Hiểu biết vềtỷ lệ khử nitrattrong bể anoxic là rất quan trọng để tối ưu hóa việc xử lý nước thải, đảm bảo chất lượng nước thải và tính toán chính xácliều lượng nguồn carbon. Hướng dẫn này giải thích quy trình trong phòng thí nghiệm để đo tốc độ khử nitrat bằng bùn hoạt tính, cũng như cách áp dụng kết quả vào hoạt động thực tế của nhà máy.
Tỷ lệ khử nitrat là gì?
Tốc độ khử nitrat định lượng lượng nitơ nitrat (KHÔNG₃⁻-N) được tiêu thụ bởi một gam bùn mỗi giờ. Các yếu tố ảnh hưởng đến tỷ lệ này bao gồm:
Nhiệt độ nước
Tuổi bùn
Loại nguồn carbon
Hoạt động của vi sinh vật bùn
Các giá trị thiết kế thường mang tính lý thuyết (ví dụ: 0,05 mg NO₃⁻-N/g·h), nhưng tốc độ vận hành thực tế có thể thấp hơn nhiều (ví dụ: 0,02 mg NO₃⁻-N/g·h), nên việc đo lường chính xác là cần thiết chotối ưu hóa nguồn carbon.
Vật liệu và thiết bị cần thiết
Thiết bị thí nghiệm:
Bình nón (250–500 mL) có nút cao su
Máy khuấy từ hoặc cầm tay
hẹn giờ
Ống tiêm 50 mL và chai đựng mẫu
Thiết lập lọc (giấy lọc và phễu hoặc thiết bị chân không)
Máy quang phổ đo nitơ nitrat
Máy đo oxy hòa tan (DO) cầm tay
Thuốc thử:
Kali nitrat (cấp phân tích)
Nguồn carbon: natri axetat hoặc glucose
Bước 1: Thu gom bùn từ bể anoxic
Vật mẫu3–4 lít bùn hoạt tínhtừcuối bể anoxic. Không sử dụng bùn từ bể hiếu khí hoặc kỵ khí.
Vận chuyển bùn về phòng thí nghiệmtrong vòng 1 giờ.
Thu thập các mẫu nước đầu vào và nước thải từ bể anoxic để đo nitrat cơ bản.
Mẹo:Bùn ở cuối bể anoxic chứa vi khuẩn khử nitrat ổn định, đảm bảo dữ liệu tốc độ khử nitrat đáng tin cậy.
Bước 2: Chuẩn bị bùn để đo lường
Đo lườngMLSS(hoặcMLVSSnếu có thể) bằng các phương pháp phòng thí nghiệm tiêu chuẩn.
Đổ bùn vào bình nón, để lại 1/3 thể tích để khuấy đều.
-khuấy trước trong 30 phút để loại bỏ nitơ nitrat còn sót lại (khuấy-trước).
Đo nitơ nitrat nổi phía trên; tiếp tục khuấy nếu mức vẫn còn cao.
Bước 3: Tiến hành thí nghiệm khử nitrat
Chuẩn bị mộtdung dịch nitrat có nồng độ-cao(ví dụ: 10 mg NO₃⁻-N/mL).
Thêm dung dịch nitrat vừa đủ để đạt30–40 mg/L nitơ nitrattrong bình.
Khuấy ngay và lấy mộtmẫu thời gian không{0}}(0 phút). Lọc và ghi lại.
Lấy mẫu bổ sung sau mỗi 30 phút: 30, 60, 90 phút (tùy chọn 120 phút). Lọc ngay lập tức.
Duy trìDO thấp (<0.1 mg/L)trong suốt quá trình thí nghiệm. Điều chỉnh tốc độ khuấy để tránh đưa không khí vào.
Bước 4: Tính tốc độ khử nitrat
Vẽ biểu đồ nồng độ nitơ nitrat tại bốn điểm lấy mẫu trong bảng tính Excel-theo thời gian trên trục x- và nồng độ nitơ nitrat trên trục y-. Thông thường, một đường thẳng dốc xuống{4}}sẽ xuất hiện. Độ dốc của đường này biểu thị tốc độ giảm nitơ nitrat theo thời gian, biểu thị bằng mg NO₃⁻-N/(L·h). Chia độ dốc này cho nồng độ bùn (MLSS hoặc MLVSS) trong bình để thu được tốc độ khử nitrat cụ thể.
Ví dụ: Nếu MLSS của hỗn hợp rượu trong bình là 3500 mg/L (3,5 g/L), và độ dốc giảm nitơ nitrat là 5,0 mg/(L·h), thì tốc độ khử nitrat cụ thể là 5,0 3.5=1.43 mg NO₃⁻-N/(g MLSS·h). Chuyển đổi sang MLVSS, nếu tỷ lệ MLVSS/MLSS là 0,65 thì tốc độ khử nitrat theo MLVSS là 1,43 0.65=2.2 mg/(g MLVSS·h). Được biểu thị bằng đơn vị tiêu chuẩn, đây là 2,2 g NO₃⁻-N/(kg MLVSS·h).
Trong hoạt động thực tế, tốc độ khử nitrat thông thường là 2–5 g NO₃⁻-N/(kg MLVSS·h). Giá trị dưới 2 biểu thị hoạt độ bùn yếu hoặc nhiệt độ nước thấp, trong khi giá trị trên 5 biểu thị bùn hoạt tính cao.
Ví dụ:
MLSS=3,500 mg/L (3,5 g/L)
Giảm nitrat=5 mg/(L·h)
Tỷ lệ cụ thể=5 ÷ 3.5=1.43 mg NO₃⁻-N/(g MLSS·h)
MLVSS/MLSS=0.65 → Tốc độ=2.2 g NO₃⁻-N/(kg MLVSS·h)
Thẩm quyền giải quyết:Tốc độ bình thường dao động từ 2–5 g NO₃⁻-N/(kg MLVSS·h).
Bước 5: Xác định liều lượng nguồn carbon
Tính tổng số vi sinh vật hoạt động trong bể anoxic:
Tổng MLVSS (kg)=MLVSS (g/L)×Thể tích bể (m³)
Nhân với tốc độ khử nitrat đo được để có đượccông suất loại bỏ nitrat hàng ngày(kg/ngày).
So sánh với yêu cầu loại bỏ nitrat (nồng độ đầu vào - nước thải mục tiêu).
Thêm nguồn carbon để lấp đầy khoảng trống:
Natri axetat: 3,5–5 g/g NO₃⁻-N
Glucose: 2,5–3,5 g/g NO₃⁻-N
Ví dụ:
Lưu lượng: 10.000 m³/d, MLVSS: 2.500 mg/L, thể tích bể: 2.000 m³
Tổng MLVSS: 5.000 kg
Tốc độ khử nitrat: 2,2 g NO₃⁻-N/(kg MLVSS·h) → loại bỏ 264 kg/ngày
Nếu cần loại bỏ < 264 kg/ngày → bổ sung nguồn carbon để đạt mục tiêu.
Bước 6: Điều chỉnh theo mùa
Tỷ lệ khử nitrat thấp hơn vào mùa đông do hoạt động của vi sinh vật giảm.
Tiến hành thí nghiệm ởmùa hè (tỷ lệ tối đa)Vàmùa đông (tỷ lệ tối thiểu).
Nội suy các tỷ lệ trung gian để điều chỉnh liều lượng nguồn carbon trong suốt cả năm.