Luận án tiến sĩ kỹ thuật môi trường nghiên cứu ứng dụng quá trình nitrite hóa bá

Luận án hướng đến việc ứng dụng hai quá trình sinh học tiên tiến. Đó là nitrite hóa bán phần và Anammox. Mục đích chính là xử lý nitơ trong nước rỉ rác cũ. Việc này giúp giảm thiểu tác động môi trường. Nó cũng góp phần vào quản lý chất thải rắn bền vững. Đây là nghiên cứu môi trường thực tiễn quan trọng. Nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học và kỹ thuật cho các ứng dụng trong tương lai.

Nước rỉ rác từ các bãi chôn lấp cũ chứa nồng độ nitơ cao. Nitơ này gây ô nhiễm nghiêm trọng cho nguồn nước. Nó thúc đẩy quá trình phú dưỡng. Điều này ảnh hưởng xấu đến hệ sinh thái thủy sinh. Cần có các giải pháp công nghệ môi trường hiệu quả để xử lý. Việc không xử lý nitơ gây ra hậu quả lâu dài cho môi trường tự nhiên.

Nghiên cứu tập trung vào hai quá trình sinh học chính. Nitrite hóa bán phần chuyển đổi amoni thành nitrit. Sau đó, Anammox trực tiếp loại bỏ nitrit và amoni. Đây là một công nghệ xanh môi trường. Nó giảm nhu cầu oxy và hóa chất. Sự kết hợp này mang lại hiệu quả cao và tính bền vững. Nó đại diện cho một bước tiến trong xử lý nước thải tiên tiến.

Thí nghiệm được thực hiện trong bể SBR 66,5 lít. Nước rỉ rác được pha loãng với nhiều tỷ lệ khác nhau. Nồng độ nước rỉ rác tăng dần từ 13% đến 100%. Giai đoạn vận hành ổn định với 100% nước rỉ rác thô đã đạt tỷ lệ NO2--N/NH4+-N = 1,0 trong đầu ra. Tỷ lệ này thấp hơn một chút so với tỷ lệ lý thuyết (1,32). Việc này cho thấy khả năng làm giàu bùn AOB hiệu quả để đạt được quá trình nitrite hóa bán phần.

Một bể SBR lớn hơn (190 lít) được sử dụng. Bể này vận hành hoàn toàn với nước rỉ rác thô. Ở giai đoạn vận hành ổn định, tỷ lệ NO2--N/NH4+-N đầu ra dao động từ 1,0 đến 1,32. Nồng độ NO3--N đầu ra luôn thấp hơn 20 mgN/L. Nồng độ FA (Free Ammonia) đạt đỉnh 506 mg NH3-N/L vào giờ thứ 26. Hiệu quả loại bỏ COD đạt 11%. Điều này đáng chú ý dù thành phần COD trong nước rỉ rác cũ là rất thấp.

Nước rỉ rác đã qua tiền xử lý bằng PN-SBR được cấp vào mô hình AIC. Tải trọng xử lý nitơ dao động từ 2 đến 10 kgN/m3/ngày. Nồng độ tổng nitơ đầu vào cao nhất đạt 1500 mgN/L. Nghiên cứu đã ghi nhận hiệu quả loại bỏ nitơ rất cao, đạt 9,11 kgN/m3/ngày. Điều này khẳng định khả năng xử lý lượng nitơ lớn của hệ thống. Đây là một bước tiến quan trọng trong xử lý nước thải tiên tiến.

Hoạt tính bùn Anammox trong mô hình AIC đạt 0,598 ± 0,... (phần này bị cắt trong tài liệu gốc). Kết quả đánh giá bùn hạt Anammox cho thấy các hạt có kích thước 0,5–1,0 mm chiếm ưu thế trong bể. Đây là đặc điểm quan trọng cho hiệu suất của bể phản ứng. Đặc tính bùn hạt này giúp quá trình ổn định và hiệu quả hơn. Nghiên cứu này cung cấp dữ liệu quý giá về động lực học bùn Anammox.

Thí nghiệm OUR (Oxygen Uptake Rate) được tiến hành. Các thông số động học quan trọng của AOB đã được xác định. Gồm có tốc độ tăng trưởng tối đa (μmax = 0,12/ngày) và hằng số bão hòa oxy (Ko = 1,35 mg O2/L). Hằng số bão hòa cơ chất (Ks = 53 mgNH4+-N/L) và hệ số năng suất (YX/N = 0,26 mgVSS/mg NH4+-N) cũng được xác định. Các thông số này cần thiết để mô phỏng và tối ưu hóa quá trình nitrite hóa bán phần.

Phân tích DNA trong bể AIC cho thấy sự hiện diện của vi khuẩn Anammox. Cụ thể, Candidatus Kueneniastuttgartiensis chiếm 37,45%. Ngoài ra, vi khuẩn Bacteroidetes cũng chiếm 5,37%. Sự có mặt của Bacteroidetes giúp xử lý một phần COD khó phân hủy sinh học. Điều này nâng cao hiệu quả tổng thể của hệ thống. Kết quả này cung cấp thông tin quan trọng cho kỹ thuật môi trường ứng dụng.

Hệ thống đã đạt được hiệu suất loại bỏ nitơ cao. Đặc biệt là ở tải trọng xử lý lớn (9,11 kgN/m3/ngày). Nồng độ nitrat đầu ra luôn được kiểm soát tốt. Điều này giảm thiểu nguy cơ ô nhiễm thứ cấp. Đây là một giải pháp xử lý nước thải tiên tiến hiệu quả. Khả năng xử lý ổn định ở nồng độ nitơ cao là điểm nổi bật của công nghệ này.

Công nghệ này có tiềm năng ứng dụng rộng rãi. Nó có thể áp dụng cho các bãi chôn lấp cũ. Nó cũng phù hợp cho các nguồn nước thải giàu nitơ khác. Việc giảm nhu cầu oxy và hóa chất làm cho nó trở thành một công nghệ xanh. Nó góp phần vào phát triển bền vững môi trường và quản lý chất thải rắn bền vững. Đây là một giải pháp công nghệ môi trường hứa hẹn cho tương lai.