Đánh giá ảnh hưởng của tỷ lệ COD/TP đến quá trình xử lý Photpho, Nitơ trong hệ thống A2O quy mô phõng thí nghiệm

Nội dung text: Đánh giá ảnh hưởng của tỷ lệ COD/TP đến quá trình xử lý Photpho, Nitơ trong hệ thống A2O quy mô phõng thí nghiệm

1. Tạp chí phân tích Hóa, Lý và Sinh học - Tập 19, Số 4/2014 ĐÁNH GIÁ ẢNH HƢỞNG CỦA TỶ LỆ COD/TP ĐẾN QUÁ TRÌNH XỬ LÝ PHOTPHO, NITƠ TRONG HỆ THỐNG A2O QUY MÔ PHÕNG THÍ NGHIỆM Đến tòa soạn 30 - 5 – 2014 Đỗ Khắc Uẩn Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Nguyễn Hoàng Nam Khoa Môi trường, Trường Đại học Mỏ - Địa chất SUMMARY EVALUATING THE EFFECS OF COD/TP RATIO ON PHOSPHORUS AND NITROGEN REMOVAL IN A LAB-SCALE A2O SYSTEM The study was carried out to evaluate the effecs of COD/TP ratio on nitrogen and phosphorus removal nitrogen from synthetic wastewater in a lab-scale. The influent COD was prepared at about 350mg/L, while the TP was varied to obtain the COD/TP ratio of 20, 30, 40, and 60. The obtained results showed that when the COD/TP ratio was lower than 30, the TP removal efficiency increased when COD/TP ratio was increased, the TP removal efficiency was varied from 72% to 83%, corresponding to the effluent TP lower than 3.0 mg/L. The COD/TP ratio seemed not affect the COD and TN removal. At all COD/TP ratios, the COD and TN removal efficiencies were achieved at over 93% and 75%, respectively. Based on the observed results, it should be noted that during designing and operating the A2O system, the COD/TP ratio needs to be maintained at a proper ratio to achieve high removal efficiency. Keywords: A2O system, COD/TP ratio, nitrogen removal, phosphorus removal, wastewater 1. ĐẶT VẤN ĐỀ công nghệ có hiệu quả xử lý cao và có Công nghệ yếm khí - thiếu khí - hiếu khí nhiều ƣu điểm về chi phí vận hành so (A2O) đã đƣợc nghiên cứu và ứng dụng với các phƣơng pháp kết tủa hóa học nhiều để xử lý đồng thời các chất dinh [3,4,6]. Tuy nhiên, vận hành hệ thống dƣỡng (nitơ và photpho) trong nƣớc thải A2O này tƣơng đối khó và phức tạp hơn bằng phƣơng pháp sinh học [9]. Đây là nhiều so với hệ thống bùn hoạt tính 33
2. thông thƣờng [3]. Nhiều yếu tố nhƣ thời 2.1. Hệ thống thiết bị thí nghiệm gian lƣu, đặc trƣng nƣớc thải, nhiệt độ, Hình 1 biểu diễn sơ đồ nguyên lý của hệ gây ảnh hƣởng lớn đến hiệu suất xử lý thống thiết bị dùng trong nghiên cứu. Hệ của hệ thống A2O [1]. Thành phần của thống bao gồm ba ngăn: ngăn yếm khí nƣớc thải đầu vào ổn định là một trong (1,5 L), ngăn thiếu khí 3,75 L và ngăn những yêu cầu quan trọng cho quá trình hiếu khí 4,75 L. Nƣớc thải đƣợc bơm xử lý. Khi nƣớc thải có COD, TP thay định lƣợng vào hệ thống với lƣu lƣợng Q đổi có khả năng gây ảnh hƣởng đến sự = 900 mL/h. Hỗn hợp bùn - nƣớc thải sinh trƣởng và phát triển của các vi trong ngăn hiếu khí đƣợc bơm tuần hoàn khuẩn tích lũy poly-photphat (còn gọi là (lƣu lƣợng Q1 = 2,5 Q) trở lại ngăn thiếu vi khuẩn poly-P, hoặc PAOs) và do đó khí phục vụ cho quá trình khử nitrat. gây ảnh hƣởng đến hiệu suất khử Hỗn hợp bùn - nƣớc thải từ ngăn thiếu photpho của hệ thống [8]. Nếu tỷ lệ khí đƣợc bơm tuần hoàn (lƣu lƣợng Q2 = COD/TP đầu vào thấp, hiệu quả xử lý 1,5 Q) vào ngăn yếm khí cho quá trình photpho có thể bị ảnh hƣởng do COD phân giải polyphotphat. Nƣớc thải sau thiếu. Nếu tỷ lệ COD/TP đầu vào cao, khi ra khỏi ngăn hiếu khí đƣợc đƣa sang phần COD dƣ giúp sự sinh trƣởng và phát bể lắng (thể tích 2,5 L) làm nhiệm vụ triển của các vi khuẩn khác, làm giảm tỷ lắng tách bùn. Nƣớc trong đƣợc đƣa ra lệ PAOs trong bùn hoạt tính, và cũng sẽ ngoài, một phần bùn lắng đƣợc bơm tuần gây ảnh hƣởng đến hiệu quả xử lý. hoàn trở lại ngăn yếm khí (lƣu lƣợng Q2 Do đó, nghiên cứu đƣợc tiến hành để = 0,5 Q) và một phần bùn đƣợc thải bỏ. đánh giá ảnh hƣởng của tỷ lệ COD/TP Các máy khuấy lắp đặt ở các ngăn yếm đầu vào đến hiệu suất của quá trình xử lý khí và thiếu khí nhằm đảm bảo khuấy nitơ, photpho trong nƣớc thải bằng hệ trộn sinh khối ở trạng thái lơ lửng. Quá thống A2O. Ngoài ra, ảnh hƣởng của tỷ trình sục khí cho ngăn hiếu khí bằng lệ COD/TP đến sự thay đổi của thành không khí nén thổi qua các đầu phân tán phần P trong bùn thải và đến quá trình khí để duy trì nồng độ ôxi hòa tan xử lý COD cũng đƣợc nghiên cứu. khoảng 2,5 - 3,0 mg/L. 2. PHƢƠNG PHÁP THỰC HIỆN Hình 1. Sơ đồ hệ thống A2O dùng trong nghiên cứu 34
3. 2.2. Thành phần nƣớc thải Ảnh hƣởng của tỷ lệ COD/TP đến hiệu Nghiên cứu sử dụng nƣớc thải tổng hợp quả xử lý TP đƣợc biểu diễn trên hình 2. với các thành phần cơ bản gồm: Glucoza Kết quả cho thấy khi tỷ lệ COD/TP nhỏ 325 mg/L; NH4Cl 125 mg/L, NaHCO3 hơn 30, hiệu suất xử lý photpho tăng 220 mg/L; KH2PO4 24-76 mg/L, các tƣơng ứng với việc tăng tỷ lệ COD/TP. muối vi lƣợng (MnCl2.4H2O 0,19 mg/L; Khi tỷ lệ COD/TP ở mức 30, hiệu suất MgSO4.7H2O 5,60 mg/L; FeCl3.6H2O xử lý TP đạt khoảng 72%. Khi tỷ lệ 0,88 mg/L; CaCl2.2H2O 1,30 mg/L) (Do COD/TP lớn hơn 30, hiệu suất xử lý TP et al., 2009). Nƣớc thải đƣợc chuẩn bị từ tăng dần và nằm trong khoảng 76-83%. 3 lần/tuần nhằm duy trì nồng độ COD, Nồng độ TP trong dòng thải ra thấp hơn tổng nitơ (TN) ổn định ở các giá trị COD 3,0 mg/L. Kết quả thu đƣợc từ nghiên 350 mg/L, TN 32 mg/L. Tổng phốt pho cứu cho thấy việc duy trì tỷ lệ COD/TP (TP) đầu vào đƣợc chuẩn bị với nồng độ lớn hơn 30 có khả năng đảm bảo hiệu dao động từ 5,8 - 17,5 mg/L nhằm mục quả xử lý TP cao trong hệ thống A2O. đích đánh giá ảnh hƣởng của tỷ lệ Nói cách khác, tỷ lệ COD/TP 30 có thể COD/TP đến hiệu quả xử lý của hệ coi là giá trị giới hạn giữa COD và TP thống A2O. giới hạn trong hệ thống A2O. 2.3. Phƣơng pháp phân tích Sự biến thiên của hàm lƣợng bùn Các thông số COD, TP, TN, hàm lƣợng (MVSS) trong bể hiếu khí và hàm lƣợng chất rắn lơ lửng (MLSS), hàm lƣợng TP trong bùn tại các tỷ lệ COD/TP đƣợc chất rắn bay hơi (MLVSS) của nƣớc thải biểu diễn trên hình 3. Từ hình 3 cho thấy trƣớc và sau xử lý đƣợc phân tích theo có sự thay đổi khá lớn về tỷ lệ TP trong các phƣơng pháp chuẩn [2]. Nồng độ bùn. Khi tỷ lệ COD/TP tăng từ 20 đến + amoni (NH4 -N) xác định bằng phƣơng 60, thành phần TP trong bùn có xu pháp điện cực chọn lọc ion (Thermo hƣớng giảm rõ rệt, từ 8,3% xuống còn Orion, Model 95-12, USA). pH, DO khoảng 4,7%. Hàm lƣợng bùn (MLVSS) đƣợc đo bằng thiết bị pH/DO Meter cũng giảm từ 2650 mg/L xuống còn (Horiba Model D-55E, Japan). 2200 mg/L khi tỷ lệ COD/TP tăng lên. 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Tuy nhiên từ hình 3 cho thấy tỷ lệ 3.1. Ảnh hƣởng của tỷ lệ COD/TP đến MLVSS/MLSS lại tăng lên (72% lên hiệu suất xử lý TP 86%) khi tăng tỷ lệ COD/TP. 35
4. Hình 2. Ảnh hưởng của tỷ lệ COD/TP đến hiệu suất xử lý TP Hình 3. Ảnh hưởng của COD/TP đến thành phần TP trong bùn thải 3.2. Ảnh hƣởng của tỷ lệ COD/TP đến Điều này có thể đƣợc giải thích là do hiệu suất xử lý TN trong nghiên cứu này, nồng độ COD và Hình 4 biểu diễn sự biến thiên về hiệu TN đƣợc duy trì tƣơng đối ổn định trong suất xử lý TN theo tỷ lệ COD/TP. Đối khoảng 350 và 32 mg/L, tƣơng ứng với với tất cả các điều kiện COD/TP, hiệu tỷ lệ C/N khoảng 11, cho thấy nguồn suất xử lý TN đều đạt khá cao, từ 73- cacbon đủ để cho các vi khuẩn trong bể 78%, tƣơng ứng với nồng độ TN trung thiếu khí thực hiện quá trình khử nitrat. bình trong dòng thải ra khoảng 7,1 - 8,6 Các nghiên cứu khác cho thấy quá trình mg/L. Từ kết quả thu đƣợc cho thấy tỷ lệ khử nitrat có thể gần đạt hoàn toàn khi tỷ COD/TP hầu nhƣ không ảnh hƣởng đến lệ C/N đạt trên 8,4 [5,7,10]. hiệu suất xử lý TN bằng hệ thống A2O. 36
5. Hình 4. Ảnh hưởng của COD/TP đến hiệu suất xử lý TN 3.3. Ảnh hƣởng của COD/TP đến hiệu thống A2O: thông thƣờng một lƣợng lớn suất xử lý COD COD bị sử dụng vùng yếm khí do các vi Hiệu suất xử lý COD theo các tỷ lệ khuẩn poli-P, một phần sẽ đƣợc sử dụng COD/TP khác nhau đƣợc thể hiện trên trong vùng thiếu khí do các vi khuẩn khử hình 5. Từ hình vẽ cho thấy, với mọi tỷ nitrat và phần COD còn lại sẽ bị oxi hóa lệ COD/TP, hiệu suất quá trình xử lý trong vùng hiếu khí. Hiệu quả xử lý COD đạt trung bình từ 88-95%. Nồng độ COD thu đƣợc khá cao cho thấy rằng COD trong dòng sau xử lý khá thấp, chỉ hầu hết các hợp chất hữu cơ dễ phân hủy dao động trong khoảng 18 - 42 mg/L. sinh học. Đồng thời cũng cho thấy khả Trong nghiên cứu này tải trọng hữu cơ năng ứng dụng công nghệ A2O để xử lý đƣợc duy trì khoảng 0,76 kg đồng thời cả các chất hữu cơ và các chất COD/m3.ngày. Lƣợng cơ chất hữu cơ sẽ dinh dƣỡng. bị xử lý cả trong ba khu vực trong hệ Hình 5. Ảnh hưởng của COD/TP đến hiệu suất xử lý COD 4. KẾT LUẬN vào ảnh hƣởng lớn đến hiệu suất xử lý Từ các kết quả nghiên cứu thu đƣợc cho TP của hệ thống A2O. Khi tỷ lệ COD/TP thấy tỷ lệ COD/TP của nƣớc thải đầu thấp hơn 30, hiệu suất xử lý TP tăng 37
6. tuyến tính cùng với tỷ lệ COD/TP. reactor with sludge recycling. 1st Nhƣng khi tỷ lệ COD/TP lớn hơn 30, International Conference on hiệu suất xử lý TP đạt khoảng 72 - 83%, Technologies & Strategic Management và nồng độ TP trong dòng thải ra đều of Sustainable Biosystems, Perth, thấp hơn 3,0 mg/L. Tuy nhiên, hàm Western Australia, July 6-9, (2008). lƣợng bùn và thành phần P trong bùn lại 4. Banu J.R., K.U. Do, P. Nafisa, S. có xu hƣớng giảm khi tăng tỷ lệ. Trong Ramya and I.T. Yeom, Technologies to khi đó, tỷ lệ MLVSS/MLSS lại tăng khi remove nutrients from the wastewater. tăng tỷ lệ COD/TP. Đặc biệt, kết quả National Conference on Recent Trends nghiên cứu cũng cho thấy với tỷ lệ in Chemical Engineering. St. Peters COD/TP hầu nhƣ không ảnh hƣởng đến Engineering College, Chennai, India, hiệu quả xử lý TN và COD. Với mọi April 2-4. pp. 176-185, (2008). điều kiện COD/TP, hiệu suất xử lý TN 5. Carucci A., R. Ramadori, S.Rossetti và COD đều đạt rất cao (TN trên 75%, and M.C. Tomei, Kinetics of COD trên 93%). Từ kết quả nghiên cứu denitrification reactions in single sludge cho thấy khi thiết kế và vận hành hệ systems. Water Res. 30: 51-56, (1996). thống cần tính đến ảnh hƣởng của tỷ lệ 6. Do, K.U., J.R. Banu and I.T. Yeom, A COD/TP và cần duy trì tỷ lệ thích hợp để study on the effects of aluminum sulfate đảm bảo hiệu quả xử lý cao. Khi cân addition on organic and nutrient removal nhắc hiệu quả xử lý của hệ thống A2O, in an anoxic-aerobic system. J. Sci. nên duy trì tỷ lệ COD/TP lớn hơn 30 có Technol., 4: 110-118, (2009). khả năng đảm bảo hiệu quả xử lý TP, 7. Henze M., G.H. Kristensen and R. TN, và COD cao. Strube, Rate capacity characterization of wastewater nutrient removal processes. TÀI LIỆU THAM KHẢO Water Sci. Technol. 29: 101-107, (1994). 8. Peng, Y. and G. Zhu, Biological 1. Andrew, J. and J. David, Enhanced nitrogen removal with nitrification and biological phosphorus removal from denitrification via nitrite pathway. App. wastewater by biomass with different Microb. Biotechnol., 73: 15-26, (2006). phosphorus contents. Water Environ. 9. Tchobanoglous, G., F.L. Burton and Res., 75: 485-498, (2003). H.D. Stensel, Wastewater engineering: 2. APHA, Standard Methods for the Treatment, disposal and reuse. 4th edn. Examination of Water and Wastewater. McGraw-Hill, New York, (2003). 21st edition, American Water Works 10. Tseng, C., T.G. Potter and B.E. Association, Water Pollution and Control Koopman, Effect of influent chemical Federation, Washington, DC (2005). oxygen demand to nitrogen ratio on a 3. Banu J.R., K.U. Do and I.T. Yeom, partial nitrification/denitrification Nutrient removal in an A2/O-MBR process. Water Res. 32: 165-173, (1998). 38