Chuyên đề Xử lý nitơ trong nước thải

Më ®Çu Tèc ®é ®« thÞ hãa ë ViÖt Nam rÊt nhanh cïng víi sù ph¸t triÓn cña c«ng nghiÖp. TØ lÖ d©n sè t¹i c¸c thµnh thÞ t¨ng cïng víi tèc ®é ®« thÞ hãa. N­íc th¶i tõ c¸c thµnh phè, khu d©n c­ tËp trung, khu c«ng nghiÖp còng t¨ng theo møc t¨ng d©n sè víi l­îng th¶i lín. L­u l­îng n­íc th¶i cña thµnh phè 20 v¹n d©n kho¶ng 40.000 - 60.000 m3/ngµy. HiÖn nay, t¹i thµnh phè Hµ Néi tæng l­îng n­íc th¶i (n¨m 2005) kho¶ng 550.000 m3/ngµy. §Æc tr­ng cña n­íc th¶i sinh ho¹t lµ hµm l­îng chÊt h÷u c¬ lín (tõ 55-65% tæng l­îng chÊt bÈn), chøa nhiÒu vi sinh vËt, trong ®ã cã c¸c vi sinh vËt g©y bÖnh. Thµnh phÇn c¸c chÊt « nhiÔm trong n­íc th¶i nh­ BOD5 lµ 110 - 400mg/l, tæng l­îng nit¬ TN lµ 20-85mg/l trong ®ã nit¬ amoni lµ 12-50mg/l. Cïng n­íc th¶i sinh ho¹t, n­íc th¶i s¶n xuÊt trong c¸c nhµ m¸y, xÝ nghiÖp còng chøa nhiÒu lo¹i chÊt t¹p chÊt phøc t¹p, cã nhiÒu lo¹i chøa nhiÒu chÊt bÈn v« c¬, ®Æc biÖt lµ c¸c kim lo¹i nÆng nh­ trong c¸c ngµnh c«ng nghiÖp cã c«ng nghÖ m¹. N­íc th¶i trong c¸c ngµnh c«ng nghiÖp chÕ biÕn thùc phÈm, thuéc da, giÕt mæ chøa nhiÒu c¸c chÊt h÷u c¬, c¸c vi khuÈn g©y bÖnh. Sù ph¸t triÓn nhanh cña nÒn kinh tÕ dÉn ®Õn sù c¶i thiÖn vÒ møc sèng cña ng­êi d©n còng nh­ sù ®ßi hái vÒ møc ®é VÖ sinh m«i tr­êng. V× vËy x©y dùng c¸c c«ng tr×nh xö lý n­íc th¶i ph¶i ®¹t c¸c yªu cÇu vÒ chÊt l­îng nguån n­íc x¶ ra. Nång ®é c¸c chÊt « nhiÔm trong n­íc th¶i thÊp h¬n gi¸ trÞ giíi h¹n cho phÐp quy ®Þnh khi x¶ ra c¸c lo¹i nguån n­íc mÆt kh¸c nhau. Mét trong nh÷ng chØ tiªu cÇn ph¶i ®¹t ®­îc lµ hµm l­îng nit¬ trong n­íc th¶i. Theo TCVN 6772:2000 th× l­îng N-NH4+ kh«ng lín h¬n 0.05mg/l víi nguån lo¹i A vµ 1mg/l víi nguån lo¹i B. Hµm l­îng Nit¬ trong n­íc th¶i cao lµm ¶nh h­ëng ®Õn søc kháe con ng­êi, ®Õn m«i tr­êng vµ víi c¸c qu¸ tr×nh xö lý kh¸c trong tr¹m xö lý n­íc th¶i. Cã nhiÒu biÖn ph¸p ®Ó khö nit¬ trong n­íc th¶i vµ trong giíi h¹n cña chuyªn ®Ò nµy, chóng t«i ®­a ra c¸c biÖn ph¸p sinh häc ®Ó khö Nit¬. Tæng quan Tr¹ng th¸i tån t¹i cña Nit¬ trong n­íc th¶i Trong n­íc th¶i, c¸c hîp chÊt cña nit¬ tån t¹i d­íi 3 d¹ng: c¸c hîp chÊt h÷u c¬, amoni vµ c¸c hîp chÊt d¹ng «xy ho¸ (nitrit vµ nitrat). C¸c hîp chÊt nit¬ lµ c¸c chÊt dinh d­ìng, chóng lu«n vËn ®éng trong tù nhiªn, chñ yÕu nhê c¸c qu¸ tr×nh sinh ho¸. Nit¬ ph©n tö N2 N-Protein thùc vËt N-Protein ®éng vËt Am«n hãa NH4+ hoÆc NH3 + O2 Nitrit ho¸ NO2- NO3- Nitrat ho¸ + O2 Khö nit¬rat Cè ®Þnh nit¬ H×nh 1. Chu tr×nh Nit¬ trong tù nhiªn Hîp chÊt h÷u c¬ chøa nit¬ lµ mét phÇn cÊu thµnh ph©n tö protein hoÆc lµ thµnh phÇn ph©n huû protein nh­ lµ c¸c peptid, axit amin, urª. Hµm l­îng amoniac (NH3) chÝnh lµ l­îng nit¬ am«n (NH+4) trong n­íc th¶i sinh ho¹t, n­íc th¶i c«ng nghiÖp thùc phÈm vµ mét sè lo¹i n­íc th¶i kh¸c cã thÓ rÊt cao. C¸c t¸c nh©n g©y « nhiÔm Nit¬ trong n­íc th¶i c«ng nghiÖp: chÕ biÕn s÷a, rau qu¶, ®å hép, chÕ biÕn thÞt, s¶n xuÊt bia, r­îu, thuéc da. Trong n­íc th¶i sinh ho¹t nit¬ tån t¹i d­íi d¹ng v« c¬ (65%) vµ h÷u c¬ (35%). Nguån nit¬ chñ yÕu lµ tõ n­íc tiÓu. Mçi ng­êi trong mét ngµy x¶ vµo hÖ thèng tho¸t n­íc 1,2 lÝt n­íc tiÓu, t­¬ng ®­¬ng víi 12 g nit¬ tæng sè. Trong sè ®ã nit¬ trong urª (N-CO(NH2)2) lµ 0,7g, cßn l¹i lµ c¸c lo¹i nit¬ kh¸c. Urª th­êng ®­îc amoni ho¸ theo ph­¬ng tr×nh nh­ sau. Trong m¹ng l­íi tho¸t n­íc urª bÞ thuû ph©n: CO(NH2)2 + 2H2O = (NH4)2CO3 (1.2) Sau ®ã bÞ thèi r÷a: (NH4)2CO3 = 2NH3 + CO2 + H2O (1.3) Nh­ vËy NH3 chÝnh lµ l­îng nit¬ am«n trong n­íc th¶i. Trong ®iÒu kiÖn yÕm khÝ amoniac còng cã thÓ h×nh thµnh tõ nitrat do c¸c qu¸ tr×nh khö nitrat cña vi khuÈn Denitrificans. L­îng chÊt bÈn Nit¬ am«n (N-NH4) mét ng­êi trong mét ngµy x¶ vµo hÖ thèng tho¸t n­íc: 7 g/ng.ngµy Trong thµnh phÇn n­íc th¶i sinh ho¹t khu d©n c­: B¶ng 1. C¸c chØ tiªu trung b×nh c¸c hîp chÊt Nit¬ trong n­íc th¶i sinh ho¹t ChØ tiªu Trung b×nh Tæng Nit¬, mg/l 40 - Nit¬ h÷u c¬, mg/l 15 - Nit¬ Amoni, mg/l 25 - Nit¬ Nitrit, mg/l 0,05 - Nit¬ Nitrat, mg/l 0,2 Tæng Phèt pho, mg/l 8 Nitrit (NO2-) lµ s¶n phÈm trung gian cña qu¸ tr×nh «xy ho¸ amoniac hoÆc nit¬ amoni trong ®iÒu kiÖn hiÕu khÝ nhê c¸c lo¹i vi khuÈn Nitrosomonas. Sau ®ã nitrit h×nh thµnh tiÕp tôc ®­îc vi khuÈn Nitrobacter «xy ho¸ thµnh nitrat. C¸c qu¸ tr×nh nitrit vµ nitrat ho¸ diÔn ra theo ph¶n øng bËc I: NH4+ kn NO2- km NO3- Trong ®ã: kn vµ km lµ c¸c h»ng sè tèc ®é nitrit vµ nitrat ho¸. C¸c ph­¬ng tr×nh ph¶n øng cña qu¸ tr×nh nitrit vµ nitrat ho¸ ®­îc biÓu diÔn nh­ sau: NH4+ + 1,5O2 Nitrosomonas NO2- + H2O + 2H+ NO2- + 0,5O2 Nitrobacter NO3- NH4+ + 2O2 NO3- + H2O + 2H+ Qu¸ tr×nh nitrat ho¸ cÇn 4,57g «xy cho 1g nit¬ am«n. C¸c lo¹i vi khuÈn Nitrosomonas vµ Nitrobacter lµ c¸c lo¹i vi khuÈn hiÕu khÝ thÝch hîp víi ®iÒu kiÖn nhiÖt ®é tõ 20¸30oC. Nitrit lµ hîp chÊt kh«ng bÒn, nã còng cã thÓ lµ s¶n phÈm cña qu¸ tr×nh khö nitrat trong ®iÒu kiÖn yÕm khÝ. Ngoµi ra, nitrit cßn cã nguån gèc tõ n­íc th¶i qu¸ tr×nh c«ng nghiÖp ®iÖn ho¸. Trong tr¹ng th¸i c©n b»ng ë m«i tr­êng n­íc, nång ®é nitrit, nitrat th­êng rÊt thÊp, nã th­êng nhá h¬n 0,02 mg/l. NÕu nång ®é amoni, gi¸ trÞ pH vµ nhiÖt ®é cña n­íc cao, qu¸ tr×nh nitrit ho¸ diÔn ra thuËn lîi, vµ nång ®é cña nã cã thÓ ®¹t ®Õn gi¸ trÞ lín. Trong qu¸ tr×nh xö lý n­íc, nitrit trong n­íc sÏ t¨ng lªn ®ét ngét. Nitrat (NO3-) lµ d¹ng hîp chÊt v« c¬ cña nit¬ cã ho¸ trÞ cao nhÊt vµ cã nguån gèc chÝnh tõ n­íc th¶i sinh ho¹t hoÆc n­íc th¶i mét sè ngµnh c«ng nghiÖp thùc phÈm, ho¸ chÊt,... chøa mét l­îng lín c¸c hîp chÊt nit¬. Khi vµo s«ng hå, chóng tiÕp tôc bÞ nitrat ho¸, t¹o thµnh nitrat. Nitrat ho¸ lµ giai ®o¹n cuèi cïng cña qu¸ tr×nh kho¸ng ho¸ c¸c chÊt h÷u c¬ chøa nit¬. Nitrat trong n­íc th¶i chøng tá sù hoµn thiÖn cña c«ng tr×nh xö lý n­íc th¶i b»ng ph­¬ng ph¸p sinh häc. MÆt kh¸c, qu¸ tr×nh nitrat ho¸ cßn t¹o nªn sù tÝch luü «xy trong hîp chÊt nit¬ ®Ó cho c¸c qu¸ tr×nh «xy ho¸ sinh ho¸ c¸c chÊt h÷u c¬ tiÕp theo, khi l­îng «xy hoµ tan trong n­íc rÊt Ýt hoÆc bÞ hÕt. Khi thiÕu «xy vµ tån t¹i nitrat ho¸ sÏ x¶y ra qu¸ tr×nh ng­îc l¹i: t¸ch «xy khái nitrat vµ nitrit ®Ó sö dông l¹i trong c¸c qu¸ tr×nh «xy ho¸ c¸c chÊt h÷u c¬ kh¸c. Qu¸ tr×nh nµy ®­îc thùc hiÖn nhê c¸c vi khuÈn ph¶n nitrat ho¸ (vi khuÈn yÕm khÝ tuú tiÖn). Trong ®iÒu kiÖn kh«ng cã «xy tù do mµ m«i tr­êng vÉn cßn chÊt h÷u c¬ c¸cbon, mét sè lo¹i vi khuÈn khö nitrat hoÆc nitrit ®Ó lÊy oxy cho qu¸ tr×nh «xy ho¸ c¸c chÊt h÷u c¬. Qu¸ tr×nh khö nitrat ®­îc biÓu diÔn theo ph­¬ng tr×nh ph¶n øng sau ®©y: 4NO3- + 4H+ + 5Ch÷u c¬ 5CO2 + 2N2 + 2H2O Trong qu¸ tr×nh ph¶n nitrat ho¸, 1g nit¬ sÏ gi¶i phãng 1,71g O2 (khö nitrit) vµ 2,85g O2 (khö nitrat). T¸c h¹i cña Nit¬ trong n­íc th¶i T¸c h¹i cña Nit¬ ®èi víi søc kháe céng ®ång Trªn b×nh diÖn søc khoÎ Nit¬ tån t¹i trong n­íc th¶i cã thÓ g©y nªn hiÖu øng vÒ m«i tr­êng. Sù cã mÆt cña Nit¬ trong n­íc th¶i cã thÓ g©y ra nhiÒu ¶nh h­ëng xÊu ®Õn hÖ sinh th¸i vµ søc khoÎ céng ®ång. Khi trong n­íc th¶i cã nhiÒu Am«ni¨c cã thÓ g©y ®éc cho c¸ vµ hÖ ®éng vËt thuû sinh, lµm gi¶m l­îng «xy hoµ tan trong n­íc. Khi hµm l­îng nit¬ trong n­íc cao céng thªm hµm l­îng ph«tpho cã thÓ g©y phó d­ìng nguån tiÕp nhËn lµm n­íc cã mµu vµ mïi khã chÞu ®Æc biÖt lµ l­îng «xy hoµ tan trong n­íc gi¶m m¹nh g©y ng¹t cho c¸ vµ hÖ sinh vËt trong hå. Khi xö lý nit¬ trong n­íc th¶i kh«ng tèt, ®Ó hîp chÊt nit¬ ®i vµo trong chuçi thøc ¨n hay trong n­íc cÊp cã thÓ g©y nªn mét sè bÖnh nguy hiÓm. Nitrat t¹o chøng thiÕu Vitamin vµ cã thÓ kÕt hîp víi c¸c amin ®Ó t¹o thµnh c¸c nitrosamin lµ nguyªn nh©n g©y ung th­ ë ng­êi cao tuæi. TrÎ s¬ sinh ®Æc biÖt nh¹y c¶m víi nitrat lät vµo s÷a mÑ, hoÆc qua n­íc dïng ®Ó pha s÷a. Khi lät vµo c¬ thÓ, nitrat chuyÓn hãa thµnh nitrit nhê vi khuÈn ®­êng ruét. Ion nitrit cßn nguy hiÓm h¬n nitrat ®èi víi søc kháe con ng­êi. Khi t¸c dông víi c¸c amin hay alkyl cacbonat trong c¬ thÓ ng­êi chóng cã thÓ t¹o thµnh c¸c hîp chÊt chøa nit¬ g©y ung th­. Trong c¬ thÓ Nitrit cã thÓ «xy ho¸ s¾t II ng¨n c¶n qu¸ tr×nh h×nh thµnh Hb lµm gi¶m l­îng «xy trong m¸u cã thÓ g©y ng¹t, n«n, khi nång ®é cao cã thÓ dÉn ®Õn tö vong. T¸c h¹i cña « nhiÔm Nit¬ ®èi víi m«i tr­êng Nit¬ trong n­íc th¶i cao, ch¶y vµo s«ng, hå lµm t¨ng hµm l­îng chÊt dinh d­ìng. Do vËy nã g©y ra sù ph¸t triÓn m¹nh mÏ cña c¸c lo¹i thùc vËt phï du nh­ rªu, t¶o g©y t×nh tr¹ng thiÕu oxy trong n­íc, ph¸ vì chuçi thøc ¨n, gi¶m chÊt l­îng n­íc, ph¸ ho¹i m«i tr­êng trong s¹ch cña thñy vùc, s¶n sinh nhiÒu chÊt ®éc trong n­íc nh­ NH4+, H2S, CO2, CH4... tiªu diÖt nhiÒu lo¹i sinh vËt cã Ých trong n­íc. HiÖn t­îng ®ã gäi lµ phó d­ìng nguån n­íc HiÖn nay, phó d­ìng th­êng gÆp trong c¸c hå ®« thÞ, c¸c s«ng vµ kªnh dÉn n­íc th¶i. §Æc biÖt lµ t¹i khu vùc Hµ Néi, s«ng SÐt, s«ng Lõ, s«ng T« LÞch ®Òu cã mµu xanh ®en hoÆc ®en, cã mïi h«i thèi do tho¸t khÝ H2S. HiÖn t­îng nµy t¸c ®éng tiªu cùc tíi ho¹t ®éng sèng cña d©n c­ ®« thÞ, lµm biÕn ®æi hÖ sinh th¸i cña n­íc hå, t¨ng thªm møc ®é « nhiÔm kh«ng khÝ cña khu d©n c­ H×nh 2. Qóa tr×nh phó d­ìng trong thñy vùc n­íc mÆt T¸c h¹i cña Nit¬ ®èi víi qu¸ tr×nh xö lý n­íc Sù cã mÆt cña Nit¬ cã thÓ g©y c¶n trë cho c¸c qu¸ tr×nh xö lý lµm gi¶m hiÖu qu¶ lµm viÖc cña c¸c c«ng tr×nh. MÆt kh¸c nã cã thÓ kÕt hîp víi c¸c lo¹i ho¸ chÊt trong xö lý ®Ó t¹o c¸c phøc h÷u c¬ g©y ®éc cho con ng­êi. Víi ®Æc tÝnh nh­ vËy viÖc xö lý Nit¬ trong giai ®o¹n hiÖn nay ®ang lµ vÊn ®Ò ®¸ng ®­îc nghiªn cøu vµ øng dông.VÊn ®Ò nµy ®· ®­îc c¸c nhµ nghiªn cøu, c¸c häc gi¶ ®i s©u t×m hiÓu C¸c ph­¬ng ph¸p xö lý Nit¬ trong n­íc th¶i hiÖn nay §· cã nhiÒu ph­¬ng ph¸p nhiÒu c«ng tr×nh xö lý nit¬ trong n­íc th¶i ®­îc nghiªn cøu vµ ®­a vµo vËn hµnh trong ®ã cã c¶ c¸c ph­¬ng ph¸p ho¸ häc, sinh häc, vËt lý .. v v. Nh­ng phÇn lín chóng ®Òu ch­a ®­a ra ®­îc mét m« h×nh xö lý nit¬ chuÈn ®Ó cã thÓ ¸p dông trªn mét ph¹m vi réng. D­íi ®©y lµ b¶ng ph©n tÝch mét c¸ch tæng quan nhÊt vÒ d¹ng vµ hiÖu suÊt lµm viÖc cña c¸c ph­¬ng ph¸p xö lý nit¬ trong n­íc th¶i ®· ®­îc nghiªn cøu vµ øng dông. B¶ng 2. C¸c ph­¬ng ph¸p xö lý nit¬ trong n­íc th¶i C¸c ph­¬ng ph¸p xö lý HiÖu suÊt xö lý nit¬ ( % ) HiÖu suÊt xö lý % Nit¬ d¹ng h÷u c¬ NH3 - NH4+ NO3- Xö lý th«ng th­êng BËc I 10-20% 0 0 5-10% BËc II 15-50% < 10% HiÖu suÊt thÊp 10-30% Xö lý b»ng ph­¬ng ph¸p sinh häc Vi khuÈn hÊp thô Nit¬ 0 40-70% HiÖu suÊt thÊp 30-70% Qu¸ tr×nh khö nitrat 0 0 80-90% 70-95% Thu ho¹ch t¶o Chñ yÕu chuyÓn ho¸ thµnh NH3-NH4+ Thu ho¹ch sinh khèi Thu ho¹ch sinh khèi 50-80% Qu¸ tr×nh nitrat ho¸ Xö lý cã giãi h¹n ChuyÓn ho¸ thµnh nitrat 0 5-20% Hå «xyhãa Chñ yÕu chuyÓn ho¸ thµnh NH3-NH4+ Xö lý bëi qu¸ tr×nh lµm tho¸ng T¸ch b»ng c¸c qu¸ tr×nh nitrat vµ khö nitrat 20-90% C¸c ph­¬ng ph¸p ho¸ häc Ch©m clo KÐm æn ®Þnh 90-100% 0 80-95% §«ng tô ho¸ häc 50-70% HiÖu suÊt thÊp HiÖu suÊt thÊp 20-30% Cacbon dÝnh b¸m 30-50% HiÖu suÊt thÊp HiÖu suÊt thÊp 10-20% Trao ®æi i«n cã chän läc víi Am«ni HiÖu suÊt thÊp,kÐm æn ®Þnh 80-97% 0 70-95% Trao ®æi i«n cã chän läc víi Nitrat HiÖu suÊt thÊp HiÖu suÊt thÊp 75-90% 70-90% C¸c ph­¬ng ph¸p vËt lý Läc 30-95% N d¹ng cÆn h÷u c¬ HiÖu suÊt thÊp HiÖu suÊt thÊp 20-40% Lµm tho¸ng 0 60-95% 0 50-90% KÕt tña b»ng ®Ön cùc 100% N d¹ng cÆn h÷u c¬ 30-50% 30-50% 40-50% ThÈm thÊu ng­îc 60-90% 60-90% 60-90% 80-90% Qua b¶ng ph©n tÝch vµ ®¸nh gi¸ hiÖu qu¶ xö lý nit¬, ta thÊy viÖc xö lý nit¬ b»ng ph­¬ng ph¸p sinh häc cho hiÖu qu¶ rÊt cao. Cïng víi viÖc øng dông ph­¬ng ph¸p sinh häc ®Ó khö nit¬ trong n­íc th¶i, ta cßn l­u ý ®Õn c¸c ph­¬ng ph¸p kh¸c nh­: hãa häc (ch©m clo), vËt lý (thæi khÝ), trao ®æi ion...Theo thèng kª c¸c nhµ m¸y øng dông c¸c c«ng nghÖ ®Ó xö lý nit¬ th× chi cã 6/1200 nhµ m¸y lµ sö dông biÖn ph¸p thæi khÝ, 8/1200 nhµ m¸y sö dông biÖn ph¸p ch©m clo vµ duy nhÊt cã 1 nhµ m¸y lµ sö dông biÖn ph¸p trao ®æi ion. Së dÜ nh÷ng biÖn ph¸p nµy Ýt ®­îc dïng lµ do chi phÝ ®Çu t­ lín, thªm vµo ®ã lµ sù phøc t¹p trong qu¸ tr×nh vËn hµnh vµ b¶o d­ìng. C¸c ph­¬ng ph¸p chñ yÕu lµ: Ph­¬ng ph¸p sinh häc: C¸c muèi nitrat, nitrit t¹o thµnh trong qu¸ tr×nh ph©n hñy hiÕu khÝ sÏ ®­îc khö trong ®iÒu kiÖn thiÕu khÝ (anoxic) trªn c¬ së c¸c ph¶n øng khö nitrat. Ph­¬ng ph¸p ho¸ häc vµ ho¸ lý: V«i ho¸ n­íc th¶i ®Õn pH = 10¸11 ®Ó t¹o thµnh NH4OH vµ thæi bay h¬i trªn c¸c th¸p lµm l¹nh. Phèt pho ®­îc l¾ng xuèng nhê c¸c muèi s¾t, nh«m hoÆc v«i. Tuy nhiªn, trong ®ã, ph­¬ng ph¸p sinh häc l¹i cã nh÷ng ­u ®iÓm næi bËt nh­; HiÖu suÊt khö nit¬ rÊt cao Sù æn ®Þnh vµ ®¸ng tin cËy cña qu¸ tr×nh rÊt lín T­¬ng ®èi dÔ vËn hµnh, qu¶n lý DiÖn tÝch ®Êt yªu cÇu nhá Chi phÝ ®Çu t­ hîp lý, võa ph¶i KÕt luËn Víi nh÷ng t¸c ®éng xÊu cña hµm l­îng nit¬ cã trong n­íc th¶i sinh ho¹t vµ khu c«ng nghiÖp ®Õn søc kháe con ng­êi còng nh­ m«i tr­êng, chóng ta nªn xö lý nit¬ xuèng d­¬i tiªu chuÈn cho phÐp tr­íc khi x¶ n­íc th¶i ra m«i tr­êng (s«ng, hå...) Tõ viÖc xem xÐt, ®¸nh gi¸ hiÖu qu¶ xö lý còng nh­ tæng quan c¸c ph­¬ng ph¸p xö lý nit¬ trong n­íc th¶i, chóng t«i lùa chän ph­¬ng ph¸p sinh häc ®Ó xö lý Xö lý nit¬ trong n­íc th¶i b»ng ph­¬ng ph¸p sinh häc C¬ së lý thuyÕt c¸c qu¸ tr×nh xö lý nit¬ b»ng ph­¬ng ph¸p sinh häc Trong qu¸ tr×nh xö lý n­íc th¶i b»ng ph­¬ng ph¸p sinh häc hiÕu khÝ, nit¬ am«n sÏ ®­îc chuyÓn thµnh nitrit vµ nitrat nhê c¸c lo¹i vi khuÈn Nitrosomonas vµ Nitrobacter. Khi m«i tr­êng thiÕu «xy, c¸c lo¹i vi khuÈn khö nitrat Denitrificans (d¹ng kþ khÝ tuú tiÖn) sÏ t¸ch «xy cña nitr¸t (NO3-) vµ nitrit (NO2-) ®Ó «xy ho¸ chÊt h÷u c¬. Nit¬ ph©n tö N2 t¹o thµnh trong qu¸ tr×nh nµy sÏ tho¸t ra khái n­íc. H×nh 3. Qóa tr×nh chuyÓn hãa Nit¬ trong n­íc th¶i Qu¸ tr×nh chuyÓn NO3- ® NO2- ® NO ® N2O ® N2 víi viÖc sö dông mªtanol lµm nguån c¸c bon ®­îc biÓu diÔn b»ng c¸c ph­¬ng tr×nh sau ®©y: Nitrat hãa Nitrat ho¸ lµ mét qu¸ tr×nh tù d­ìng (n¨ng l­îng cho sù ph¸t triÓn cña vi khuÈn ®­îc lÊy tõ c¸c hîp chÊt «xy ho¸ cña Nit¬, chñ yÕu lµ Am«ni. Ng­îc víi c¸c vi sinh vËt dÞ d­ìng c¸c vi khuÈn nitrat ho¸ sö dông CO2 (d¹ng v« c¬) h¬n lµ c¸c nguån c¸c bon h÷u c¬ ®Ó tæng hîp sinh khèi míi. Sinh khèi cña c¸c vi khuÈn nitrat ho¸ t¹o thµnh trªn mét ®¬n vÞ cña qu¸ tr×nh trao ®æi chÊt nhá h¬n nhiÒu lÇn so víi sinh khèi t¹o thµnh cña qu¸ tr×nh dÞ d­ìng. Qu¸ tr×nh Nitrat ho¸ tõ Nit¬ Am«ni ®­îc chia lµm hai b­íc vµ cã liªn quan tíi hai lo¹i vi sinh vËt , ®ã lµ vi khuÈn Nit¬somonas vµ Vi khuÈn Nit¬bacteria. ë giai ®o¹n ®Çu tiªn am«ni ®­îc chuyÓn thµnh nitrit vµ ë b­íc thø hai nitrit ®­îc chuyÓn thµnh nitrat B­íc 1. NH4- + 1,5 O2 à NO2- + 2H+ + H2O B­íc 2. NO-2 + 0,5 O2 à NO3- C¸c vi khuÈn Nit¬somonas vµ Vi khuÈn Nit¬bacteria sö dông n¨ng l­îng lÊy tõ c¸c ph¶n øng trªn ®Ó tù duy tr× ho¹t ®éng sèng vµ tæng hîp sinh khèi. Cã thÓ tæng hîp qu¸ tr×nh b»ng ph­¬ng tr×nh sau : NH4- + 2 O2 à NO3- + 2H+ + H2O (*) Cïng víi qu¸ tr×nh thu n¨ng l­îng, mét sè i«n Am«ni ®­îc ®ång ho¸ vËn chuyÓn vµo trong c¸c m« tÕ bµo. Qu¸ tr×nh tæng hîp sinh khèi cã thÓ biÓu diÔn b»ng ph­¬ng tr×nh sau : 4CO2 + HCO3- + NH+4 + H2O à C5H7O2N + 5O2 C5H7O2N t¹o thµnh ®­îc dïng ®Ó tæng hîp nªn sinh khèi míi cho tÕ bµo vi khuÈn. Toµn bé qu¸ tr×nh «xy ho¸ vµ ph¶n øng tæng hîp ®­îc thÓ hiÖn qua ph¶n øng sau : NH4++1,83O2+1,98 HCO3- à 0,021C5H7O2N + 0,98NO3-+1,041H2O+1,88H2CO3 L­îng «xy cÇn thiÕt ®Ó «xy ho¸ am«ni thµnh nitrat cÇn 4,3 mg O2/ 1mg NH4+. Gi¸ trÞ nµy gÇn b»ng víi gi¸ trÞ 4,57 th­êng ®­îc sö dông trong c¸c c«ng thøc tÝnh to¸n thiÕt kÕ. Gi¸ trÞ 4,57 ®­îc x¸c ®Þnh tõ ph¶n øng (*) khi mµ qu¸ tr×nh tæng hîp sinh khèi tÕ bµo kh«ng ®­îc xÐt ®Õn. Khö nitrit vµ nitrat: Trong m«i tr­êng thiÕu «xy c¸c lo¹i vi khuÈn khö nitrit vµ nitrat Denitrificans (d¹ng kÞ khÝ tuú tiÖn) sÏ t¸ch «xy cña nitrat (NO3-) vµ nitrit (NO2-) ®Ó «xy ho¸ chÊt h÷u c¬. Nit¬ ph©n tö N2 t¹o thµnh trong qu¸ tr×nh nµy sÏ tho¸t ra khái n­íc. + Khö nitrat : NO3- + 1,08 CH3OH + H+ à 0,065 C5H7O2N + 0,47 N2 + 0,76CO2 + 2,44H2O + Khö nitrit : NO2- + 0,67 CH3OH + H+ à 0,04 C5H7O2N + 0,48 N2 + 0,47CO2 + 1,7H2O Nh­ vËy ®Ó khö nit¬ c«ng tr×nh xö lý n­íc th¶i cÇn : §iÒu kiÖn yÕm khÝ ( thiÕu «xy tù do ) Cã nitrat (NO3- ) hoÆc nitrit (NO2-) Cã vi khuÈn kÞ khÝ tuú tiÖn khö nitrat; Cã nguån c¸cbon h÷u c¬ NhiÖt ®é n­íc th¶i kh«ng thÊp. C¸c d©y chuyÒn vµ c«ng tr×nh xö lý nit¬ trong n­íc th¶i D©y chuyÒn c«ng nghÖ xö lý nit¬ Qu¸ tr×nh hËu ph¶n (Post - denitrification) Nitrat hãa (Xö lý sinh häc bËc 2) ® Ph¶n nitrat(Xö lý bËc 3) H×nh 4. S¬ ®å d©y chuyªn xö lý Nit¬ trong n­íc th¶i - Qóa tr×nh hËu ph¶n Qu¸ tr×nh tiÒn ph¶n (Pre – denitrification) Khö nitrat (Oxi hãa hîp chÊt h÷u c¬ trong ®iÒu kiÖn kþ khÝ) ® nitrat hãa (xö lý bËc 2) H×nh 4. S¬ ®å d©y chuyªn xö lý Nit¬ trong n­íc th¶i - Qóa tr×nh hËu ph¶n H×nh 5. S¬ ®å d©y chuyªn xö lý Nit¬ trong n­íc th¶i - Qóa tr×nh tiÒn ph¶n Qu¸ tr×nh kÕt hîp 2 ph­¬ng ph¸p trªn b»ng c¸ch tr¸o ®æi c¸c qu¸ tr×nh nitrat hãa vµ ph¶n nitrat H×nh 6. S¬ ®å d©y chuyªn xö lý Nit¬ trong n­íc th¶i – KÕt hîp 2 qu¸ tr×nh tiÒn ph¶n vµ hËu ph¶n Mét sè d¹ng c«ng tr×nh kÕt hîp xö lý BOD/N Kªnh «xy ho¸ tuÇn hoµn H×nh 7. S¬ ®å d©y chuyªn xö lý Nit¬ trong n­íc th¶i – Kªnh oxi hãa tuÇn hoµn Kªnh «xy ho¸ tuÇn hoµn ho¹t ®éng theo nguyªn lý thæi khÝ bïn ho¹t tÝnh kÐo dµi. Qu¸ tr×nh thæi khÝ ®¶m b¶o cho viÖc khö BOD vµ æn ®Þnh bïn nhê h« hÊp néi bµo. V× vËy bïn ho¹t tÝnh d­ Ýt g©y h«i thèi vµ khèi l­îng gi¶m ®¸ng kÓ. C¸c chÊt h÷u c¬ trong c«ng tr×nh hÇu nh­ ®­îc «xy ho¸ hoµn toµn, hiÖu qu¶ khö BOD ®¹t 85¸95%. Trong vïng hiÕu khÝ diÔn ra qu¸ tr×nh «xy ho¸ hiÕu khÝ c¸c chÊt h÷u c¬ vµ nitrat ho¸. Trong vïng thiÕu khÝ (hµm l­îng «xy hoµ tan th­êng d­íi 0,5 mg/l) diÔn ra qu¸ tr×nh h« hÊp kþ khÝ vµ khö nitrat. §Ó khö N trong n­íc th¶i, ng­êi ta th­êng t¹o ®iÒu kiÖn cho qu¸ tr×nh khö nitrat diÔn ra trong c«ng tr×nh. Kªnh «xy ho¸ tuÇn hoµn ho¹t ®éng theo nguyªn t¾c cña aer«ten ®Èy vµ c¸c guång quay ®­îc bè trÝ theo mét chiÒu dµi nhÊt ®Þnh nªn dÔ t¹o cho nã ®­îc c¸c vïng hiÕu khÝ (aerobic) vµ thiÕu khÝ (anoxic) lu©n phiªn thay ®«Ø. Qu¸ tr×nh nitrat ho¸ vµ khö nitrat còng ®­îc tuÇn tù thùc hiÖn trong c¸c vïng nµy HiÖu qu¶ khö nit¬ trong kªnh «xy ho¸ tuÇn hoµn cã thÓ ®¹t tõ 40¸80% Aer«ten ho¹t ®éng gi¸n ®o¹n theo mÎ (hÖ SBR) H×nh 7. S¬ ®å d©y chuyªn xö lý Nit¬ trong n­íc th¶i – BÓ SBR C¸c giai ®o¹n ho¹t ®éng diÔn ra trong mét ng¨n bao gåm: lµm ®Çy n­íc th¶i, thæi khÝ, ®Ó l¾ng tÜnh, x¶ n­íc th¶i vµ x¶ bïn d­. H×nh 8. C¸c giai ®o¹n ho¹t ®éng trong bÓ SBR Trong b­íc mét, khi cho n­íc th¶i vµo bÓ, n­íc th¶i ®­îc trén víi bïn ho¹t tÝnh l­u l¹i tõ chu kú tr­íc. Sau ®Êy hçn hîp n­íc th¶i vµ bïn ®­îc sôc khÝ ë b­íc hai víi thêi gian thæi khÝ ®óng nh­ thêi gian yªu cÇu. Qu¸ tr×nh diÔn ra gÇn víi ®iÒu kiÖn trén hoµn toµn vµ c¸c chÊt h÷u c¬ ®­îc «xy ho¸ trong giai ®o¹n nµy. B­íc thø ba lµ qu¸ tr×nh l¾ng bïn trong ®iÒu kiÖn tÜnh. Sau ®ã n­íc trong n»m phÝa trªn líp bïn ®­îc x¶ ra khái bÓ. B­íc cuèi cïng lµ x¶ l­îng bïn d­ ®­îc h×nh thµnh trong qu¸ tr×nh thæi khÝ ra khái ng¨n bÓ, c¸c ng¨n bÓ kh¸c ho¹t ®éng lÖch pha ®Ó ®¶m b¶o cho viÖc cung cÊp n­íc th¶i lªn tr¹m XLNT liªn tôc. C«ng tr×nh ho¹t ®éng gi¸n ®o¹n, cã chu kú. C¸c qu¸ tr×nh trén n­íc th¶i víi bïn, l¾ng bïn cÆn,... diÔn ra gÇn gièng ®iÒu kiÖn lý t­ëng nªn hiÖu qu¶ xö lý n­íc th¶i cao. BOD cña n­íc th¶i sau xö lý th­êng thÊp h¬n 20 mg/l, hµm lîng cÆn l¬ löng tõ 3 ®Õn 25 mg/l vµ N-NH3 kho¶ng tõ 0,3 ®Õn 12 mg/l. HÖ thèng aer«ten ho¹t ®éng gi¸n ®o¹n SBR cã thÓ khö ®­îc nit¬ vµ phèt pho sinh ho¸ do cã thÓ ®iÒu chØnh ®­îc c¸c qu¸ tr×nh hiÕu khÝ, thiÕu khÝ vµ kþ khÝ trong bÓ b»ng viÖc thay ®æi chÕ ®é cung cÊp «xy Xö lý kÕt hîp nit¬ vµ phèt pho Phèt pho x©m nhËp vµo n­íc cã nguån gèc tõ n­íc th¶i ®« thÞ, ph©n ho¸ häc, cuèn tr«i tõ ®Êt, n­íc m­a hoÆc phèt pho trÇm tÝch hoµ tan trë l¹i Phèt pho trong n­íc th­êng tån t¹i d­íi d¹ng orthophotphat (PO43-,HPO42-, H2PO4-,H3PO4) hay polyphotphat [Na3(PO3)6] vµ phèt ph¸t h÷u c¬. TÊt c¶ c¸c d¹ng polyphotphat nh­ pyrometaphotphat Na2(PO4)6, tripolyphotphat Na5P3O10, pyrophotphat Na4P2O7 ®Òu chuyÓn ho¸ vÒ d¹ng orthophotphat trong m«i tr­êng n­íc. Trong n­íc m­a, hµm l­îng nit¬ vµ phèt pho phô thuéc vµo l­u vùc tho¸t n­íc, ®Æc ®iÓm mÆt phñ ... B¶ng 3: L­îng nit¬ vµ phèt pho theo n­íc m­a ch¶y vµo s«ng, hå, kg/ha.n¨m. Nguyªn tè Rõng N«ng nghiÖp §« thÞ N­íc m­a Nit¬ 3 (1,3 -10,2) 5 (0,5-50) 5 (1-20) 24 Phèt pho 0,4 (0,01-0,9) 0,5 (0,1-5) 1 (0,1-10) 1 (0,05-5) Hîp chÊt photpho tù nhiªn kh«ng ®éc h¹i , chØ cã mét sè lo¹i tæng hîp este trung tÝnh cña axit photphoric dïng lµm ho¸ chÊt b¶o vÖ thùc vËt lµ cã ®éc tÝnh cao. Trong n­íc bÞ « nhiÔm, hµm l­îng photpho (tÝnh theo photphat) kh«ng lín, kho¶ng 0,1 mg/l, chñ yÕu d¹ng orthophotphat . Trong n­íc th¶i nång ®é photphat cao . Phèt pho lµ nguyªn nh©n chÝnh g©y ra bïng næ t¶o ë mét sè nguån n­íc mÆt , g©y ra hiÖn t­îng t¸i nhiÔm bÈn vµ n­íc cã mµu, mïi khã chÞu. KÕt hîp xö lý Phèt pho vµ Nit¬ trong n­íc th¶i b»ng ph­¬ng ph¸p sinh häc Mét trong nh÷ng qu¸ tr×nh xö lý b»ng ph­¬ng ph¸p sinh häc ®ang ®­îc ph¸t triÓn ®ã lµ kÕt hîp xö lý c¶ nit¬ vµ photpho. B»ng c¸ch sö dông bïn ho¹t tÝnh, c¸c hîp chÊt trong c¸c qu¸ tr×nh xö lý thiÕu khÝ (anoxic), xö lý hiÕu khÝ (aerobic), xö lý yÕm khÝ (anaerobic) kÕt hîp hoÆc riªng biÖt ®Ó thùc hiÖn qu¸ tr×nh khö nit¬ vµ photpho. Ban ®Çu qu¸ tr×nh nµy ®­îc ph¸t triÓn ®Ó khö Photpho, sau ®ã lµ kÕt hîp khö c¶ nit¬ vµ photpho. C¸c c«ng nghÖ ®­îc sö dông th«ng dông nhÊt lµ: Quy tr×nh A2/O Quy tr×nh Bardenpho (5 b­íc) Quy tr×nh UCT Quy tr×nh VIP Kü thuËt xö lý mÎ kÕ tiÕp còng cã kh¶ n¨ng kÕt hîp khö Nit¬ vµ Phètpho Quy tr×nh A2/O Quy tr×nh nµy ®­îc c¶i tiÕn tõ quy tr×nh A/O vµ bæ sung thªm vïng cÊp oxi ®Ó khö nitrat. Giai ®o¹n l­u trong qu¸ tr×nh thiÕu khÝ xÊp xØ mét giê. T¹i vïng anoxic (thiÕu oxy), vi sinh vËt lÊy oxi tõ nitrat (NO3-) vµ nitrit (NO22-), l­îng nitrat vµ nitrit ®­îc bæ sung bëi hçn hîp n­íc th¶i tuÇn hoµn tõ sau vïng aerobic. Hµm l­îng phãtpho tËp trung trong n­íc n­íc th¶i nhá h¬n 2mg/l lµ cã thÓ chÊp nhËn ®­îc víi n­íc th¶i kh«ng cã c«ng ®o¹n läc, vµ nhá h¬n 1.5mg/l víi n­íc th¶i sau läc. H×nh 9. Quy tr×nh A2/O Quy tr×nh Bardenpho (5 giai ®o¹n) Tõ bÓ Bardenpho 4 giai ®o¹n ®Ó xö lý Nit¬, bæ sung thªm 1 giai ®o¹n ®Ó kÕt hîp khö c¶ nit¬ vµ photpho. Thªm giai ®o¹n thø 5 lµ qu¸ tr×nh yÕm khÝ anarobic ®Ó khö photpho lªn ®Çu tiªn cña quy tr×nh kÕt hîp khö nit¬, photpho. Sù s¾p xÕp c¸c giai ®o¹n vµ c¸ch tuÇn hoµn hçn hîp n­íc th¶i sau c¸c vïng còng kh¸c nhau vµ kh¸c quy tr×nh xö lý A2/O. HÖ thèng 5 b­íc cung cÊp c¸c vïng anaerobic, anoxic, aerobic ®Ó khö c¶ Nit¬, Photpho vµ hîp chÊt h÷u c¬. Vïng Anoxic (giai ®o¹n 2) ®Ó khö nitrat vµ ®­îc bæ sung nitrat tõ bÓ aerobic (giai ®o¹n 3). BÓ aerobic cuèi cïng t¸ch khÝ N2 ra khái n­íc vµ gi¶m hµm l­îng Photpho xuèng tèi ®a. Thêi gian xö lý kÐo dµi h¬n quy tr×nh A2/O. Tæng thêi gian l­u n­íc lµ 10-40ngµy, t¨ng sinh khèi cña vi sinh vËt H×nh 10. Quy tr×nh Bardenpho (5 giai ®o¹n) Quy tr×nh UCT §­îc s¸ng t¹o t¹i tr­îng ®¹i häc Cape Town, gièng quy trinh A2/O nh­ng cã 2 sù kh¸c biÖt. Thø nhÊt, bïn ho¹t tÝnh ®­îc tuÇn hoµn ®Õn bÓ Anoxic thay v× bÓ anaerobic. Thø hai, xuÊt hiÖn vßng tuÇn hoµn tõ bÓ anoxic ®Õn anaerobic. Bïn ho¹t tÝnh ®Õn bÓ anoxic, hµm l­îng nitrat trong bÓ anaerobic sÏ bÞ lo¹i bá, theo ®ã ta t¸ch ®­îc photpho trong bÓ anaerobic. B¶n chÊt cña vßng tuÇn hoµn gi÷a c¸c bÓ lµ cung cÊp hîp chÊt h÷u c¬ ®Õn bÓ anaerobic. Hîp chÊt tõ bÓ anoxic bao gåm c¸c hîp chÊt h÷u c¬ hßa tan (BOD) nh­ng hµm l­îng nitrat rÊt Ýt, t¹o ®iÒu kiÖn tèt nhÊt ®Ó lªn men kþ khÝ trong bÓ anaerobic. Vµo n¨m 1989, ch­a cã nhµ m¸y nµo t¹i Mü sö dông qu¸ tr×nh nµy. H×nh 10. Quy tr×nh UCT Quy tr×nh VIP (Virginia Initiative Plant in Norfolk. Virginia) Quy tr×nh nµy gièng A2/O vµ UCT ngo¹i trõ c¸ch tuÇn hoµn hçn hîp n­íc th¶i gi÷a c¸c bÓ. Bïn ho¹t tÝnh cïng víi n­íc th¶i sau bÓ aerobic (®· khö nitrat) ®­îc ®­a l¹i bÓ anoxic. N­íc th¶i tõ bÓ anoxic quay trë l¹i ®Çu vµo cña anaerobic. Trªn c¬ së nh÷ng d÷ liÖu kiÓm tra ®­îc, xuÊt hiÖn mét sè hîp chÊt h÷u c¬ trong n­íc th¶i ®Çu vµo, ®¶m b¶o sù æn ®inh trong ho¹t ®éng cña bÓ kþ khÝ, lµm gi¶m nhanh chãng l­îng oxi theo yªu cÇu. H×nh 10. Quy tr×nh VIP So s¸nh ­u, nh­îc ®iÓm cña c¸c qu¸ tr×nh kÕt hîp xö lý c¶ nit¬ vµ photpho B¶ng 4: So s¸nh ­u nh­îc ®iÓm cña c¸c qu¸ tr×nh kÕt hîp xö lý nit¬ vµ photpho C¸c qu¸ tr×nh ¦u ®iÓm Nh­îc ®iÓm A2/O Bïn th¶i cã mét hµm l­îng t­¬ng ®èi cao ph«tpho ( 3 – 5%) vµ lµ mét nguån ph©n bãn gi¸ trÞ Kh¶ n¨ng khö nitrat cao h¬n so víi d©y chuyÒn A/O. Ho¹t ®éng d­íi ®iÒu kiÖn khÝ hËu l¹nh th­êng kh«ng æn ®Þnh Phøc t¹p h¬n so víi c«ng nghÖ A/O Bardenpho T¹o ra Ýt bïn th¶i nhÊt trong hÖ thèng c¸c ph­¬ng ph¸p xö lý phètpho hiÖn thêi. Bïn th¶i cã mét hµm l­îng t­¬ng ®èi cao ph«tpho vµ lµ mét nguån ph©n bãn gi¸ trÞ. Cã kh¶ n¨ng gi¶m thiÓu tæng l­îng nit¬ tíi møc thÊp, tèt h¬n so víi ®a sè c¸c ph­¬ng ph¸p kh¸c. §é kiÒm ®­îc kh«i phôc cho hÖ thèng.V× vËy cã thÓ tiÕt kiÖm l­îng ho¸ chÊt tiªu thô §­îc sö dông réng r·i ë Nam Phi vµ nh÷ng n¬i cã ®iÒu kiÖnvÒ tµi chÝnh Víi nhiÒu vßng tuÇn hoµn, cÇn ph¶i tÝnh to¸n thªm c«ng suÊt cña b¬m vµ c¸c yªu cÇu vÒ vÊn ®Ò b¶o d­ìng. Míi chØ ®­îc thÝ nghiÖm chñ yÕu ë Mü. Nh÷ng yªu cÇu cho ho¸ chÊt phô trî th­êng kh«ng æn ®Þnh. Yªu cÇu khèi tÝch lín h¬n so víi qu¸ tr×nh A2/O. UCT Lu©n chuyÓn c¸c vïng Anoxic ®Ó lo¹i bá qu¸ tr×nh t¸i hîp cña Nitrat vµ cung cÊp m«i tr­êng t¸ch ph«tpho tèt h¬n trong c¸c vïng Anaerobic. Dung tÝch ng¨n ph¶n øng nhá hÑp h¬n so víi qu¸ tr×nh Bardenpho. Ch­a cã nh÷ng c«ng tr×nh thùc tÕ t¹i Mü. ¶nh h­ëng cña nhiÖt ®é ®Õn hiÖu suÊt qu¸ tr×nh vÉn ch­a ®­îc chuÈn ho¸. Tû suÊt BODF yªu cÇu cao Nh÷ng yªu cÇu ®èi víi ho¸ chÊt phô trî kh«ng æn ®Þnh TuÇn hoµn néi vi réng lµm t¨ng ®iÖn n¨ng tiªu thô cña m¸y b¬m vµ c¸c yªu cÇu vËn hµnh b¶o d­ìng. VIP TuÇn hoµn nitrat qua vïng anoxic ®Ó gi¶m l­îng «xy yªu cÇu vµ l­îng kiÒm tiªu thô. Lu©n phiªn n­íc th¶i tõ vïng anoxic sang vïng anaerobic ®Ó gi¶m l­îng nitrat trong vïng hiÕu khÝ. Cã thÓ ¸p dông ®Ó xö lý Nit¬ t¹m thêi hoÆc phèt pho quanh n¨m TuÇn hoµn néi vi réng lµm t¨ng ®iÖn n¨ng tiªu thô cña m¸y b¬m vµ c¸c yªu cÇu vËn hµnh b¶o d­ìng. ChØ míi ®­îc ¸p dông h¹n chÕ t¹i Mü NhiÖt ®é thÊp lµm gi¶m kh¶ n¨ng t¸ch Nit¬ . KÕt luËn Sö dông ph­¬ng ph¸p sinh häc th«ng th­êng ®Ó xö lý nit¬ cÇn ph¶i bæ sung nguån c¸c bon, cung cÊp l­îng lín khÝ oxi cho qu¸ tr×nh nitrat hãa vµ duy tr× ®­îc vi khuÈn kþ khÝ tïy tiÖn. Trong chu tr×nh chuyÓn hãa nit¬ am«n thµnh nit¬ ph©n tö khÝ ta thÊy cã qu¸ tr×nh nit¬ am«n kÕt hîp víi nitrit ®Ó chuyÓn hãa thµnh nit¬ ph©n tö. §ã còng lµ nguyªn nh©n vµ ®éng lùc ®Ó t×m ra mét ph­¬ng ph¸p xö lý míi cã hiÖu suÊt cao, dÔ lµm vµ chi phÝ thÊp. ChÝnh lµ qu¸ tr×nh xö lý b»ng Anammox. Nghiªn cøu ph­¬ng ph¸p xö lý Nit¬ trong n­íc th¶i b»ng qu¸ tr×nh Anammox Tõ nh÷ng n¨m 1980 vµ 1990 ng­êi ta ®· thÊy r»ng ngoµi ph­¬ng ph¸p xö lý sinh häc kÕt hîp hai qu¸ tr×nh nitrat ho¸ vµ khö nitrat ho¸ cã thÓ lo¹i bá ®­îc am«ni ra khái nguån th¶i mµ cßn tån t¹i mét lo¹i vi khuÈn cã kh¶ n¨ng «xy ho¸ am«ni thµnh d¹ng khÝ N2 sö dông nitrit ®­îc h×nh thµnh tõ qu¸ tr×nh xö lý thay thÕ cho viÖc ph¶i sö dông «xy cÊp tõ nguån bªn ngoµi vµo.C¸c nhµ khoa häc Hµ Lan vµ §øc ®· nghiªn cøu vµ ph¸t hiÖn ra lo¹i vi khuÈn nµy thuéc chñng Planctomyce - tales gåm hai d¹ng chÝnh lµ : Brocadia anammoxidans vµ Kuene-nia stuttgartiensis Mét sè nghiªn cøu ®· chØ ra r»ng trong hÖ thèng c¸c líp siªu máng cña líp mµng biofilm ®­îc h×nh thµnh th× trªn ®ã cã sù ph©n bè «xy theo nh÷ng ®­êng dèc. C¸c líp phÝa trªn lµ nh÷ng líp giµu «xy trong khi c¸c líp ë phÝa d­íi cïng n»m trong tr¹ng th¸i kÞ khÝ. Ta gi¶ thiÕt r»ng nh÷ng vi sinh vËt chóng ta ®ang t×m kiÕm c­ tró ë nh÷ng líp thÊp nhÊt cña mµng biofilm. Sö dông ®Çu dß gen ®Æc biÖt vµ c«ng nghÖ FISH (Flourescence In Situ – Hybridization) chóng ta cã thª x¸c nhËn sù cã mÆt cña vi khuÈn thuéc chñng Planctomycetes . Sö dông kü thuËt sinh häc ph©n tö vµ nh÷ng thÝ nghiÖm sinh lý häc kh¸c chóng ta cã thÓ kÕt luËn r»ng chÝnh vi khuÈn Kuene- nia stuttgartiensis ®· «xy ho¸ am«ni thµnh N2 trong ®iÒu kiÖn kÞ khÝ. Qu¸ tr×nh nµy v× vËy ®­îc gäi lµ qu¸ tr×nh «xy ho¸ am«ni trong ®iÒu kiÖn kÞ khÝ (Anaerobic Ammonia Oxidation) hay cßn gäi lµ ANAMMOX. C¬ chÕ qu¸ tr×nh Qu¸ tr×nh ANAMMOX lµ qu¸ tr×nh «xy ho¸ am«ni trong ®iÒu kiÖn kÞ khÝ thµnh nit¬ bëi c¸c vi khuÈn anammox. Trong qu¸ tr×nh Anammox am«ni cïng víi nitrit ®­îc chuyÓn ®æi d­íi ®iÒu kiÖn kÞ khÝ tíi N2 cung cÊp h¬i ®èt vµ mét l­îng nhá nitrat theo ph­¬ng tr×nh ph¶n øng sau: NH3 + 1,32 NO2- + H+ à 1,02N2 + 0,26 NO3- + 2H2O §Ó lo¹i bá nit¬ am«n tõ n­íc th¶i sö dông vi khuÈn anammox mét phÇn nit¬ am«n thÝch hîp ®­îc sö dông ®Ó s¶n sinh ra l­îng nitrit NO2- theo ph­¬ng tr×nh ph¶n øng sau : NH4+ + 1,5O2 +2HCO3- à NO2- + 2CO2 + 3H2O Trong thùc tÕ ®Ó thùc hiÖn thµnh c«ng qu¸ tr×nh anammox th× b¾t buéc ph¶i thùc hiÖn tr­íc mét b­íc qu¸ tr×nh aerobic ®Ó oxy ho¸ am«n thµnh nitrit. Qu¸ tr×nh nµy cßn gäi lµ qu¸ tr×nh nitrit ho¸ bé phËn. TiÕp theo NO2- nh­ mét chÊt nhËn ®iÖn tö sÏ tiÕp tôc ph¶n øng víi am«ni cßn l¹i ®Ó t¹o thµnh N2. Qu¸ tr×nh nµy ®­îc gäi lµ qu¸ tr×nh anammox. Tæng hîp ta cã qu¸ tr×nh nitrit ho¸ bé phËn/anammox. Qu¸ tr×nh nµy diÔn ra trong hai giai ®o¹n: . Sù «xy ho¸ am«ni trong ®iÒu kiÖn hiÕu khÝ ë giai ®o¹n I nhê c¸c vi khuÈn nitrit ho¸. . Qu¸ tr×nh anammox ®­îc thùc hiÖn trong ®iÒu kiÖn hiÕu khÝ ë giai ®o¹n II nhê c¸c vi khuÈn anammox. Nh­ vËy c¶ hai lo¹i vi khuÈn nµy ®Òu cã thÓ song song tån t¹i trong cïng mét khu vùc dùa vµo l­îng «xy vµ l­îng «xy tù do theo chiÒu s©u cña líp mµng sinh häc biofilm. Am«ni¾c sÏ ®­îc «xy ho¸ d­íi ®iÒu kiÖn giíi h¹n vÒ «xy ®Ó t¹o ra mét l­îng nitrit thÝch hîp. L­îng nitrit nµy sÏ kÕt hîp víi l­îng am«ni¾c cßn l¹i ®Ó t¹o thµnh N2 bëi c¸c vi khuÈn anammox. KÕt hîp hai qu¸ tr×nh theo ph¶n øng sau : NH4+ + 0,85 O2 à 0,435 N2 + 0,13 NO3- + 1,3 H2O + 1,4 H+ C«ng nghÖ dùa trªn qu¸ tr×nh nµy cã thÓ ¸p dông ®Ó nghiªn cøu xö lý n­íc th¶i giµu am«ni cña n­íc th¶i thu gom trªn bÒ mÆt cña c¸c qu¸ tr×nh xö lý sinh hãa bïn ®Æc. Trong khi hy®r« cacbonat vµ am«n lµ nh÷ng i«n dÔ bÞ ¶nh h­ëng bëi c¸c qu¸ tr×nh tÝch n¹p ®iÖn tÝch trªn bÒ mÆt do chóng ®Òu tr¶i qua nh÷ng sù biÕn ®æi trong thêi gian nitrit ho¸ bé phËn vµ anammox. V× vËy chóng ta cã thÓ sö dông nh÷ng ph­¬ng ph¸p ®o dÉn ®iÖn nh­ mét tham sè ®Ó ®i theo qu¸ tr×nh lo¹i bá nit¬. Môc tiªu lµ sö dông chóng ­íc l­îng tÝnh dÉn ®iÖn nh­ mét tham sè ®¬n gi¶n ®Ó theo dâi qu¸ tr×nh nitrit ho¸ vµ anammox trong hÖ thèng xö lý mét hoÆc hai giai ®o¹n. Ph­¬ng ph¸p thÝ nghiÖm Nguyªn vËt liÖu vµ ph­¬ng ph¸p Bïn ho¹t ho¸ vi khuÈn nitrit ho¸ trong ®iÒu kiÖn «xy ho¸ sö dông m«i tr­êng nh©n t¹o. M«i tr­êng nh©n t¹o ®­îc sö dông lµ m«i tr­êng tæng hîp chøa ®ùng pept«n, thÞt rót, NaHCO3 , MgSO4 , CaCl2 , NaCl vµ KCl. Sau 6 th¸ng nu«i cÊy bïn gièng sÏ ®­îc lÊy ra ®Ó lµm thÝ nghiÖm. Dßng vµo ®­îc chuÈn bÞ b»ng c¸ch hoµ tan 47,1 - 471mg (NH4)2SO4 vµ 13,6g KH2PO4 vµo trong n­íc m¸y. VËt liÖu mang. Gi¸ thÓ vi sinh lµ sîi Acrylin chuyªn dông cã ®Æc tÝnh nhÑ d¹ng sîi xï x× ®Ó t¨ng ®é b¸m cho mµng vi sinh vËt, ®­êng kÝnh 2mm , kÕt nèi víi nhau thµnh d¹ng l­íi do c«ng ty Biofix , Net Co, Ltd s¶n xuÊt. H×nh 11: VËt liÖu mang Acrylin VËt liÖu nµy cã thÓ t¹o chiÒu dµi dÝnh b¸m t­¬ng ®­¬ng 23,324 m/m3 vµ diÖn tÝch bÒ mÆt 165 m2/m3 cho phÐp t¹o kh¶ n¨ng gi÷ mét l­îng bïn ®Æc cao cho hiÖu suÊt xö lý tèt h¬n c¸c vËt liÖu kh¸c. ThiÕt bÞ thÝ nghiÖm M« h×nh Anammox ®­îc tiÕn hµnh trong bÓ ph¶n øng d¹ng h×nh hép lµm b»ng nhùa tæng hîp trong suèt dung tÝch 5,43 l. H×nh 12: ThiÕt bÞ thÝ nghiÖm Fig.3. Schematic diagram of reactor system (1) Influent tank (2) NaHCO3 solution (3) pH controller (4) Bicarbonate pump (5) Influent pump (6) Air-flow meter (7) Reactor (8) Air pump (9) Heater (10) Effluent H×nh 13: S¬ ®å m« h×nh Anammox Sö dông 60 g vËt liÖu mang. Kh«ng khÝ ®­îc cÊp ë ®¸y t¹i trung t©m víi luång giã lµ 0,7 - 1 l/phót. T¸c dông cña dßng kh«ng khÝ lµ x¸o trén dßng ch¶y trong bÓ ph¶n øng C¸c thiÕt bÞ phô trî : . ThiÕt bÞ ®iÒu chØnh pH . ThiÕt bÞ ®iÒu chØnh nhiÖt ®é theo nh÷ng møc ®· ®Æt s½n. TiÕn hµnh thÝ nghiÖm: 15 g bïn ®· ®­îc ho¹t ho¸ vi khuÈn nitrit ho¸ ®­îc ®­a vµo m« h×nh. Qu¸ tr×nh thæi khÝ ®Ó x¸o trén dßng ch¶y t¹o ®iÒu kiÖn tiÕp xóc gi÷a n­íc mÉu vµ khèi gi¸ thÓ. Sau 4h bïn ®· ®­îc dÝnh b¸m tèt vµ ph©n bè ®Òu trªn toµn bé bÒ mÆt khèi vËt liÖu mang. Sù thÝch nghi víi ®iÒu kiÖn m«i tr­êng cña bïn gièng ®­îc tu©n theo quy luËt bËc thang víi sù t¨ng t¶i l­îng l­u l­îng ®Çu vµo tõ 0,04 tíi 0,37 kgN/m3/ngµy. Qu¸ tr×nh thÝ nghiÖm Sö dông bïn ho¹t tÝnh ®· ®­îc ho¹t hãa nitrit ®· thÝch hîp víi ®iÒu kiÖn m«i tr­êng vµ chÊt tæng hîp nitrit ho¸. G¾n vµ gi÷ cè ®Þnh c¸c gi¸ thÓ ph¶n øng d­íi nh÷ng ®iÒu kiÖn vËn hµnh kh¸c nhau. Qu¸ tr×nh thÝ nghiÖm cã thÓ ®­îc m« t¶ theo s¬ ®å sau. H×nh 14: Qu¸ tr×nh thÝ nghiÖm Nh÷ng ®iÒu kiÖn vËn hµnh cho qu¸ tr×nh xö lý nitrit ho¸ bé phËn B¶ng 5: §iÒu kiÖn vËn hµnh cña qu¸ tr×nh xö lý nitrit Run I II III NhiÖt ®é 27oC 30oC 35oC pH 6.0 6.5 7.0 7.5 6.0 6.5 7.0 7.5 6.0 6.5 7.0 7.5 7.6 7.7 7.8 7.9 Ph­¬ng ph¸p ph©n tÝch Sù tËp trung «xy hoµ tan ®­îc ®o bëi thiÕt bÞ ®o 782 Oxygen Meter (Strathkelvin Instrument, UK). Nit¬ Am«n ®­îc x¸c ®Þnh bëi ph­¬ng ph¸p Indophenol vµ ®­îc ®o b»ng thiÕt bÞ ¶nh phæ kÕ U – 2010. Nit¬ tån t¹i ë d¹ng NO2- vµ NO3- ®­îc ph©n tÝch bëi thiÕt bÞ ph©n tÝch i«n TOALA – 100. MÉu bïn ®Æc trong m« h×nh thÝ nghiÖm ®­îc lÊy ra ®Ó ph©n tÝch kÕt hîp c¸c lo¹i vi khuÈn. C¸c mÉu ADN sÏ ®­îc gi¶i m· khuÕch ®¹i, l¾p ghÐp vµ tÝm kiÕm nh÷ng mÉu t­¬ng thÝch. Nh÷ng ph©n tÝch ADN vµ ph©n tÝch quang ho¸ quan s¸t vµ quÐt d­íi kÝnh hiÓn vi ®ång cù ®­îc tiÕn hµnh theo chuÈn cña Fujii. KÕt qu¶ vµ ®¸nh gi¸ Qu¸ tr×nh Nitrit ho¸ côc bé Nh÷ng thay ®æi cña nång ®é nit¬ tËp trung trong n­íc th¶i dßng ra trong nh÷ng ®iÒu kiÖn kh¸c nhau cña quy tr×nh thÝ nghiÖm ®­îc thÓ hiÖn trong ®å thÞ. NO3-N NO2-N NH4-N H×nh 15: BiÓu ®å thÓ hiÖn sù thay ®æi cña Nit¬ tËp trung theo c¸c ®iÒu kiÖn thÝ nghiÖm D­íi ®iÒu kiÖn pH = 6 -7,5 t¹i nhiÖt ®é 35 oC c¸c thÝ nghiÖm trong ®iÒu kiÖn III thÊy r»ng l­îng N tån t¹i ë d¹ng am«ni vµ nitrit ®­îc t×m thÊy nh­ng nit¬ d¹ng nitrat th× kh«ng cã. Tû lÖ N d¹ng NO2- sÏ t¨ng lªn khi pH v­ît qua ng­ìng 7,25 ë gi¸ trÞ 35oC. Tû lÖ N d¹ng NH4 + vµ NO2- cña dßng ra sÏ cïng ë mét møc khi gi¸ trÞ pH ®¹t møc tõ 7,5 – 7,7 vµ nhiÖt ®é ë møc 35oC. Nh÷ng kÕt qu¶ thÝ nghiÖm d­íi ®iÒu kiÖn pH = 7,8 , t = 35 oC th­êng kh«ng æn ®Þnh v× thÕ kh«ng ®­îc thÓ hiÖn trªn biÓu ®å. Nit¬ trong n­íc th¶i cña dßng ra trong ®iÒu kiÖn pH = 7,9 hoµn toµn ë d¹ng Nitrit vµ ®¹t tíi qu¸ tr×nh nitrit ho¸ hoµn toµn. §Þnh h­íng chung lµ N d¹ng NO2- ®­îc ph¸t hiÖn trong mÉu n­íc th¶i dßng ra khi pH > 7 trong mäi tr­êng hîp. KÕt qu¶ nµy chØ ra r»ng ho¹t ®éng cña c¸c vi khuÈn «xy ho¸ nitrit bÞ ng¨n c¶n d­íi ®iÒu kiÖn kiÒm. Cã thª kÕt luËn r»ng qu¸ tr×nh nitrit ho¸ tõng phÇn lµ pH = 7,5 - 7,7 ë nhiÖt ®é 35oC. ¶nh h­ëng cña nång ®é NH3 ®Õn qu¸ tr×nh nitrit ho¸. Thèng kª ®­îc r»ng t¶i l­îng NH3 tõ 0,1 - 10 mg/l sÏ ng¨n c¶n ho¹t ®éng cña c¸c vi khuÈn «xy ho¸ nitrit. Khi NH3 cã gi¸ trÞ tõ 10 - 150 mg/l sÏ ng¨n c¶n ho¹t ®éng cña c¸c vi khuÈn «xy ho¸ am«ni. §é tËp trung NH3 ®­îc tÝnh theo tæng nit¬ am«ni TAN ( Total Amonium Nitrogen ) NH3 tù do = .TAN. Sö dông c«ng thøc nµy ®é tËp trung NH3 trong c¸c ph¶n øng nitrit ho¸ ®­îc tÝnh to¸n cho mçi ®iÒu kiÖn vËn hµnh kh¸c nhau. KÕt qu¶ ®­îc thÓ hiÖn nh­ sau: NÕu ®é tËp trung NH3 nhá h¬n 1,5 mg/l vµ gi¸ trÞ pH tõ 6 - 7 sÏ ng¨n c¶n qu¸ tr×nh am«ni ho¸ vµ kh«ng t¹o thµnh NO2-. Khi NH3 tõ 2 - 3 mg/l vµ gi¸ trÞ pH = 7,3 th× c¸c thö nghiÖm trong ®iÒu kiÖn I vµ II vµ pH = 7,25 víi thö nghiÖm III ®­îc xem nh­ cã t¸c ®éng ng¨n c¶n c¸c ho¹t ®éng cña vi khuÈn «xy ho¸ nitrit. Khi NH3 > 6,5 mg/l cïng víi ®iÒu kiÖn pH tõ 7,8 tíi 7,9 th× thö nghiÖm trong ®iÒu kiÖn III còng cã dÊu hiÖu ng¨n c¶n ho¹t ®éng cña vi khuÈn «xy ho¸ nitrit vµ toµn bé nitrit ®­îc h×nh thµnh sÏ vÉn n»m l¹i trong n­íc. Nh­ vËy, kÕt luËn r»ng c­êng ®é NH3 tËp trung trong bÓ ph¶n øng nªn n»m trong kho¶ng 4 -6,5 mg/l ®Ó qu¸ tr×nh xö lý nitrÝt ho¸ tõng phÇn cã thÓ diÔn ra. KiÓm tra ®é æn ®Þnh l©u dµi cña qu¸ tr×nh. D­íi nh÷ng ®iÒu kiÖn x¸c ®Þnh cña qu¸ tr×nh nitrit hãa bé phËn, t¶i l­îng Nit¬ d¹ng am«ni dßng vµo ®­îc cè ®Þnh ë møc 100mg/l , thêi gian thÝ nghiÖm HRT = 6h. Sù thay ®æi t¶i l­îng Nit¬ trong 40 ngµy thÝ nghiÖm ®­îc thÓ hiÖn trªn biÓu ®å H×nh 16: DiÔn biÕn qu¸ tr×nh chuyÓn hãa nit¬ trong SNAP Qu¸ tr×nh nitrit hãa ®­îc h×nh thµnh sau 20 ngµy thÝ nghiÖm. Nh­ng l­îng Nit¬ d¹ng am«ni vµ d¹ng nitrit gi¶m dÇn theo thêi gian. Sau 30 ngµy thÊy r»ng bªn c¹nh viÖc lo¹i bá ®ång thêi c¶ am«ni vµ nitrit cã sù h×nh thµnh mét l­îng nhá nitrat. Cïng víi nã lµ hiÖn t­îng bïn chuyÓn sang mµu ®á. Ng­êi ta lÊy dÊu hiÖu nµy ®Ó kÕt luËn qu¸ tr×nh lo¹i bá nit¬ trong bÓ ph¶n øng cã diÔn ra theo qu¸ tr×nh Anammox hay kh«ng. Nh÷ng ®iÒu kiÖn sèng cña vi khuÈn anammox ®­îc t¹o ra bªn trong c¸c khèi gi¸ thÓ bïn ®­îc g¾n cè ®Þnh trong suèt quy tr×nh thÝ nghiÖm. C¸c ®iÒu kiÖn yÕm khÝ ®­îc t¹o ra bëi qu¸ tr×nh tiªu thô «xy hßa tan cña c¸c vi khuÈn «xy hãa am«ni c­ tró trªn bÒ mÆt cña khèi vËt liÖu mang. Nguån thøc ¨n cña vi khuÈn Anammox ®­îc lÊy tõ n­íc m¸y khi chuÈn bÞ dßng vµo. Gi¶ thiÕt c¸c vi khuÈn «xy hãa am«ni vµ anammox cïng tån t¹i song song trªn c¸c gi¸ thÓ bïn trong suèt qu¸ tr×nh thÝ nghiÖm. Ng­êi ta gäi ®©y lµ qu¸ tr×nh lo¹i bá nit¬ theo tr¹ng th¸i ®¬n sö dông Anammox vµ qu¸ tr×nh nitrit hãa bé phËn. Cßn gäi lµ qu¸ tr×nh SNAP. SNAP : Single stage Nitrogen removal using the Anammox and Partial Nitritatio Nh÷ng thÝ nghiÖm liªn tôc ®­îc tiÕn hµnh trong mét thêi gian dµi ®Ó lµm s¸ng tá nh÷ng ®Æc tr­ng trong kh¶ n¨ng lo¹i bá nit¬ cña Qu¸ tr×nh SNAP. Nh÷ng thay ®æi hµng ngµy vÒ tû lÖ nit¬ ®­îc lo¹i bá ®­îc biÓu diÔn theo ®å thÞ d­íi ®©y. H×nh 17: S¬ ®å qu¸ tr×nh SNAP Sau 40 ngµy tiÕn hµnh thÝ nghiÖm 70 % NH 4+- N ®­îc lo¹i bá khái nguån th¶i dßng vµo víi nång ®é ban ®Çu lµ 100 mg/l vµ thêi gian ph¶n øng trong 5h. Khi nång ®é dßng vµo t¨ng lªn 125 mg/l th× sù gia t¨ng ®ét ngét lµm cho hiÖu suÊt lo¹i bá Nit¬ gi¶m xuèng tíi 40 - 50 %. KÕt qu¶ nµy cho thÊy r»ng AOB (Amonium Oxidizing Bacteria) kh«ng cã kh¶ n¨ng ph¶n øng nhanh nh¹y víi nh÷ng thay ®æi ®ét ngét vÒ t¶i l­îng NH 4+- N ®Çu vµo. Do ®ã gi¸ trÞ nång ®é NH 4+- N ®Çu vµo ®­îc x¸c ®Þnh lµ 100 mg/l vµ 6 h ph¶n øng lµ nh÷ng gi¸ trÞ æn ®Þnh nhÊt cho qu¸ tr×nh SNAP. HiÖu suÊt lo¹i bá Nit¬ ®­îc t¨ng thªm 60 - 80% khi gi¶m t¶i l­îng NH4- N ®Çu vµo. L­îng Nit¬ tÝnh theo NH 4+ - N ®Çu ra dao ®éng tõ 5 - 40 mg/l , l­îng NO-2 - N th× lu«n lu«n ®¹t gi¸ trÞ nhá h¬n 5 mg/l. Hµm l­îng NO-3 - N th× ë møc 10 - 15 mg/l lµ nh÷ng kÕt qu¶ thu ®­îc trong qu¸ tr×nh SNAP so s¸nh víi gi¸ trÞ 5 mg/l trong qu¸ tr×nh nitrit ho¸ tõng phÇn. Nh÷ng kÕt qu¶ nµy chØ ra r»ng nh÷ng ph¶n øng anammox ch¾c ch¾n x¶y ra vµ b­íc giíi h¹n tû lÖ cña qu¸ tr×nh SNAP lµ qu¸ tr×nh «xy ho¸ Am«ni¾c. H×nh 18 : §å thÞ thÓ hiÖn sù thay ®æi vÒ hiÖu suÊt lo¹i bá nit¬ trong qu¸ tr×nh SNAP §é «xy hoµ tan DO trong bÓ ph¨n øng ®¹t gi¸ trÞ tõ 2 - 3 mg/l trong suèt qu¸ tr×nh thÝ nghiÖm. pH dßng vµo ®¹t gi¸ trÞ 7,25 vµ pH dßng ra t¨ng lªn tõ 7,7 tíi 8,0. Nh÷ng kÕt qu¶ nµy cho thÊy viÖc thiÕt lËp nh÷ng gi¸ trÞ pH cao h¬n hoÆc thÊp h¬n b»ng thiÕt bÞ ®iÒu chØnh pH sÏ rÊt thuËn lîi ®Ó ®¹t ®­îc qu¸ tr×nh SNAP diÔn ra thÝch hîp nhÊt. S¬ ®å ho¸ qu¸ tr×nh Single System Nitrogen Removal Anammox Plants. H×nh 19: S¬ ®å hãa qu¸ tr×nh SNAP trong bÓ ph¶n øng C¸c kÕt qu¶ thÝ nghiÖm ®­îc thÓ hiÖn trong ®å thÞ sau : H×nh 20: §å thÞ qu¸ tr×nh diÔn biÕn khö nit¬ So s¸nh víi qóa tr×nh xö lý th«ng th­êng So s¸nh víi c¸c qu¸ tr×nh xö lý sinh häc truyÒn thèng c«ng nghÖ míi xö lý Nit¬ trong n­íc th¶i b»ng ph­¬ng ph¸p Anammox cã nh÷ng ­u ®iÓm sau : Elemental Treated water to the nitrogen (N2) pre-settlement tank Sludge digester effluent Mixture of (low concentrations of (ammonium-rich) ammonium and nitrite NH4+, NO2-, NO3-) NH4+ = NO2- NH4+ + NO2- = N2 Aeration (O2) No oxygen H×nh 21: S¬ ®å c«ng nghÖ xö lý nit¬ b»ng ph­¬ng ph¸p anammox Nitrification Partial nitritation NH4+ NH4- 0.75 O2 (40%) 2 O2 (100%) NO3- 0.5 NH4+ 0.5 NO2- Organic carbon (e.g., methanol: 3.4 kg/kg N) 0.5 N2 0.5 N2 + + lots of biomass little biomass Denitrification Anammox . H×nh 22: So s¸nh s¬ ®å c«ng nghÖ khö nit¬ b»ng ph­¬ng ph¸p th«ng th­êng vµ Anammox L­îng «xy cung cÊp cã thÓ gi¶m tíi 60% ®ång nghÜa víi viÖc gi¶m n¨ng l­îng cÇn ®Ó cung cÊp «xy cho qu¸ tr×nh sinh ho¸. Qu¸ tr×nh anammox kh«ng yªu cÇu nguån c¸c bon h÷u c¬. Tr¸i ng­îc víi qu¸ tr×nh Nitrification /Denitrification khi ph¶i cung cÊp nguån cacbon h÷u c¬ ( metanol ) ®Ó lµm t¸c nh©n cho qu¸ tr×nh sinh ho¸ C¸c vi khuÈn Anammox t¹o ra Ýt sinh khèi h¬n do ®ã gi¶m ®­îc l­îng bïn xö lý. Qu¸ tr×nh Anammox kh«ng nh÷ng sö dông Ýt n¨ng l­îng vµ c¸c nguån ho¸ chÊt phô trî kh¸c mµ cßn cã gi¸ thµnh thÊp h¬n so víi ph­¬ng ph¸p xö lý sö dông kÕt hîp hai qu¸ tr×nh nitrat ho¸ vµ khö nitrat ho¸ th«ng th­êng. KÕt luËn Trong c¸c ph­¬ng ph¸p xö lý nit¬, th× xö lý nit¬ b»ng ph­¬ng ph¸p sinh häc cho hiÖu suÊt khö nit¬ cao tõ 70-95% l­îng nit¬ trong n­íc th¶i. Qu¸ tr×nh xö lý æn ®Þnh, ®¸ng tin cËy. C¸c c«ng tr×nh sö dông còng dÔ vËn hµnh vµ qu¶n lý, diÖn tÝch ®Êt yªu cÇu nhá, chi phÝ ®Çu t­ hîp lý Bªn c¹nh qu¸ tr×nh khö nit¬ b»ng ph­¬ng ph¸p th«ng th­êng lµ nitrat hãa vµ ph¶n nitrat th× qu¸ tr×nh Anammox (Anaerobic Ammonia Oxidation) cho hiÖu suÊt xö lý cao h¬n víi nhiÒu ­u ®iÓm næi tréi nhÊt lµ gi¶m ®­îc l­îng bïn xö lý vµ l­îng oxi cung cÊp cho qu¸ tr×nh xö lý. Víi nh÷ng t¸c h¹i do nit¬ trong n­íc th¶i ®em ®Õn cho søc kháe con ng­êi vµ cho m«i tr­êng, viÖc t×m ra c¸c biÖn ph¸p xö lý cho hiÖu qu¶ cao, Ýt tèn kÐm ®ång thêi ®¶m b¶o sù ph¸t triÓn bÒn v÷ng, dïng chÝnh nh÷ng yÕu tè sinh th¸i trong tù nhiªn ®Ó xö lý lµ v« cïng cÇn thiÕt. Chóng ta cÇn nghiªn cøu ®Ó ph¸t triÓn vµ hoµn thiÖn h¬n n÷a c¸c qu¸ tr×nh xö lý nµy, ®¶m b¶o sù æn ®inh cña m«i tr­êng sèng. C¸c tµi liÖu tham kh¶o TrÇn §øc H¹, §ç V¨n H¶i C¬ së hãa häc qu¸ tr×nh xö lý n­íc cÊp vµ n­íc th¶i. Nhµ xuÊt b¶n Khoa häc vµ Kü thuËt , Hµ Néi,2002. Hoµng HuÖ, TrÇn §øc H¹ Tho¸t n­íc .TËp 2: Xö lý n­íc th¶i NXB Khoa häc vµ Kü thuËt, Hµ Néi,2002. TrÞnh Xu©n Lai TÝnh to¸n thiÕt kÕ c¸c c«ng tr×nh xö lý n­íc th¶i NXB X©y Dùng , 2000. TrÇn HiÕu NhuÖ, L©m Minh TriÕt Xö lý n­íc th¶i Tr­êng §¹i Häc X©y Dùng, 1978. TrÇn HiÕu NhuÖ, TrÇn §øc H¹,Lª ThÞ HiÒn Th¶o. C¸c qu¸ tr×nh sinh häc trong c¸c c«ng tr×nh cÊp tho¸t n­íc NXB Khoa Häc vµ Kü ThuËt , Hµ Néi , 1995. Melcalf and Eddy Inc Wastewater Engineering : Treatment ,Disposal and Reuse , 4th edition Veestra Ir.S Wastewater Treatment. ZHE – DELF , 1995. 1. Më ®Çu 1 2. Tæng quan 2 2.1. Tr¹ng th¸i tån t¹i cña Nit¬ trong n­íc th¶i 2 2.2. T¸c h¹i cña Nit¬ trong n­íc th¶i 5 2.2.1. T¸c h¹i cña Nit¬ ®èi víi søc kháe céng ®ång 5 2.2.2. T¸c h¹i cña « nhiÔm Nit¬ ®èi víi m«i tr­êng 5 2.2.3. T¸c h¹i cña Nit¬ ®èi víi qu¸ tr×nh xö lý n­íc 6 2.3. C¸c ph­¬ng ph¸p xö lý Nit¬ trong n­íc th¶i hiÖn nay 6 2.4. KÕt luËn 8 3. Xö lý nit¬ trong n­íc th¶i b»ng ph­¬ng ph¸p sinh häc 9 3.1. C¬ së lý thuyÕt c¸c qu¸ tr×nh xö lý nit¬ b»ng ph­¬ng ph¸p sinh häc 9 3.1.1. Nitrat hãa 9 3.1.2. Khö nitrit vµ nitrat: 10 3.2. C¸c d©y chuyÒn vµ c«ng tr×nh xö lý nit¬ trong n­íc th¶i 11 3.2.1. D©y chuyÒn c«ng nghÖ xö lý nit¬ 11 3.2.2. Mét sè d¹ng c«ng tr×nh kÕt hîp xö lý BOD/N 13 3.2.3. Kªnh «xy ho¸ tuÇn hoµn 13 3.2.4. Aer«ten ho¹t ®éng gi¸n ®o¹n theo mÎ (hÖ SBR) 13 3.3. Xö lý kÕt hîp nit¬ vµ phèt pho 15 B¶ng 3: L­îng nit¬ vµ phèt pho theo n­íc m­a ch¶y vµo s«ng, hå, kg/ha.n¨m. 15 3.3.1.1. KÕt hîp xö lý Phèt pho vµ Nit¬ trong n­íc th¶i b»ng ph­¬ng ph¸p sinh häc 15 3.3.2. So s¸nh ­u, nh­îc ®iÓm cña c¸c qu¸ tr×nh kÕt hîp xö lý c¶ nit¬ vµ photpho 18 3.4. KÕt luËn 19 4. Nghiªn cøu ph­¬ng ph¸p xö lý Nit¬ trong n­íc th¶i b»ng qu¸ tr×nh Anammox 19 4.1. C¬ chÕ qu¸ tr×nh 20 4.2. Ph­¬ng ph¸p thÝ nghiÖm 21 4.2.1. Nguyªn vËt liÖu vµ ph­¬ng ph¸p 21 4.2.2. VËt liÖu mang. 21 4.2.3. ThiÕt bÞ thÝ nghiÖm 22 4.2.4. TiÕn hµnh thÝ nghiÖm: 23 4.2.5. Qu¸ tr×nh thÝ nghiÖm 24 4.2.6. Ph­¬ng ph¸p ph©n tÝch 24 4.3. KÕt qu¶ vµ ®¸nh gi¸ 25 4.3.1. Qu¸ tr×nh Nitrit ho¸ côc bé 25 4.3.2. ¶nh h­ëng cña nång ®é NH3 ®Õn qu¸ tr×nh nitrit ho¸. 26 4.3.3. KiÓm tra ®é æn ®Þnh l©u dµi cña qu¸ tr×nh. 26 4.3.4. S¬ ®å ho¸ qu¸ tr×nh Single System Nitrogen Removal Anammox Plants. 29 4.4. So s¸nh víi qóa tr×nh xö lý th«ng th­êng 30 5. KÕt luËn 31 C¸c tµi liÖu tham kh¶o 32