Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
Xác định hiệu suất sinh khối Y và hệ số phân hủy nội sinh kp

Xác định hiệu suất sinh khối Y và hệ số phân hủy nội sinh kp

Tải bản đầy đủ - 0trang

Bảng 3.8. Bảng tính tốn số liệu theo cơng thức 2-25



T

ừ bảng

3.8 vẽ

biểu đồ

biểu

diễn sự

phụ

thuộc

tuyến

tính

giữa đó

tìm ra

được

hiệu

suất

sinh

khối Y



và hệ số

phân

hủy nội

sinh kp.



1







vsu



c



Biểu đồ 3.5. Phụ thuộc tuyến tính giữa

Từ các biểu đồ trên thu được kết quả ở bảng sau:

Bảng 3.9. Kết quả thực nghiệm các thông số Y và kp

Nồng độ N-NH4+ mg/L



1



và vsu

X

c



Y



kp



10



0.38



0.04



15



0.29



0.04



20



0.26



0.04



30



0.13



0.01



40



0.15



0.03



50



0.10



0.02



X

từ



Biểu đồ 3.6. Biểu đồ hiệu suất sinh khối Y và hằng số phân hủy nội kp

Từ biểu đồ tính tốn được hiệu suất sinh khối Y và hằng số phân hủy nội k p,

có thể có một vài nhận xét về sự hình thành sinh khối như sau: khi nồng độ amoni

càng tăng hiệu suất sinh khối có su thế giảm tuy nhiên các giá trị dao động trong

khoảng hẹp 0.1-0.38, so sánh với các giá trị trong tài liệu [21,22,24] trong khoảng

0,1-0,3 cho thấy giá trị Y tìm được trong thí nghiệm có độ tin cậy cao, hiệu suất

sinh khối tạo thành mang ý nghĩa là khi tiêu hao một lượng cơ chất sẽ sinh ra được

một lượng sinh khối nào đó. Giá trị Y cao đồng nghĩa với thời gian khởi động hệ

thống ngắn và lượng bùn dư cần thải cao. Còn đối với hằng số phân hủy nội sinh là

một thông số đánh giá sự suy giảm vi sinh vật có trong hệ. Từ kết quả có được có

thể thấy, sự phân hủy nội sinh diễn ra không quá khác nhau khi thay đổi nồng độ NNH4+ đầu vào. Giá trị kp thấp thể hiện khả năng duy trì hoạt tính cao của vi sinh vật

trong hệ xử lý dao động trong khoảng 0.01-0.04 cũng tương đương với các giá trị

trong nghiên cứu [21,22,24].

3.2.3 Xác định phương trình tốc độ khử nitrat riêng (U) đồng thời trong hệ

bể hiếu khí

Hệ thống thí nghiệm được bố trí theo dòng liên tục để đánh giá khả năng

khử nitrat bên trong lớp màng của vật liệu DHY trong hệ phản ứng hiếu khí và

khơng bổ sung cơ chất (có nghĩa là q trình khử nitrat sẽ sử dụng cơ chất từ phân

hủy nội sinh).



Bảng 3.10. Đánh giá khả năng khử nitrat đồng thời trong hệ hiếu khí

NThời gian

lưu (giờ)



NNH4+ vào

(mgN/l)

+



Nồng độ N-NH4 10 mg/L

0.3

9.60

0.4

9.60

0.6

9.60

0.8

9.60

1.0

9.60

+

Nồng độ N- NH4 20 mg/L

0.5

21.90

1.0

21.90

1.5

21.90

2.0

21.90

2.5

21.90

+

Nồng độ N- NH4 25 mg/L

0.5

24.60

0.7

24.60

1.0

24.60

1.5

24.60

2.0

24.60

2.5

24.60

+

Nồng độ N- NH4 30 mg/L

0.5

31.30

0.7

31.30

1.3

31.30

2.0

31.10

2.7

31.10

3.3

31.10

+

Nồng độ N- NH4 40 mg/L

0.7

38.00

1.3

38.00

2.0

38.00

2.7

38.00

3.3

38.00

+

Nồng độ N- NH4 50 mg/L

0.75

49.00

1.25

49.00

2.00

49.00

2.67

49.30

3.33

49.30



N-NO3-



N-NO3-



vào



ra



(mg/L)



(mg/L)



1.15

0.95

0.63

0.58

0.43



0.28

0.28

0.28

0.28

2.21



2.27

2.41

2.41

2.21

2.73



5.35

3.20

2.40

1.10

0.32



0.52

0.52

0.52

0.52

0.52



9.50

5.28

3.64

1.20

0.54

0.38



NNO2-



Tốc độ



T.gian



N-NO2-



T-N



T-N



ra



vào



ra



(mg/L)



(mg/L)



(mg/L)



0.04

0.04

0.04

0.04

0.04



2.17

1.98

1.58

1.31

0.82



9.92

9.92

9.92

9.92

11.85



5.59

5.34

4.62

4.10

3.98



17.30

11.44

8.82

7.27

7.87



0.014

0.010

0.007

0.006

0.007



6.25

10.00

15.00

20.00

25.00



6.77

7.14

10.58

10.75

11.62



0.04

0.04

0.04

0.04

0.04



1.48

1.84

0.21

0.08

0.00



22.46

22.46

22.46

22.46

22.46



13.60

12.18

13.20

11.93

11.94



17.72

10.28

6.11

5.26

4.21



0.015

0.009

0.005

0.004

0.004



12.50

25.02

37.94

50.13

62.71



0.36

0.36

0.36

0.36

0.36

0.36



6.10

8.13

8.57

12.70

13.04

14.52



0.07

0.07

0.07

0.07

0.07

0.07



1.07

1.78

2.15

0.52

0.38

0.00



25.04

25.04

25.04

25.04

25.04

25.04



16.66

15.19

14.36

14.42

13.96

14.90



16.75

14.77

10.68

7.01

5.54

4.05



0.014

0.012

0.009

0.006

0.005

0.003



12.50

16.67

25.00

37.88

50.00

62.50



9.70

5.50

4.68

1.50

1.09

0.76



0.47

0.47

0.47

0.47

0.47

0.47



7.84

8.24

10.91

12.65

13.98

16.55



0.04

0.04

0.04

0.04

0.04

0.04



4.50

4.23

4.17

3.42

3.22

3.10



31.81

31.81

31.81

31.61

31.61

31.61



22.04

17.97

19.76

17.57

18.29

20.42



19.54

18.54

9.64

7.02

4.98

3.36



0.016

0.015

0.008

0.006

0.004

0.003



12.50

18.66

31.25

50.00

66.84

83.33



12.7

5.15

2.84

1.20

0.84



0.51

0.51

0.51

0.51

0.51



7.02

10.66

16.90

18.58

21.70



0.03

0.03

0.03

0.03

0.03



2.40

6.30

0.61

0.37

0.00



38.55

38.55

38.55

38.55

38.55



22.13

22.11

20.35

20.15

22.54



22.00

13.15

9.10

6.88

4.80



0.018

0.011

0.008

0.006

0.004



18.66

31.25

50.00

66.84

83.33



18.0

12.0

6.55

4.12

2.70



0.50

0.50

0.50

0.50

0.50



9.10

10.61

16.48

20.71

24.21



0.04

0.04

0.04

0.04

0.04



2.89

6.42

6.91

4.81

2.74



49.54

49.54

49.54

49.84

49.84



29.99

29.03

29.94

29.64

29.65



26.19

16.40

9.80

7.56

6.06



0.02

0.01

0.01

0.01

0.01



18.66

31.25

50.00

66.84

83.33



NH4+

ra

(mgN



vào

(mg/L)



khử



U



(mgN/L.



(gN/gSK)



h)



lưu tế

bào

(Ngày)



/l)



Biểu đồ 3.7. Đánh giá khả năng khử nitrat đồng thời trong hệ hiếu khí

Từ biểu đồ thu thập được các giá trị k và n theo bảng sau:

Bảng 3.11. Giá trị k và n từ thực nghiệm

Nồng độ N-NH4+ (mg/L)

10

20

25

30

40

50



k

0.04

0.06

0.07

0.20

0.45

0.48



n

0.60

0.60

0.65

0.92

1.08

1.03



Biểu đồ 3.8. Biểu đồ hồi quy số liệu

Từ biểu đồ 3.8 có thể lựa chọn k và n giá trị trung bình theo biểu đồ hồi quy

số liệu cho phương trình thực nghiệm tính toán tốc độ khử nitrat riêng U = k.c-n .

Trong các tài liệu [23,24] đã đưa ra phương trình kinh nghiệm với các giá trị



k



= 0,12 và n = 0,76 so sánh với các giá trị tìm được trong thí nghiệm là k trong

khoảng 0,04-0,48 và n trong khoảng 0,6-1,03 là khá rộng, vì vậy cần phải thử

nghiệm tính tốn cho pilot hiện trường để kiểm chứng và đưa ra thơng số đại diện

cho phương trình.

3.2.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến q trình nitrat hóa và khử nitrat

Ảnh hưởng của nồng độ amoni lên q trình nitrat hóa: Sự thay đổi nồng

độ amoni trong q trình thí nghiệm được biểu diễn trong bảng 3.12 và biểu đồ 3.9.

Bảng 3.12. Sự suy giảm nồng độ amoni theo thời gian

Nồng độ N-NH4+ (mg/L)



Thời gian (phút)

0

15

30

45

60

75

90

120

150

180



10

8.1

5.75

3.25

0.25



15

12.4

8.25

5.2

2.1

0.6



20

15.65

11.7

7.5

4.48

1.65



25



30



40



50



16.8

12.5

11.8

8.6

6.4

2.8



23.17

19.4

15.7

12.8

8.92

4.37

2.15



29.7

25.2

20.3

18.2

13.7

6.91

3.73

2.01



37.3

33.8

25.7

22.5

17.9

11.5

5.12

2.94



Biểu đồ 3.9. Ảnh hưởng của thời gian lưu tới tốc độ nitrat hóa

Biểu đồ 3.9 và bảng 3.12 có thể thấy rằng, nồng độ amoni giảm dần theo

thời gian, nồng độ N-NH4+ đầu vào càng cao thì thời gian lưu thủy lực càng dài.

Biểu đồ 3.9 biểu diễn giá trị biến thiên nồng độ N-NH 4+ theo thời gian, khi lập

phương trình theo thực nghiệm với phương trình S = S0.e-kt được hệ số tốc độ phản

ứng k lần lượt là 0,055; 0,042; 0,032; 0,018; 0,017 và 0,016 tương ứng với các

nồng độ 10, 15, 20, 25, 30, 40, 50 mgN/L. Kết quả cho thấy tốc độ nitrat hóa giảm

gần như tuyến tính trong vùng nồng độ thấp [49], trong trường hợp vùng nồng độ

cao thì tốc độ nitrat hóa giảm khơng đáng kể điều này chứng tỏ có sự ức chế của

amoni và nitrit lên q trình nitrit hóa và nitrat hóa [81]. Thêm nữa, cũng có thể

giải thích của việc hệ số tốc độ phản ứng giảm do tăng nồng độ amoni như sau: giả

sử vi sinh vật là nguồn tiêu thụ cơ chất còn amoni là thức ăn, mật độ vi sinh vật

trong bình phản ứng khơng thay đổi, tuy nhiên nồng độ amoni tăng lên (thức ăn),

tức là tỉ lệ F/M (thức ăn/ vi sinh vật) tăng lên. Nguồn thức ăn tăng lên, trong khi đó

nguồn tiêu thụ ổn định, do vậy hàm lượng amoni giảm chậm vì thế hệ số tốc độ

phản ứng nhỏ dần.

Ảnh hưởng của mật độ vật liệu mang lên tốc độ nitrat hóa: Thí nghiệm

được tiến hành bàng kỹ thuật theo mẻ, mật độ vật liệu mang với nồng độ lần lượt là

10, 15, 20, 25, 30% cho mỗi bình phản ứng cùng thể tích. Cố định nồng độ amoni

đầu vào là 20 mgN/L và đảm bảo các điều kiện về độ kiềm, DO, pH và phốt pho.

Bình thí nghiệm được bố trí như hình 2.4 cho mỗi bình (05 bình). Vật liệu mang

được ni trong một môi trường đồng nhất để đạt cùng mật độ vi sinh khoảng

6000 g/m3.vật liệu mang. Cứ 15 phút lấy mẫu phân tích phân tích xác định nồng độ



amoni tại mỗi bình và kết quả được tổng hợp trong bảng 3.13.

Bảng 3.13. Ảnh hưởng của mật độ vật liệu mang tới tốc độ nitrat hóa

Mật độ (%)

Thời gian (phút)



0

15

30

45

60

75

90



10



15



20



25



30



19.30

17.30

15.60

12.10

8.85

5.17

2.98



19.30

16.70

13.41

9.92

7.14

4.14

2.08



20.00

15.65

11.70

7.50

4.48

1.65

1.30



20.70

13.70

7.92

5.43

2.15

1.17

0.65



20.30

12.10

6.25

4.43

1.76

0.34

0.24



Biểu đồ 3.10. Ảnh hưởng của mật độ vật liệu mang tới quá trình nitrat hóa

Các số liệu từ bảng 3.13 và biểu đồ 3.10 có thể thấy rằng, mật độ càng tăng

thì tốc độ oxy hóa càng tăng. Có thể thấy rằng, hệ số tốc độ phản ứng tăng lần lượt

là 0.02; 0.02; 0.03; 0.04; 0.05 tương ứng khi mật độ vật liệu mang tăng là 10%;

15%; 20%; 25% và 30%. Tốc độ nitrat hóa phụ thuộc vào mật độ sinh khối, tức là

phụ thuộc vào vật liệu mang. Tăng vật liệu mang đồng nghĩa tăng sinh khối trong

bình phản ứng do đó tốc độ phản ứng tăng lên. Theo kết quả thí nghiệm khi tăng

mật độ VLM lên 3 lần thì tốc độ phản ứng chỉ tăng lên 2 lần, điều này có thể giải

thích rằng khi tăng VLM (tăng sinh khối) thì có sự cạnh về oxyvà amoni, hơn nữa

khi tăng VLM cũng làm cho khả năng chuyển động của chúng bị giảm xuống. Mật

độ vật liệu mang lớn có thể gây ra quá trình ma sát giữa các vật liệu dẫn đến q

trình mài mòn vật liệu mang và làm bong tróc lớp màng vi sinh. Với các quan sát

trong các bình thí nghiệm thì mật độ vật liệu mang 20-25% thì các hạt vật liệu vẫn



chuyển động tốt nhưng bình với mật độ 30% cho thấy chuyển động của các hạt vật

liệu bắt đầu khó khăn. So sánh với các nghiên cứu trước đây [3,12,15,16, 42,43, 28,

29] đều sử dụng vật liệu mang với mật độ 70-80% thì chứng tỏ sự hiệu quả hiệu

suất xử lý, tiết kiệm năng lượng sục khí và giảm chi phí vật liệu mang đáng kể.

Ảnh hưởng của nồng độ oxy(DO) lên tốc độ nitrat hóa: Sự thay đổi nồng

độ oxytrong q trình thí nghiệm được biểu diễn trong bảng 3.14 và biểu đồ 3.11.

Bảng 3.14. Diễn biến xử lý amoni trong điều kiện các nồng độ oxy khác nhau

Thời

gian



DO = 1 (mgO2/L)

N-NH4+



N-NO2-



(phút)



NNO3-



DO = 3 (mgO2/L)

N-



DO = 5 (mgO2/L)



NH



NNO2-



NNO3-



N-NH4+



+

4



N+

2



DO = 7 (mgO2/L)



N+

3



NO



NO



N-NH4+



N+

2



N-



NO



NO3+



0



20.00



0.02



1.23



20.00



0.03



1.23



20.00



0.03



1.23



20.01



0.04



0.47



30



18.70



0.03



2.00



16.35



0.03



2.30



14.75



0.04



4.00



13.40



0.05



1.51



60



17.40



0.03



2.10



13.60



0.04



2.30



11.20



0.05



4.10



8.50



0.06



5.30



90



16.50



0.04



3.00



11.30



0.05



3.34



7.05



0.06



4.23



4.50



0.07



6.14



120



15.34



0.03



4.10



8.55



0.04



5.34



3.95



0.05



6.31



1.70



0.05



7.20



150



14.56



0.03



4.20



6.90



0.03



8.12



2.00



0.04



8.70



0.80



0.05



9.10



180



13.23



0.02



4.20



5.70



0.03



8.63



1.20



0.03



9.30



0.50



0.04



9.50



Biểu đồ 3.11. Sự biến thiên amoni, nitrat theo các nồng độ oxy khác nhau

Từ kết quả của bảng 3.14 và biểu đồ 3.11 cho nhận xét như sau: Trong điều

kiện nồng độ oxy thấp khả năng oxy hoá amoni thấp, tăng dần lên khi nồng độ oxy

tăng. Cụ thể trong điều kiện nồng độ oxy được duy trì trong các khoảng sau



1-1,5 mgO2/L, 2-3 mgO2/L, 4-5mgO2/L, 6-7 mgO2/L, trong thời gian 2 giờ, hiệu

quả oxy hoá amoni đạt được tương ứng là 23,3%, 57,25%, 80,25% và 91,5%. Kết

quả này cho thấy sự phù hợp với phương trình 3-12 của Monod về sự ảnh hưởng

của nồng độ oxy. Thí nghiệm cho thấy nồng oxy hòa tan cao hơn khoảng 23 mgO2/L thì vi sinh vật tự dưỡng phát triển mạnh và thấp hơn 1 mgO 2/L thì gây ra

sự suy giảm mạnh điều này phù hợp với các nghiên cứu [23,24]. Như vậy ta thấy rõ

được vai trò quan trọng của oxy trong q trình nitrat hóa nồng độ oxy tăng thì tốc

độ xử lý amoni cũng tăng tuyến tính và hiệu quả xử lý tối ưu khi nồng độ oxy lớn

hơn 4 mgO2/L.

Nồng độ nitrat tăng dần lên khi nồng độ oxytrong bình tăng cụ thể là 4,1;

5,35; 6,31; 7,2 mgN-NO3-/L tương ứng với 1, 3, 5, 7 mgO2/L, trong thời gian 2 giờ.

Có nghĩa là nồng độ oxy đã ảnh hưởng đến q trình khử nitrat hay nói cách khác

mơi trường giầu oxy đã làm cho khơng gian thiếu khí bị thu hẹp [23]. Tuy nhiên

mức độ ảnh hưởng này không cao và hàm lượng nitrat vẫn nằm dưới tiêu chuẩn cho

phép theo QCVN01:2009/BYT.

Thí nghiệm này cũng lý giải thêm khả năng khử nitrat ngay trong điều kiện

hiếu khí với nồng độ oxy cao. Vật liệu dạng xốp DHY đã tạo điều kiện hình thành

lớp thiếu khí phía bên trong VLM và cũng chứng minh hệ số khuếch tán của oxy

trong nước chậm hơn 5 lần so với nitrat [81] nên đã tạo ra mơi trường giàu nitrat

phía trong lớp màng tạo điều kiện quá trình khử nitrat.

Đánh giá hiệu quả nitrat hóa khi thí nghiệm với nhiều bình nối tiếp: Thí

nghiệm được tiến hành với các bình mắc nối tiếp, gồm các hệ bình: 2 bình nối tiếp,

3 bình nối tiếp nhau với lưu lượng đầu vào Q, thể tích các bình bằng nhau. Mục

đích của thí nghiệm nhằm đánh giá và tăng hiệu suất phản ứng trong hệ, khi đó đầu

ra của bình phản ứng trước trở thành đầu vào của bình phản ứng sau, nồng độ của

cơ chất có trong hệ giảm và sản phẩm tăng ở các bình nối tiếp.

Ảnh hưởng số lượng bình phản ứng tới hiệu suất của q trình oxy hóa

amoni trong các bình phản ứng được đánh giá trong bảng 3.15.



Bảng 3.15. Ảnh hưởng của số lượng bình phản ứng lên tốc độ oxi hóa amoni



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Xác định hiệu suất sinh khối Y và hệ số phân hủy nội sinh kp

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×