuÈn KHP (Potasium hydragen phthalate) : nghiÒn nhÑ vµ sÊy kh« ë 120°C tíi khèi l­îng kh«ng ®æi. Hoµ tan 425 mg KHP b»ng n­íc cÊt vµ ®Þnh møc thµnh 1 lÝt. Dung dÞch nµy cã ®é oxy hãa häc lµ 500 mgO2/l. H2SO4: Thªm 5.5 g Ag2SO4 tinh khiÕt vµo 1 kg H2SO4 ®Ëm ®Æc. HgSO4 : hãa chÊt d¹ng tinh khiÕt hoÆc bét, tinh khiÕt ph©n tÝch. Dung dÞch chuÈn ®é s¾t (II) amoni sunfat (NH4)2Fe(SO4)2.6H2O (FAS) 0.025N : Hßa tan 9.8g (NH4)2Fe(SO4)2.6H2O trong n­íc cÊt. Bæ xung 2 ml H2SO4 ®Ëm ®Æc, lµm l¹nh, pha lo·ng thµnh 1 lÝt. Dung dÞch nµy cÇn chuÈn l¹i hµng ngµy b»ng c¸ch : LÊy 1ml dung dÞch K2Cr2O7 0.025 N, thªm 9 ml n­íc cÊt hai lÇn. TiÕp theo lµm l¹nh vµ bæ xung 3 ml H2SO4 ®Ëm ®Æc (cã chøa Ag2SO4). Sau ®ã chuÈn ®é dung dÞch nµy b»ng FAS víi chØ thÞ Ferroin cho tíi khi mµu cña dung dÞch chuyÓn tõ xanh sang ®á m¸u. Nång ®é FAS ®­îc tÝnh nh­ sau : Trong ®ã : V1 lµ thÓ tÝch cña K2Cr2O7 0.025 N (ml). V2 lµ thÓ tÝch FAS tiªu tèn khi chuÈn (ml). C¸ch tiÕn hµnh : Cho vµo èng ®ong cì 16*100mm 3ml H2SO4(cã chøa Ag2SO4), thªm 1 ml dung dÞch K2Cr2O7. Cho tiÕp 2 ml mÉu (mÉu cã COD £ 500 mg/l). §Ëy n¾p l¹i vµ l¾c ®Òu ®Ó tr¸nh nãng côc bé. §Æt lªn bÕp ®un ë 150±2°C trong 2 giê, sau ®ã ®Ó nguéi tíi nhiÖt ®é phßng. ChuyÓn toµn bé dung dÞch trong èng vµo b×nh nãn 50 ml. Tr¸ng kü b»ng n­íc cÊt, bæ sung 1 giät chØ thÞ Feroin vµ tiÕn hµnh chuÈn ®é b»ng FAS 0.025 N cho tíi khi mµu cña dung dÞch chuyÓn tõ mµu xanh sang ®á n©u. TiÕn hµnh song song chuÈn ®é víi mÉu tr¾ng vµ mÉu chøa KHP. Nång ®é COD ®­îc tÝnh theo c«ng thøc sau : (mg/l). Trong ®ã : A : ThÓ tÝch dung dÞch FAS tiªu tèn khi chuÈn ®é víi mÉu tr¾ng (ml) B : ThÓ tÝch dung dÞch FAS tiªu tèn khi chuÈn ®é víi mÉu thö (ml) N : Nång ®é mol ®­¬ng l­îng cña FAS 8 : §­¬ng l­îng gam cña cña ph©n tö oxy. 2 : ThÓ tÝch mÉu ®em ph©n tÝch (ml) k : HÖ sè pha lo·ng cña mÉu ph©n tÝch. Ph­¬ng ph¸p x¸c ®Þnh NH4+ : [4] Nguyªn t¾c : NH4+ trong m«i tr­êng kiÒm ph¶n øng víi thuèc thö Nestle t¹o thµnh phøc cã mµu tõ vµng ®Õn n©u sÉm, phô thuéc vµo hµm l­îng NH4+ trong n­íc ph©n tÝch. YÕu tè c¶n trë : Ion s¾t g©y c¶n trë cho viÖc x¸c ®Þnh nªn ®­îc lo¹i bá b»ng muèi R©ynhet. C¸c hîp chÊt h÷u c¬, c¸c alcol, aldehit, c¸c amin bÐo vµ th¬m, c¸c cloramin ph¶n øng ®­îc víi thuèc thö Nestle, khi cã mÆt trong n­íc ph¶i ch­ng cÊt ®Ó t¸ch NH4+ tr­íc khi x¸c ®Þnh. Trong tr­êng hîp n­íc ®ôc ph¶i xö lÝ b»ng dung dÞch ZnSO4 25 %. Tthuèc thö : Dung dÞch ion amoni tiªu chuÈn : Hßa tan 4.7161g Amoni sunphat (NH4)2SO4 vµo mét l­îng n­íc cÊt nhá, sau ®ã ®Þnh møc ®Õn 1000ml. Ta ®­îc dung dÞch 1mg N-NH4+/ml Dung dÞch chuÈn gèc : Pha lo·ng dung dÞch amoni tiªu chuÈn ra lµm 100 lÇn ®Ó cã dung dÞch 0.01 mg N-NH4+/1 ml. Thuèc thö Nestle : NghiÒn 10g HgI2 trong cèi sø víi mét l­îng nhá n­íc cÊt, chuyÓn vµo b×nh, thªm 5g KOH, hßa tan vµo kho¶ng 50 ml n­íc cÊt, trén ®Òu, thªm n­íc cÊt ®Õn ®ñ 100ml. §Ó l¾ng dung dÞch trong 3 ngµy, trong chai mµu sÉm vµ cã nót kÝn. Dung dÞch EDTA : Pha 50 g EDTA vµo 50 ml dung dÞch NaOH 20%. §Ó nguéi, thªm n­íc cÊt ®Õn cho ®ñ 100 ml. B¶o qu¶n trong tñ l¹nh. ChuÈn bÞ mÉu : Khử tạp chất : hút chính xác 50 ml nước cất hai lần, thêm chính xác 0.1 ml mẫu nghiên cứu vào bình tam giác (dung tích 250 ml), thêm 1 ml ZnSO4 10% và lắc đều. Điều chỉnh độ pH của dung dịch về khoảng 10.5 bằng dung dịch NaOH 6N. Để lắng vài phút, sau đó lọc qua giấy lọc. Tiến hành làm tương tự với mẫu chuẩn. TiÕn hµnh ph©n tÝch ; Mẫu sau khi qua lọc thêm vào đó 1 giọt EDTA (hoặc 0.2 ml Râynhét) và lắc đều đều dung dịch. Thêm 2 ml (TCVN : 0.5ml) dung dịch Nessler vào dung dịch mẫu và khuấy đều dung dịch (dung dịch nghiên cứu có mầu vàng nếu có NH4+ ). Sau 10 phót, ®em so mµu dung dÞch nghiªn cøu vµ dung dÞch chuÈn trªn m¸y quang phæ ë b­íc sãng 420nm. C¸ch tÝnh kÕt qu¶. Hµm l­îng N-NH4+ (X : mg/l) tÝnh theo c«ng thøc: Ph­¬ng ph¸p x¸c ®Þnh NO3- : [4] Nguyªn t¾c : NO3- + Natri salixylat ®phøc mµu vµng (muèi cña axit nitro salixylat). Nång ®é NO3- cã thÓ x¸c ®Þnh ®­îc tõ 0.1¸20mg/l. YÕu tè c¶n trë : ChÊt h÷u c¬ d¹ng keo vµ cã mµu ® lo¹i bá b»ng Al(OH)3. Cl-® lo¹i bá b»ng AgSO4. Thuèc thö : Dung dÞch NaOH 30% : C©n 30g NaOH tinh khiÕt. Hßa tan vµo kho¶ng 80 ml n­íc cÊt. Sau ®ã ®Þnh møc ®Õn 100 ml. Dung dÞch nitrat tiªu chuÈn : C©n 7.2142 g KNO3. Hßa tan vµo kho¶ng 800 ml n­íc cÊt hai lÇn. Sau ®ã ®Þnh møc ®Õn 1000 ml. Ta ®­îc dung dÞch : 0.1 mg N-NO3-/1ml. Thªm 2 ml Clorophoc ®Ó b¶o qu¶n. Dung dÞch nµy æn ®Þnh trong Ýt nhÊt 6 th¸ng. Dung dÞch nitrat lµm viÖc : Pha lo·ng dung dÞch nitrat tiªu chuÈn ra lµm 10 lÇn, ta ®­îc dung dÞch 0.01 mg N-NO3-/1ml Thªm 2 ml Clorophoc ®Ó b¶o qu¶n. Dung dÞch nµy æn ®Þnh trong Ýt nhÊt 6 th¸ng. C¸ch tiÕn hµnh : Cho 5ml n­íc thö vµo chÐn sø, thªm 0.01ml dung dÞch Natri salixylat 0.5%. §un hçn hîp ®Õn c¹n kh«, ®Ó nguéi. Thªm 1ml H2SO4 ®Ëm ®Æc, ®Ó yªn 10 phót. Sau ®ã cho thªm 5ml n­íc cÊt, ®Ó nguéi, råi chuyÓn toµn bé vµo b×nh ®Þnh møc 50ml. TiÕp ®ã cho thªm 7ml NaOH 30%, thªm NaOH 2.5% tíi v¹ch ®Þnh møc, l¾c ®Òu. Lµm t­¬ng tù víi mét mÉu tr¾ng. So mµu trªn m¸y quang phæ ë b­íc sãng 420nm. Ph­¬ng ph¸p x¸c ®inh NO2- : [4] Nguyªn t¾c : ë PH tõ 2¸2.5 ion nitrit sÏ t¹o sù kÕt hîp gi÷a axit sunfanilic diazo víi a-naftylamin cho mµu hång ®á. §em so mµu cña dung dÞch mÉu thö víi mµu cña thang chuÈn sÏ x¸c ®Þnh ®­îc hµm l­îng ion nitrit . Khi so mµu cã thÓ dïng m¾t th­êng hoÆc so mµu trªn m¸y ë b­íc sãng 520 nm. YÕu tè c¶n trë : N­íc ®ôc chøa nhiÒu cÆn l¬ löng c¶n trë c¸ch x¸c ®Þnh, v× vËy tr­íc khi ph©n tÝch ph¶i läc n­íc. N­íc chøa nhiÒu chÊt keo ph¶i ®­îc lµm trong b»ng Alumin hydroxit. Trong n­íc ph©n tÝch ph¶i kh«ng cã mÆt c¸c chÊt oxy ho¸ hay chÊt khö g©y c¶n trë viÖc x¸c ®Þnh. Fe, Hg, Ag, Ni, Pb, Au, b¹ch kim, metavandat c¶n trë viÖc x¸c ®Þnh v× nã lµm cho chÊt mµu bÞ kÕt tña. Lo¹i bá ¶nh h­ëng cña chóng b»ng c¸ch pha lo·ng mÉu. Thuèc thö vµ thang mµu : Thuèc thö Gris A: LÊy 0.5 g axit sunfanilic hoµ tan vµo 150 ml axit acetic 5N khuÊy ®Òu vµ ®Ó yªn. Thuèc thö Gris B: LÊy 0.10 g thuèc thö a- naphthylamin hoµ tan vµo 20 ml n­íc cÊt, khuÊy ®Òu. §un s«i dung dÞch thu ®­îc, ®Ó l¾ng trong, g¹n lÊy phÇn trong, vøt bá cÆn, thªm vµo phÇn dung dÞch trong 150 ml axit acetic 5N, l¾c ®Òu. Dung dÞch nitrit tiªu chuÈn : C©n chÝnh x¸c 0.1468 g NaNO2, thªm n­íc cÊt dÞnh møc tíi 100 ml. Ta cã : 1ml d2 ~ 1 mg HNO2. Dung dÞch tiªu chuÈn lµm viÖc : Pha lo·ng dung dÞch trªn ra 100 lÇn b»ng n­íc cÊt thu ®­îc dung dÞch cã 0.01 mg HNO2 trong 1 ml. TiÕn hµnh x¸c ®Þnh : Cho 24 ml mÉu n­íc thö vµo b×nh ®Þnh møc 50 ml, thªm 0.5 ml thuèc thö Gris A, 0.5 ml thuèc thö Gris B, l¾c ®Òu, ®Ó yªn 10 phót. Sau ®ã ®em ®i so mµu trªn m¸y quang phæ ë b­íc sãng 520 nm ph­¬ng ph¸p x¸c ®Þnh DO, pH, T° : Ph­¬ng ph¸p x¸c ®Þnh DO, T° Sö dông m¸y ®o oxy WTW 82362 OXY 330. (M¸y nµy ®­îc s¶n suÊt t¹i §øc). Ph­¬ng ph¸p x¸c ®Þnh pH : Ta x¸c ®Þnh pH b»ng m¸y ®o pH: HI 8314 membrane pH meter. (M¸y nµy ®­îc s¶n suÊt t¹i Bå §µo Nha) ph­¬ng ph¸p x¸c ®Þnh nång ®é bïn (MLSS) : Nguyªn t¾c: Ly t©m mét l­îng mÉu n­íc x¸c ®Þnh ®· ®­îc khuÊy trén ®Òu, sau ®ã ®em sÊy ë 103- 105oC trong 2h. Sù chªnh lÖch khèi l­îng gi÷a 2 lÇn c©n sau vµ tr­íc khi cã mÉu chÝnh lµ nång ®é bïn ho¹t tÝnh (MLSS) TiÕn hµnh x¸c ®Þnh: SÊy cèc ë 105oC trong thêi gian 30 phót råi ®Ó vµo b×nh hót Èm chøa silicagel trong 30 phót. §em c©n cèc ®­îc khèi l­îng mo. LÊy chÝnh x¸c mét l­îng mÉu n­íc ®em ly t©m víi tèc ®é ly t©m 3000¸ 6000 vßng/phót trong kho¶ng 5 phót ®Ó lÊy bïn. ChuyÓn bïn vµo cèc c©n ®· sÊy kh« ë trªn. §em sÊy tiÕp cèc trong tñ sÊy ë 105oC kho¶ng 2¸3h råi chuyÓn vµo b×nh hót Èm trong 30 phót. §em c©n cèc cã chøa bïn nµy ®­îc khèi l­îng m1. TÝnh kÕt qu¶: Nång ®é bïn ho¹t tÝnh ®­îc tÝnh theo c«ng thøc sau: MLSS = (m1- mo).1000/V (mg/l) Trong ®ã : mo:: khèi l­îng cèc kh«ng ®· sÊy kh« m1: khèi l­îng cèc cã chøa bïn sÊy kh« V - ThÓ tÝch n­íc lÊy ®em ly t©m ph­¬ng ph¸p x¸c ®Þnh sinh khèi (MLVSS) : Bïn sau khi ®­îc x¸c ®Þnh MLSS, ta ®em vµo tñ sÊy tiÕp ë 550°C trong 0.5 giê råi chuyÓn vµo b×nh hót Èm trong 30 phót. §em c©n cèc cã chøa bïn nµy ®­îc khèi l­îng m2. TÝnh to¸n kÕt qu¶ : MLVSS = (m2- m0).1000/V (mg/l). KÕt qu¶ nghiªn cøu vµ th¶o luËn ph©n lËp vµ tuyÓn chän bïn ho¹t tÝnh : MÉu bïn chóng t«i lÊy vµo th¸ng 8/2003 ë s«ng Kim Ng­u. Sau khi tiÕn hµnh lµm giµu bïn víi nguån dinh d­ìng vµ kho¸ng ®· tr×nh bµy ë phÇn ph­¬ng ph¸p nghiªn cøu. Chóng t«i tiÕn hµnh kiÓm tra hµm l­îng nitrat sau mét thêi gian bæ sung chóng t«i nhËn thÊy cã sù gi¶m hµm l­îng nitrat ®iÒu nµy chøng tá trong mÉu bïn cã hÖ VSV ph¶n nitrat ho¸. B»ng c¸ch lµm giµu vµ ho¹t ho¸ sau 3 th¸ng chóng t«i thu ®­îc 1 lÝt bïn. TiÕn hµnh kiÓm tra hµm l­îng nitrat chóng t«i nhËn thÊy hÖ bïn lµm viÖc tèt. III. B¶ng 1 : Nång ®é nitrat theo thêi gian víi hÖ bïn ph¶n nitrat ho¸ Thêi gian (h) [N-NO3] (mg/l) 0 450 2 98 Nh­ vËy chóng t«i ®· tuyÓn chän ®­îc hÖ bïn ph¶n nitrat cã kh¶ n¨ng lµm viÖc tèt. H×nh ¶nh mÉu bïn ph¶n nitrat ®­îc tr×nh bµy ë h×nh 1: B«ng bïn ph¶n nitrat ho¸ N­íc III.H×nh 1 : ¶nh chôp hÖ bïn ph¶n nitrat ho¸ kh¶o s¸t qu¸ tr×nh ph¶n nitrat ho¸ trong hÖ thèng bïn ho¹t tÝnh gi¸n ®o¹n: ¶nh h­ëng cña [N-NO3-] ban ®Çu ®Õn qu¸ tr×nh ph¶n nitrat ho¸ trong hÖ thèng bïn ho¹t tÝnh gi¸n ®o¹n : Chóng t«i tiÕn hµnh nghiªn cøu ¶nh h­ëng cña nång ®é nitrat ®Õn qu¸ tr×nh ph¶n nitrat ho¸ trong hÖ thèng xö lý bïn ho¹t tÝnh gi¸n ®o¹n. Qu¸ tr×nh nµy ®­îc duy tr× ë ®iÒu kiÖn DO lµ 0.06 mg/l, ë nhiÖt ®é m«i tr­êng kho¶ng 25¸30°C, pH ®­îc ®iÒu chØnh vÒ 7 sau mçi giê, tû lÖ C/N ®­îc chóng t«i lùa chän ban ®Çu lµ 1.07 dùa trªn tÝnh to¸n lý thuyÕt l­îng c¸cbon cÇn cho viÖc khö hoµn toµn N-NO3 khái hÖ thèng. Sè liÖu thu ®­îc ®­îc tr×nh bµy trªn h×nh 3 vµ 4 vµ ë b¶ng 1 phÇn phô lôc III.H×nh 3: Sù biÕn ®æi [N-NO3], [N-NO2] trong qu¸ tr×nh ph¶n nitrat ho¸ III. H×nh 4: ¶nh h­ëng cña [N-NO3] ®Õn qu¸ tr×nh ph¶n nitrat ho¸ Tõ h×nh 3 nµy chóng t«i nhËn thÊy diÔn biÕn qu¸ tr×nh ph¶n nitrat víi [N-NO3-] kh¸c nhau. [N-NO3-]lu«n gi¶m theo thêi gian, trong khi ®ã [N-NO2-] th× biÕn ®éng t¨ng hoÆc gi¶m nh­ng ë møc kh«ng cao l¾m. Tuy nhiªn tæng l­îng [N] lu«n gi¶m ®Òu trong suèt qu¸ tr×nh (h×nh 4) vµ gi¶m rÊt nhanh chØ sau 2 hoÆc 3 giê. TiÕn hµnh tÝnh to¸n tèc ®é ph¶n nitrat ho¸ cho c¸c qu¸ tr×nh trªn, kÕt qu¶ ®­îc tr×nh bµy ë h×nh 5 : H×nh 5 : Tèc ®é ph¶n nitrat hãa ë c¸c [N-NO3] Tõ ®å thÞ ta nhËn thÊy tèc ®é ph©n huû nit¬ t¨ng dÇn khi [N-NO3] t¨ng lªn. Tèc ®é Nit¬ cao nhÊt ë nång ®é N-NO3 450 (mg/l). Ta còng nhËn thÊy ë ®å thÞ nµy ch­a chØ ra [N-NO3] giíi h¹n cho tèc ®é ph¶n nitrat ho¸. ¶nh h­ëng cña tû lÖ c/n tíi qu¸ tr×nh ph¶n nitrat ho¸ trong hÖ thèng xö lý gi¸n ®o¹n : Chóng t«i tiÕn hµnh thÝ nghiÖm víi tû lÖ nguån C/N lµ 0.8¸1.5. kÕt qu¶ ®­îc tr×nh bµy chØ ra ë h×nh 6, 7 vµ b¶ng 1, 2, 3 phÇn phô lôc. III. H×nh 6: ¶nh h­ëng cña nång ®é nitrat ®Õn qu¸ tr×nh ph¶n nitrat trong hÖ thèng bïn ho¹t tÝnh gi¸n ®o¹n Tõ ®å thÞ chóng t«i nhËn thÊy víi tû lÖ cacbon nhá qu¸ tr×nh chØ x¶y ra trong thêi gian ®Çu sau ®ã [N-NO3] t¨ng cao cã thÓ do hÕt cacbon dÉn ®Õn sù ph©n huû cña bïn. Tuy nhiªn nÕu tû lÖ cacbon lín qu¸ tr×nh qu¸ tr×nh ph¶n nitrat vÉn diÔn ra b×nh th­êng. Nh×n trªn h×nh 4 víi tû lÖ C/N cao th× ®Õn cuèi qu¸ tr×nh ph¶n nitrat vÉn ch­a hoµn toµn hÕt. §iÒu nµy sÏ dÉn ®Õn ph¶i kÐo dµi thªm thêi gian cho qu¸ tr×nh ph¶n nitrat. TiÕn hµnh so s¸nh tèc ®é ph©n huû th× chóng t«i nhËn thÊy ë tû lÖ C/N lµ 1.07 tèc ®é ph¶n nitrat ho¸ lµ cao nhÊt : H×nh 7 III. H×nh 7 : ¶nh h­ëng cña tû lÖ C/N ®Õn tèc ®é ph¶n nitrat ho¸ ¶nh h­ëng cña nång ®é bïn ®Õn thêi gian l¾ng cña bïn: Chóng t«i tiÕn hµnh x¸c ®Þnh ¶nh h­ëng cña nång ®é bïn ph¶n nitrat vµ bïn hÖ thèng (kÕt hîp hai lo¹i bïn nitrat vµ ph¶n nitrat) tíi thêi gian l¾ng cña bïn lµm c¬ së cho viÖc Ên ®Þnh nång ®é bïn trong hÖ thèng. KÕt qu¶ thùc nghiÖm cho thÊy bïn ph¶n nitrat cã kh¶ n¨ng l¾ng tèt mÆc dï ë nång ®é bïn cao : víi nång ®é bïn 4200 ¸ 5600 (mg/l) th× thêi gian l¾ng cña bïn lµ 4 phót. Tuy nhiªn nÕu nång ®é bïn cao 11000 (mg/l) th× sau mét thêi gian l¾ng trong cã hiÖn t­îng phång bïn TiÕn hµnh thö nghiÖm t­¬ng tù víi bïn hÖ thèng chóng t«i nhËn thÊy bïn cã kh¶ n¨ng l¾ng tèt h¬n vµ kh«ng cã hiÖn t­îng phång bïn. Víi nång ®é bïn lµ 7000¸11000 chóng t«i nhËn thÊy thêi gian l¾ng cña bïn lµ 5 phót, thÓ tÝch bïn thu ®­îc b»ng 1/10 thÓ tÝch n­íc trong. hÖ thèng SBR : m« h×nh thiÕt lËp hÖ thèng SBR : Chóng t«i thiÕt lËp m« h×nh thÝ nghiÖm dùa trªn nguyªn lý ho¹t ®éng cña hÖ thèng xö lý SBR. KÕt qu¶ thu ®­îc m« h×nh sau (h×nh 8) : BÓ chøa n­íc th¶i B¬m sôc khÝ Thïng cao vÞ M¸y vi tÝnh §iÒu chØnh tèc ®é sôc khÝ Hép ®iÒu khiÓn C«ng t¾c b¬m M¸y khuÊy B¬m III. H×nh 8 : M« h×nh thÝ nghiÖm vÒ hÖ thèng xö lý SBR. C¸ch thøc vËn hµnh : N­íc th¶i ®­îc n¹p vµo bÓ qua thïng cao vÞ ®­îc ®iÒu chØnh tèc ®é nhê van ®iÒu chØnh. Sau ®ã bËt c«ng t¾c khuÊy ë hép ®iÒu khiÓn, c¾m b¬m sôc khÝ tiÕn hµnh chu kú th«ng khÝ. Sau ®ã rót b¬m sôc khÝ, tiÕn hµnh chu kú yÕm khÝ. §Õn cuèi qu¸ tr×nh n­íc trong ®­îc rót ra nhê bËt c«ng t¾c ë hép ®iÒu khiÓn. HiÖn t¹i chóng t«i t¹m thêi chóng t«i ®iÒu chØnh b»ng tay qua c«ng t¾c t¾t bËt ë hép ®iÒu khiÓn dù ®Þnh sau nµy chóng t«i sö dông r¬ le ®iÒu khiÓn hoÆc lËp tr×nh ®iÒu khiÓn b»ng PLC. Bïn vËn hµnh trong hÖ thèng SBR: Sau khi kÕt hîp mÉu bïn ph¶n nitrat ho¸ víi mÉu bïn nitrat ho¸ (do mét b¹n trong nhãm ph©n lËp vµ ho¹t ho¸) trong hÖ thèng SBR chóng t«i thu ®­îc mét hÖ bïn míi. TiÕn hµnh chôp ¶nh chóng t«i thu ®­îc kÕt qu¶ sau: B«ng bïn ph¶n nitrat ho¸ N­íc III.H×nh 9: ¶nh chôp mÉu bïn hÖ thèng SBR ¶nh h­ëng cña DO tíi kh¶ n¨ng ph©n gi¶i nit¬ trong hÖ thèng SBR : ë chÕ ®é 1, 2, 3, 4 ®· tr×nh bµy ë phÇn ph­¬ng ph¸p nghiªn cøu chóng t«i thu ®­îc h×nh 10, b¶ng 2 vµ b¶ng sè liÖu 4 (phô lôc). III. B¶ng 2 : ChÕ ®é vËn hµnh cña hÖ thèng SBR : ChÕ ®é Thêi gian th«ng khÝ / yÕm khÝ [N-NH4] PH Tû lÖ COD/N MLSS DOTB (mg/l) 1 4 giê th«ng khÝ, 3 giê thiÕu khÝ 205 7/thêi gian nhÊt ®Þnh 5 7751 5.75 2 4 giê th«ng khÝ, 3 giê thiÕu khÝ 207 7/thêi gian nhÊt ®Þnh 4 7700 4.57 3 4 giê th«ng khÝ, 3 giê thiÕu khÝ 202 7/thêi gian nhÊt ®Þnh 10 9500 4.2 4 4 giê th«ng khÝ, 3 giê thiÕu khÝ 210 7/thêi gian nhÊt ®Þnh 4 7500 2.95 III. H×nh 10 : ¶nh h­ëng cña c¸c chu k× th«ng khÝ / yÕm khÝ kh¸c nhau ®Õn sù khö nit¬ trong hÖ thèng SBR Ta nhËn thÊy víi cïng mét thêi gian th«ng khÝ nh­ nhau, nång ®é amoni nh­ nhau, pH ®iÒu chØnh nh­ nhau nh­ng sù khö nit¬ ë ®©y lµ kh¸c nhau : ë chÕ ®é 1 sau 4 giê sôc khÝ nång ®é amoni gi¶m nhanh. Nh­ng ë chÕ ®é 2, 3, 4 l­îng amoni gi¶m kh«ng nhiÒu l¾m nh­ ë chÕ ®é 1. B¶ng 2 cho chóng ta thÊy ë chÕ ®é nµy duy tr× DO trung b×nh cao h¬n. VËy víi DO cao, qu¸ tr×nh khö amoni diÔn ra nhanh h¬n trong giai ®o¹n th«ng khÝ. Cïng víi sè liÖu ph©n tÝch ®­îc vÒ l­îng nitrat, nitrit trong giai ®o¹n nay chóng t«i nhËn thÊy [N-NO3] rÊt thÊp hÇu nh­ la kh«ng cã, nång ®é nitrit còng kh«ng cao l¾m. §iÒu nµy cã thÓ lµ do qu¸ tr×nh ph¶n nitrat còng tiÕn hµnh song song cïng víi qu¸ tr×nh nitrat ho¸. ë thêi gian yÕm khÝ, ta nhËn thÊy ë chÕ ®é 1 l­îng amoni gi¶m rÊt chËm, trong khi ®ã ë chÕ ®é 2, 3, 4 l­îng amoni vÉn tiÕp tôc gi¶m rÊt m¹nh. §iÒu nµy cho thÊy râ rµng qu¸ tr×nh oxy ho¸ amoni cã x¶y ra trong c¶ ®iÒu kiÖn thiÕu khÝ, vµ ®iÒu nµy còng phï hîp víi nhiÒu nghiªn cøu trªn thÕ giíi. TiÕn hµnh tÝnh to¸n hiÖu qu¶ vµ tèc ®é khö nit¬ trong hÖ thèng SBR chóng t«i thu ®­îc b¶ng 3. III. B¶ng 3 : ¶nh h­ëng cña DO ®Õn hiÖu qu¶ vµ tèc ®é ph©n huû nit¬ trong hÖ thèng SBR ChÕ ®é 1 2 3 4 DO 4.75 4.57 4.2 2.95 HiÖu qu¶ 93.37 93.86 87.17 96.59 Tèc ®é 68.51 58.2 25.26 78.62 Víi kÕt qu¶ nhËn ®­îc chóng t«i nhËn thÊy ë chÕ ®é 4 hiÖu qu¶ vµ tèc ®é khö nit¬ lµ cao nhÊt. VËy víi chÕ ®é 4 nµy chóng t«i lùa chän lµm chÕ ®é ch¹y cho SBR nghiªn cøu ¶nh h­ëng cña tû lÖ COD/N-NH4+ ban ®Çu ®Õn qu¸ tr×nh khö nit¬ trong hÖ thèng SBR : Râ rµng víi c¸c kÕt qu¶ ®¹t ®­îc ë trªn ta nhËn thÊy liÖu cã thÓ gi¶m tiÕp tû lÖ C/N-NH4+ ®Ó ®Õn cuèi qu¸ tr×nh l­îng COD hÕt hoµn toµn kh«ng §iÒu nµy lµ mét thuËn lîi to lín bëi v× ta kh«ng cÇn bæ sung nhiÒu nguån Cacbon mµ hiÖu qu¶ ph©n huû nit¬ vÉn cao. §Ó nghiªn cøu ¶nh h­ëng cña tû lÖ COD/N-NH4+ chóng t«i tiÕn hµnh ®o COD trong 4 chÕ ®é kÕt qu¶ thu ®­îc h×nh 11 vµ b¶ng sè liÖu 4(phô lôc). III. H×nh 11: ¶nh h­ëng cña tû lÖ COD/N-NH4+ ®Õn qu¸ tr×nh khö COD trong hÖ thèng SBR. Tõ h×nh 11 ta nhËn thÊy qu¸ tr×nh khö COD lu«n diÔn ra ®Òu trong suèt thêi gian sôc khÝ vµ ngõng sôc khÝ. Víi tû lÖ C/N lµ 10 nh­ ë chÕ ®é 3 dï ta ®· duy tr× DO t­¬ng ®èi thÊp, cïng chÕ ®é sôc khÝ/t¾t khi víi c¸c chÕ ®é kh¸c th× l­îng c¸cbon vÉn cßn d­ ®Õn tËn cuèi qu¸ tr×nh, ®iÒu nµy lµ mét bÊt lîi lín bëi v× c¸c bon cßn d­ sÏ dÉn ®Õn ph¶i xö lý c¸cbon tiÕp. Nh­ vËy tû lÖ COD/N-NH4 lín kh«ng ph¶i lµ ®iÒu kiÖn tèt cho hÖ thèng xö lý SBR. Víi chÕ ®é 1 tû lÖ C/NH4 lµ 5 tuy nhiªn ®Õn cuèi qu¸ tr×nh COD vÉn cßn. ë ®©y ta duy tr× DO trung b×nh t­¬ng ®èi cao nªn COD vÉn cßn ®Õn cuèi qu¸ tr×nh. L­îng COD gi¶m gÇn hÕt ë chÕ ®é 4, cßn c¸c chÕ ®é kh¸c COD vÉn cßn ®Õn tËn cuèi qu¸ tr×nh. Víi chÕ ®é 4 tû lÖ COD/NH4 ®· gi¶m h¬n so víi chÕ ®é 1 cïng víi nã lµ viÖc gi¶m DO nªn ®Õn cuèi qu¸ tr×nh. Nghiªn cøu cña chóng t«i míi chØ dõng l¹i ë ®©y, hi väng ®iÒu nµy sÏ ®­îc gi¶i quyÕt trong c¸c nghiªn cøu tiÕp. KÕt luËn 1. §· ph©n lËp vµ tuyÓn chän ®­îc hÖ bïn ho¹t tÝnh ph¶n nitrat ho¸. 2. §· kh¶o s¸t c¸c yÕu tè ¶nh h­áng ®Õn kh¶ n¨ng ph¶n nitrat ho¸ cña bïn ho¹t tÝnh nghiªn cøu : Nång ®é N-NO3 : §· kh¶o s¸t ®­îc ë c¸c nång ®é N-NO3 100, 200, 300, 450 (mg/l)vµ nhËn thÊy ë nång ®é bïn lµ 450 hiÖu qu¶ vµ tèc ®é nitrat ho¸ lµ cao nhÊt. ¶nh h­ëng cña nång ®é bïn tíi thêi gian l¾ng cña bïn: Chóng t«i nhËn thÊy kh¶ n¨ng l¾ng cña bïn lµ kho¶ng 5 phót víi nång ®é bïn t­¬ng ®èi cao. Tû lÖ C/N : §· kh¶o s¸t víi tû lÖ C/N lµ 0.8, 1.07, 1.2, 1.5 vµ nhËn thÊy ë tû lÖ C/N lµ 1.07 tèc ®é ph¶n nitrat hãa lµ cao nhÊt. 3. §· thiÕt lËp ®­îc hÖ thèng SBR. 4. §· kh¶o s¸t kh¶ n¨ng xö lý nit¬ trong hÖ thèng SBR víi : ¶nh h­ëng cña DO tíi qu¸ tr×nh ph¶n nitrat ho¸ : kh¶o s¸t ¶nh h­ëng cña DOTB ë DOTB 4.75, 4,57, 4,2 vµ 2.95 vµ nhËn thÊy ë chÕ ®é th«ng khÝ 4 giê sôc khÝ, 3 giê yÕm khÝ tèc ®é vµ hiÖu qu¶ khö nit¬ lµ cao nhÊt. Tû lÖ C/N : §· kh¶o s¸t ë tû lÖ C/N : 4, 5 vµ nhËn thÊy tèc ®é vµ hiÖu qu¶ khö cao nhÊt ë tû lÖ C/N lµ 4. tµi liÖu tham kh¶o TrÇn V¨n Nh©n, Ng« ThÞ Nga. Gi¸o tr×nh xö lý n­íc th¶i. Nhµ xuÊt b¶n khoa häc kÜ thuËt-1999. TrÞnh Xu©n Lai. TÝnh to¸n thiÕt kÕ c¸c c«ng tr×nh xö lý n­íc th¶i. Nhµ xuÊt b¶n x©y dùng-2000. Lª V¨n C¸t. C¬ së ho¸ häc vµ kÜ thuËt xö lý n­íc th¶i. Nhµ xuÊt b¶n Thanh niªn - 1999. Tiªu chuÈn ViÖt Nam vÒ n­íc th¶i 4556¸4583, 2662, 2657 vµ 2659. NguyÔn ThÞ S¬n. Bµi gi¶ng c«ng nghÖ m«i tr­êng. Tr­êng §¹i Häc B¸h Khoa hµ Néi. TuyÓn tËp c¸c b¸o c¸o khoa häc. Ph­¬ng ph¸p xö lý n­íc th¶i b»ng vi sinh tõng mÎ liªn tôc vµ kiÓm so¸t ®­îc theo thêi gian. Mr Gaetan Desjardins, Mr Lª Th­îng M·n, Mr Lª Quèc Hïng, Ms NguyÔn TuyÕt Nga & Ms Tr­¬ng Quèc Mü. Metcalf & Eddy IN. (1991). Wastewater engineering. 3 rd edition, McGraw-Hill International edition. Standard Methods for Examination of Water and Wastewater. American Public Health Association. B¸o ®éng vÒ t×nh tr¹ng nguån n­íc bÞ « nhiÔm bëi amoni (Lao ®éng, sè 63/2002, ngµy 14/3/2002, tr. 6). NhiÒu khu vùc n­íc ngÇm Hµ Néi ®· « nhiÔm nÆng (Vnxpress, 25/6/2003). B¸o ®éng vÒ t×nh tr¹ng nguån n­íc bÞ « nhiÔm bëi amoni. SBR, The best municipal technology is now available for residential and commercial use. Sequencing Batch Reator for Denitrification. Sequencing Batch Reactors. Sharon anammox Phô lôc B¶ng sè liÖu 1 : Qu¸ tr×nh ph©n huû nit¬ trong hÖ thèng xö lý bïn ho¹t tÝnh gi¸n ®o¹n víi tû lÖ C/N-NO3- bæ sung ban ®Çu lµ 1.07. T/g (phut)(phút) PH do pHd/c T° (°C) DO(mg/l) N-NO3-(mg/l) N-NO2-(mg/l) MLSS (mg/l) 0 7 7 25.8 0.3 107.785 0.1762 6267 60 9 7.07 26.6 0.3 77.4925 0.5905 - 120 7.24 7 26.6 0.3 6.81 1.6263 - 0 7.03 7.03 24.9 0.05 198.263 0.176 4200 60 8.08 6.93 25.6 0.05 153.834 0.038 - 120 7.8 7.03 26.4 0.05 127.581 0.038 - 0 6.97 6.97 25.8 0.1 273.3135 0.038 5600 60 7.87 7.01 26.3 0.1 272.8086 0.038 - 120 8.34 7.01 26.7 0.1 133.968 0.1072 - 180 7.65 6.98 26.9 0.1 78.9366 0.1072 - 0 6.97 6.96 27 0.2 445.4749 0.1072 5600 60 7.29 7.0 27 0.1 436.3881 1.6263 - 120 7.7 6.98 27.1 0.1 96.6073 0.6596 - B¶ng sè liÖu 2 : Qu¸ tr×nh ph©n huû nit¬ trong hÖ thèng gi¸n ®o¹n víi tû lÖ C/N-NO3- bæ sung ban ®Çu lµ 1.2 : T/g (phut) PH do PH d/c T° (°C) DO (mg/l) N-NO3-(mg/l) N-NO2-(mg/l) MLSS(mg/l) COD (mg/l) 0 8.6 6.98 31.8 0.06 463.8275 0.240328 9867 544 60 7.16 7.01 31.9 0.06 413.34 0.872168 - 408 120 7.29 7 32.3 0.06 296.209 0.240328 - - 180 7.2 7 32.7 0.06 287.12125 2.230624 - 218 240 7.24 7.02 32.9 0.06 257.8385 0.682616 - - 300 7.08 7.08 33.1 0.06 155.85375 1.282864 - 54.4 B¶ng sè liÖu 3 : Qu¸ tr×nh ph©n huû nit¬ trong hÖ thèng gi¸n ®o¹n víi tû lÖ C/N-NO3- bæ sung ban ®Çu lµ 1.5 : T/g (phut) PH do PH d/c T° (°C) DO (mg/l) N-NO3-(mg/l) N-NO2-(mg/l) MLSS(mg/l) COD (mg/l) 0 8.61 7.03 31.6 0.06 575.90975 0.03351 12900 1279 60 7.26 7.01 31.8 0.06 515.32475 0.150401 - 1007 120 7.34 7.03 32.2 0.06 446.66175 0.140923 - 272 180 7.32 7.03 32.4 0.06 312.365 0.178834 12950 245 240 7.32 7.02 32.6 0.06 288.131 0.453684 - - 300 7.08 7.08 32.8 0.06 162.922 0.520027 - 136 B¶ng sè liÖu 4 vÒ qu¸ tr×nh ph©n huû nit¬ trong hÖ thèng SBR : ChÕ ®é T/g(h) PH do PH d/c T° (°C) DO(mg/l) N-NH4 (mg/l) N-NO3-(mg/l) N-NO2-(mg/l) COD(mg/l) MLSS(mg/l) 1 0 7 28.3 7.6 205.4 0.11628 4.46485 1175 7751 1 8.05 7 29.4 4.85 156.9 0.05814 11.5946 - - 2 7.67 7 29.7 3.7 107.9 0.17442 8.0297 - - 3 7.44 7 30.4 2.45 55 0.17442 4.46485 - - 4 7.04 7 30.4 2.43 9.5 0.11628 8.0297 735 7882 5 7.7 7 30.2 0.06 8 0.05814 8.0297 - - 6 7.99 7 30.2 0.06 7.6 5E-16 4.46485 - - 7 8.45 7 30 0.06 7.5 0.17442 6.24728 300 8142 2 0 - 7 29.3 3.5 207.5 0.17442 4.465 840.9 7700 1 8.78 7 30.3 3.1 176.6 0.05814 4.465 - - 2 8.8 7 30.8 2.9 155.7 0.11628 4.465 571.5 - 3 7.73 7 30.8 2.78 128.4 0.17442 11.595 - - 4 7.03 7.03 31.2 2.51 96.5 0.11628 8.03 - 8120 5 7.44 7.03 30.6 0.06 48.9 0.05814 15.16 462.6 - 6 6.98 6.98 30.7 0.06 - 5E-16 8.03 - 8350 7 7 7 30.8 0.06 8.5 0.05814 4.465 - - 3 3 0 7.97 7 27 2.5 202.3 0.11628 4.465 2176.86 9600 1.5 7.86 7.09 26.8 1.9 165.4 0.17442 4.465 1950.1 - 3 7.98 7.02 26.7 0.8 115.4 5E-16 4.465 1814.05 - 4.5 7.92 6.96 26.2 0.6 75.3 5E-16 11.595 1133.78 10350 5.5 7.02 7.02 26.4 0.06 45.3 5E-16 0.9 - - 6.5 7.04 7.04 26.6 0.06 20.15 5E-16 15.16 793.646 - 7.5 7.09 7.09 27 0.06 18.5 5E-16 8.03 770.97 10485 4 0 - 7 30.1 6.5 210.7 0.11628 1.516 850.7 7759 1 8.14 7 30 0.8 179.9 0.17442 1.516 - - 2 8.26 7 30.1 0.6 160.2 5E-16 2.942 542.4 - 3 8.04 7 30.1 0.6 129.5 5E-16 4.368 - - 4 - 7 30.5 0.6 100.9 5E-16 3.655 430.5 7929 5 7.1 6.99 31.1 0.06 50.5 5E-16 2.585 - - 6 6.93 6.93 31.4 0.06 8.7 5E-16 3.298 181.4048 - 7 7.02 7.02 31.6 0.06 4.3 5E-16 2.942 45.3512 8017 Môc lôc