Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
Đánh giá hiệu quả khử nitrat đồng thời trong hệ hiếu khí: Kết quả thí

Đánh giá hiệu quả khử nitrat đồng thời trong hệ hiếu khí: Kết quả thí

Tải bản đầy đủ - 0trang

nghiệm theo mẻ với mật độ vật liệu mang 20% và nồng độ N-NH4+ thay đổi từ 10;

15; 20; 25 và 30 mgN/L được thể hiện trong bảng 3.16 như sau:

Bảng 3.16. Khả năng khử nitrat đồng thời trong bể hiếu khí

Thời gian (phút)



Thời



N-NH4+



N-NO3



N-NO2



T-N



gian lưu



(mgN/L)



(mgN/L)



(mgN/L)



(mgN/L)



0.25

0.50

0.75

1.00



10.00

6.85

5.00

2.85

0.55



0.76

3.61

4.39

5.55

6.96



0.08

0.35

0.27

0.30

0.20



10.85

10.81

9.67

8.70

7.71



0.25

0.50

0.75

1.00

1.25



15.00

10.50

8.65

5.60

3.65

2.30



0.97

4.62

4.18

6.87

7.36

9.09



0.19

0.96

1.23

1.77

1.52

0.91



16.17

16.08

14.06

14.24

12.53

12.30



0.50

1.00

1.50

2.00



20.00

13.80

8.30

5.30

2.10



0.96

4.58

8.02

9.15

11.91



0.07

2.37

1.89

1.52

0.82



21.03

20.76

18.20

15.97

14.83



0.42

1.00

1.50

2.00

2.50



25.00

16.20

12.20

7.60

3.80

0.70



0.50

5.94

7.91

10.42

13.29

15.08



0.03

2.68

3.68

3.87

3.59

1.86



25.52

24.82

23.79

21.89

20.68

17.64



0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

3.00



30.00

20.50

14.41

9.40

5.70

3.80

1.30



0.75

3.70

8.32

12.44

15.49

17.04

18.08



0.01

3.12

3.71

4.26

2.71

0.88

0.15



30.76

27.32

26.44

26.10

23.90

21.72

19.53



+



Nồng độ N-NH4 10mg/L

0

15

30

45

60

Nồng độ N-NH4+ 15mg/L

0

15

30

45

60

75

Nồng độ N-NH4+ 20 mg/L

0

30

60

90

120

Nồng độ N-NH4+ 25mg/L

0

25

60

90

120

150

Nồng độ N-NH4+ 30mg/L

0

30

60

90

120

150

180



Từ kết quả thu được trong bảng 3.16 tiến hành vẽ biểu đồ 3.13 thể hiện mối

quan hệ giữa N-NH4+; nitrit và nitrat ứng với mỗi nồng độ amoni đầu vào

khác nhau.



N-NH4 (mg/l) N-NO2 (mg/l) N-NO3 (mg/l)



10.00

5.00



Nồng độ N-NH4 (mg/L)



Nồng độ N-NH4 (mg/L)



10mgN/L



15.00



N-NH4 (mg/l)

N-NO2 (mg/l) N-NO3 (mg/l)



15.00

10.00

5.00



50100

Thời gian (phút)



20mgN/L



25.00 N-NH4 (mg/l) N-NO2 (mg/l) N-NO3 (mg/l)

20.00

15.00

10.00

5.00

-



0



50100

Thời gian (phút)



0



Nồng độ N-NH4 (mg/L)



0

Nồng độ N-NH4 (mg/L)



15mgN/L



20.00



50

Thời gian (phút)



100



25mgN/L



30.00

N-NH4 (mg/l) N-NO2 (mg/l) N-NO3 (mg/l)

25.00

20.00

15.00

10.00

5.00

-



150



0



100

Thời gian (phút)



200



Biểu đồ 3.13. Khử nitrat đồng thời

trong bể hiếu khí



Bảng 3.16 và biểu đồ 3.13 cho thấy rằng với nồng độ nito amoni đầu vào lần

lượt là 10; 15; 20;25 mgN/L thì sau thời gian 60; 75; 120;150 phút cả 3 chi tiêu

amoni, nitrit và nitrat đều đảm bảo theo tiêu chuẩn 3; 3 và 50 mg/L. Điều này cho

thấy được khả năng khử nitrat đang diễn ra đồng thời với q trình nitrat hóa trong

điều kiện hiếu khí. Riêng nồng độ nitơ amoni đầu vào 30 mgN/L thì trong thí

nghiệm này với thời gian lưu 180 phút (3h) thì nồng độ nitrat là 18,08 mgN/L vẫn

cao hơn tiêu chuẩn cho phép (11,3 mgN/L) nó cho thấy có sự giới hạn về khả năng

khử nitrat vì thiếu cơ chất.

Để đánh giá khả năng khử nitrat trong hệ, đánh giá ảnh hưởng của nồng độ

amoni đầu vào tới quá trình khử nitrat, bảng 3.17 đánh giá hiệu suất khử nitrat và

tốc độ khử nitrat khi thay đổi nồng độ amoni đầu vào.



Bảng 3.17. Ảnh hưởng của nồng độ N-NH4+ đầu vào tới hiệu suất khử nitrat

Nồng độ N-NH4+ (mg/L) Tốc độ khử nitrat (mg/L.h)

10

3.74

15

3.09

20

3.10

25

3.15

30

3.74



Hiệu suất (%)

32.67

23.90

29.46

30.90

36.52



Số liệu thí nghiệm được lấy từ những thí nghiệm đánh giá ảnh hưởng của

nồng độ amoni đầu vào đến việc suy giảm nitơ theo thời gian của từng bình thí

nghiệm. Các số liệu thí nghiệm được trình bày trong bảng 3.18.

Bảng 3.18. Suy giảm nồng độ N theo thời gian

Thời gian

0

15

30

45

60

75

90

120

180



11.45

11.45

10.12

8.70

7.71



16.17

16.08

14.06

14.24

12.53

12.30



T-N (mg N/l)

21.48

20.92

20.76

19.10

18.20

16.70

15.97

14.83



25.59

25.20

24.83

24.40

23.79

22.50

21.89

20.68

13.80



30.76

30.10

27.32

26.80

26.44

26.20

26.10

23.90

19.53



Biểu đồ 3.14 và bảng 3.18 ghi lại sự suy giảm nitơ trong hệ xử lý amoni theo

thời gian. Có thể thấy, lượng nitơ trong nước có sụt giảm, từ khoảng 25-35% tùy

thuộc vào thời gian lưu nước. Lượng nitơ sụt giảm khá nhiều chứng tỏ q trình

khử nitrat có diễn ra và quá trình khử đã diễn ra trong điều kiện thiếu khí phía trong

màng vi sinh với việc sử dụng cơ chất từ phân hủy nội sinh



Biểu đồ 3.14. Sự suy giảm N trong hệ

phản ứng theo thời gian



Biểu đồ 3.15. Tốc độ và hiệu suất khử

N theo nồng độ amoni đầu vào



Ảnh hưởng của cơ chất lên quá trình khử nitrat: Để khảo q trình này

thực hiện thí nghiệm theo mẻ sử dụng 5 bình, mỗi bình dung tích 5 lít, mật độ mang

20%, nồng độ amoni 30 mgN/L, pH = 8,2, độ kiềm 300 mgCaCO 3/L, phốt pho

1,5 mgL, nước được bổ sung cơ chất là ethanol với tỷ lệ C/N lần lượt là 0; 0.5; 1; 2;

5. Sử dụng 2 quả sục khí đảm bảo sự xáo trộn hoàn toàn và tiến hành lấy mẫu 30

phút/lần cho đến khi các chỉ tiêu amoni, nitrit, nitrat về tiêu chuẩn cho phép. Kết

quả thí nghiệm thể hiện trong bảng 3.19 như sau:

Bảng 3.19. Kết quả xử lý amomi và khử nitrat khi có bổ sung cơ chất

C/N



0



+



-



-



T-N



COD



Tốc độ khử



(mgN/l)



(mgN/l)



(mgO2/l)



(mgN/L.h)



0.01



0.75



30.76



-



20.50



3.12



3.70



27.32



6.88



60



14.41



3.71



8.32



26.44



0.88



90



9.40



4.26



12.44



26.10



0.23



120



5.70



2.71



15.49



23.90



1.10



150



3.80



0.88



17.04



21.72



0.87



180



1.30



0.15



18.08



19.53



0.73



210



0.30



0.13



18.58



19.01



0.15



38.21



3.92



NH4



NO2



(mgN/l)



(mgN/l)



0



30.00



30



Thời

gian

(phút)



Hiệu suất (%)



NO3



99.00



0



30.00



0.01



0.75



30.76



16.30



30



25.10



2.00



2.96



30.06



1.40



60



18.25



2.30



6.66



27.21



2.86



90



12.21



2.80



8.71



23.72



2.32



+



-



NH4



NO2



(mgN/l)



(mgN/l)



-



T-N



COD



Tốc độ khử



(mgN/l)



(mgN/l)



(mgO2/l)



(mgN/L.h)



NO3



C/N



Thời

gian

(phút)



0.5



120



8.30



1.54



10.84



20.68



1.52



150



4.81



0.71



11.93



17.44



1.30



180



2.30



0.12



12.65



15.07



0.79



210



1.20



0.10



12.70



14.00



Hiệu suất (%)



1



4.79



30



0.01



0.75



30.76



30



26.00



1.60



3.14



30.74



0.04



60



19.80



1.75



4.66



26.21



4.53



90



15.15



2.10



8.20



25.45



0.51



120



9.50



0.98



9.30



19.78



2.84



150



4.34



0.30



11.47



16.11



1.47



180



2.62



0.15



11.30



14.07



0.68



210



1.26



0.09



10.86



12.21



91.27



29.80



18.40



60.31



0.53

5.30



0



30



0.01



0.75



30.76



30



27.60



1.00



2.03



30.63



0.26



60



21.75



1.40



3.73



26.88



3.75



90



19.17



1.70



0.82



21.69



3.46



120



10.50



0.78



5.58



16.86



2.41



150



4.91



0.24



8.30



13.45



1.37



180



2.68



0.12



9.21



12.01



0.48



210



1.21



0.09



9.50



10.80



Hiệu suất (%)



5



54.49



0.31



0



Hiệu suất (%)



2



92.33



9.54



91.07



61.50



34.10



64.89



0.35

5.70



0



30



0.01



0.75



30.76



30



28.10



0.80



1.24



30.14



1.24



60



23.50



0.80



3.00



27.30



2.84



90



20.12



1.30



2.94



24.36



1.96



120



16.20



0.65



5.50



22.35



1.01



150



8.50



0.20



7.80



16.50



2.34



180



5.23



0.11



8.50



13.84



0.89



210



2.85



0.09



6.20



9.14



Hiệu suất (%)



82.57



70.29



152.14



95.20



1.34

6.18



Kết quả trong Biểu đồ 3.16 và bảng 3.19 ghi lại tốc độ khử nitrat là 3,38;



4,79; 5,3; 5,7; 6,18 tương ứng với tỷ lệ C/N là 0; 0,5; 1; 2; 5 cho thấy rằng khi bổ

sung cơ chất đã làm hiệu suất khử nitơ từ 33% lên 70% tức là gấp khoảng 2 lần so

với trường hợp không bổ sung cơ chất. Chứng tỏ hiệu suất khử nitrat phụ thuộc

nồng độ cơ chất cũng như khả năng dễ sinh hủy của nó [22,24].

Tuy nhiên việc bổ sung cơ chất cũng làm ức chế q trình nitrat hóa kết quả

hiệu suất là 97; 92,33; 91,27; 91,07; 82,57 tương ứng với tỷ lệ C/N là 0; 0,5; 1; 2; 5

cho thấy việc suy giảm quá trình này khi tăng nồng độ cơ chất với khoảng ảnh

hưởng khoảng 10-15%.



Biểu đồ 3.16. Tốc độ khử nitrat khi bổ

sung cơ chất



Biểu đồ 3.17. Hiệu suất xử lý amoni

và khử nitrat khi bổ sung cơ chất



Kết quả thí nghiệm cũng cho thấy sự tồn tại của cơ chất còn dư lại trong các

bình phản ứng lần lượt là 9,54; 18,4; 34,1; 98,2 điều này có nghĩa là cần phải bổ

sung thêm một cơng đoạn để xử lý ơ nhiễm chất hữu cơ. Vì vậy trong việc xử lý

nước ngầm nhiễm amoni vùng Hà Nội cần cân nhắc việc có hay khơng cần thiết bổ

sung cơ chất.

3.3. Mơ hình pilot thực tế

3.3.1. Tính tốn và thiết kế pilot

Bài toán: Thiết kế pilot hiện trường cho điều kiện nước ngầm sau xử lý của

dây chuyền hiện có tại trạm n Xá – Thanh trì với cơng suất 5m 3/h, hàm lượng

amoni là 20 mgN/L, độ kiềm 300 mg(CaCO3)/L và không bổ sung cơ chất. Yêu cầu

chất lượng nước sau xử lý đảm bảo các chỉ tiêu theo QCVN01:2009/BYT như sau:

Nồng độ amoni sau xử lý 3mg/L (2,3 mgN/L), nồng độ nitrat sau xử lý 50 mg/L

(11,3 mgN/L), nồng độ nitrit sau xử lý 3mg/L (0,91 mgN/L).



Mô hình dây chuyền cơng nghệ của hệ thiết bị xử lý amoni



Hình 3.3. Dây chuyền cơng nghệ của hệ thiết bị xử lý amoni

Dây chuyền công nghệ trạm xử lý nước Yên Xá và hệ thiết bị xử lý amoni



Hình 3.4. Dây chuyền công nghệ trạm xử lý nước Yên Xá



Tính tốn hệ thiết bị xử lý amoni:

Cơng suất thiết kế



q



=



5



m3/h



Thời gian hoạt động



T



=



24



h



Amoni đầu vào tính theo nitơ



So



=



20



mgN/L



Tiêu chuẩn amoni sau xử lý tính theo nitơStiêu chuẩn = 2.33



mgN/L



Tiêu chuẩn nitrit sau xử lý tính theo nitơ



NO2- = 0.91



mgN/L



Tiêu chuẩn nitrit sau xử lý tính theo nitơ



NO3- = 11.29



mgN/L



Độ kiềm



=



308



mg(CaCO3)/L



COD



=



7



mg/L



Phốt pho



=



0.70



mg/L



Phương án 1: Q trình nitrat hóa có thể sử dụng kết quả tốc độ nitrat hóa

r=16,25 mgN/L.h của phương trình tổng quát thay vào 2-5 để xác định thời gian

lưu thủy của bể MBBR là phương pháp đơn giản. Khi đó thời gian lưu thủy lực tối

thiểu là c,t=1,08 h, một hệ số an toàn F=1,2-1,5 được lựa chọn để cho kết kết quả

thiết kế về thời gian lưu thủy lực thực tế c,t=1,4 h.

Phương án 2: Quá trình nitrat hóa được tính tốn thơng qua các thơng số

động được xác định trong mục 3.2 cụ thể như sau:

Y



= 0.25



gSK/gN-NH4+



Hệ số tiêu thụ cơ chất riêng k



= 0.55



ngày-1



Chỉ số bán bão hòa NH4+



= 1.00



gN-



kp



= 0.04 ngày-



= 1,200



mg/L



Hiệu suất sinh khối



Ks



NH4+/m3 Hằng số phân hủy nội sinh

1

Mật độ sinh khối



X



- Từ các thơng số động học tìm được thay vào công thức 3-1 xác định được

thời gian lưu tế bào tối thiểu c,t = 10.42 ngày, một hệ số an toàn F=2-3 được lựa

chọn để xác định thời gian lưu tế thiết kế thay bào 3-2 kết quả là c= 26.05 ngày.



- Tính tốn hiệu suất hình thành sinh khối thực theo cơng thức 3-3 là

Y' = 0.13

-



Thể tích của bể sinh học q trình nitrat hóa theo cơng thức 3-4 là



V = 6.81m3

- Tính tốn thời gian lưu thủy lực  = V/Q = 0.06 ngày = 1.36 h

Kết luận: So sánh 2 phương pháp tính tốn theo phương trình tổng quát thời gian

lưu thủy lực thiết kế là 1,4h trong khi tính tốn theo các thơng số động học xác định

từ phương trình Monod là 1,36h. Cho thấy cả 2 phương pháp trên đều có thể áp

dụng cho tính tốn thiết kế q trình nitrat hóa.

Tính tốn quá trình khử nitrat:

Từ yêu cầu xử lý nitơ so với lượng nitơ đầu vào theo công thức 3-7 xác định

được lượng cần khử là Nxl = 5.46mgN/L, tương đương tổng lượng ni tơ cần khử

trong 1 ngày T-Nxl =0.66 kgN/ngày. Tổng Lượng cơ chất cần thiết để khử nitrat TSn= 1.88 kg/ngày.

Từ kết quả hằng số phân hủy nội sinh k p và hàm lượng BOD sẵn có trong

nước ngầm tính tốn tổng lượng cơ chất theo cơng thức 3-10 là S cc = 2kg/ngày. So

sánh với nhu cầu cơ chất để khử nitrat là Sn=1.88kg/ngày là đảm bảo có thể khử

được 100% hàm lượng nitrat về tiêu chuẩn cho phép.

Tốc độ khử nitrat riêng được tính tốn theo cơng thức 3-11 là U= 0,06 ngày 1



. Từ đó theo công thức 3-13 xác định thời gian lưu thủy lực cho việc khử nitrat là 



=0,09ngày=2,06 h.

So sánh với thời gian lưu thủy lực cần thiết để nitrat hóa là 1,4h thì thời gian

lưu thủy lực để khử nitrat là 2,06h. Vì vậy thời gian lưu thủy lực khử nitrat được

chọn để tính tốn thể tích bể MBBR là V= 10.32m3.



Thuyết minh hệ thiết bị xử lý amoni

Từ các thơng số động học q trình nitrat hóa K s, k, Y, kp thay vào cơng

thức 3-1 tính tốn được thời gian lưu tế bào và từ đó tính đước thể tích bể cần thiết

cho q trình nitrat hóa là V nitrat hóa = 6 m3 tương đương thời gian lưu thủy lực là

HRTnitrat hóa = 1,4 giờ. Từ các thơng số động học n, k cho việc tính tốn tốc độ khử

nitrat riêng (U) cơng thức 3-13 tính tốn được thời gian lưu thủy lực cần thiết cho

quá trình khử là HRTkhử= 2,06 giờ tương đương với thể tích bể MBBR cần là

Vkhử = 10,32 m3. So sánh hai giá trị này và quá trình khử cần thời gian hơn nên

được chọn để thiết kế bể MBBR.

Thiết kế modul bể tích hợp có dạng hình tròn và được chia làm 3 ngăn trong

có 2 ngăn hiếu khí và 1 ngăn làm bể lọc

như hình 3.5. Bảng 3.20 là kết quả đánh

giá ảnh hưởng quá trình xử lý amoni đối

với hệ 1 bình, 2 bình và 3 bình đều cho

thấy hiệu quả của các hệ nhiều bình đều

cao hơn so với 1 bình khoảng 10%. Tuy

nhiên đối với 1 hệ thiết bị thực tế thì

việc thiết quá nhiều ngăn sẽ khiến cho

quá trình vận hành phức tạp và tăng chi

Hình 3.5. Mặt bằng bể MBBR



phí đầu tư. Vì vậy trong thiết kế đề nghị



sử dụng hệ thiết bị với 2 ngăn MBBR nhằm tăng hiệu quả lý và chống sốc cho q

trình xử lý khi có sự biến động về chất lượng nước đầu vào.

Bảng 3.20. Ảnh hưởng của số lượng ngăn phản ứng

Số ngăn phản ứng



1



2



3



Hệ số điều chỉnh



Kng1=1,1



Kng2=1



Kng3=0,9



Bảng 3.21a thể hiện kết quả đánh giá về một độ vật liệu mang cũng cho thấy

khi tỷ lệ vật liệu mang càng cao thì hiệu xuất xử lý càng tăng là đó tổng lượng

trong vật liệu mang cũng tăng. Tuy nhiên việc tăng mật độ vật liệu mang làm cho

chi phí đầu tư và vận hành tăng lên. Kết quả đánh giá Vật liệu mang DHY với kích

thước 1x1x1cm, mật độ 20% thể tích bể tương đương 2m 3 được chuẩn bị và chia

đều vào ngăn hiếu khí.



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Đánh giá hiệu quả khử nitrat đồng thời trong hệ hiếu khí: Kết quả thí

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×