Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải: Chương 8 - TS. Phan Thanh Lâm

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:126

Thêm vào BST

Báo xấu

9
lượt xem 7
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải: Chương 8 Xử lý bậc II – xử lý nitơ và photpho, cung cấp cho người học những kiến thức như Xử lý Nitơ trong nước thải; Chuyển hóa nitơ trong quá trình xử lý sinh học; Quá trình Nitrate hóa; Đẳng lượng của nitrate hóa sinh học;... Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải: Chương 8 - TS. Phan Thanh Lâm

KỸ THUẬT XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHƯƠNG 8 XỬ LÝ BẬC II – XỬ LÝ NITƠ VÀ PHOTPHO TS. Phan Thanh Lâm
Các quá trình xử lý nước thải Sơ bộ Bậc 1 Bậc 2 Bậc 3 Bậc cao • Sơ bộ • Bậc I • Bậc II • Bậc III • Bậc cao (preliminary (primary) (secondary) (Tertiry) (Advanced ) • Bậc I tăng • Bậc II với ) cường khử chất (Advanced dinh dưỡng primary)
Mức độ xử lý nước thải Mức độ xử lý Mô tả Loại bỏ các thành phần như rác, vật nổi, cát, dầu mỡ mà có thể Sơ bộ (preliminary) gây ra các vấn đề trong vận hành và bảo dưỡng cho các công trình Bậc I (primary) Loại bỏ một phần SS và chất hữu cơ Bậc I tăng cường Tăng cường khử SS và chất hữu cơ bằng cách thêm hoá chất (Advanced primary) hoặc lọc Khử chất hữu cơ dễ phân huỷ sinh học ở dạng hoà tan và cặn lơ Bậc II (secondary) lững bằng phương pháp sinh học/hoá học. Khử trùng cũng bao gồm trong xử lý bậc II Bậc II với khử chất Khử chất hữu cơ, SS và chất dinh dưỡng (N,P) dinh dưỡng Khử SS còn lại (sau xử lý bậc II) bằng lọc cát hoặc lưới lọc Bậc III (Tertiry) (microscreens). Khử chất dinh dưỡng Khử chất lơ lững và hoà tan còn lại sau quá trình xử lý sinh học Bậc cao (Advanced) bình thường khi có yêu cầu tận dụng lại nước thải sau xử lý
Xử lý Nitơ trong nước thải
Chuyển hóa nitơ trong quá trình xử lý sinh học Nitơ hữu cơ (protein, urê) Thủy phân và phân hủy vi khuẩn Nitơ hữu cơ Nitơ - Nitơ hữu cơ (tế bào vi Ammonia Đồng hóa (tăng trưởng) khuẩn) O2 Tự oxy hóa và tự phân hủy Nitrate Nitơ – Nitrit hóa (NO2-) O2 Hợp chất chứa cacbon Nitơ – Nitrat Khí nitơ (NO3-) Khử Nitrate (N2)
Quá trình Nitrate hóa • Mô tả quá trình:  Quá trình nitrate hóa là quá trình oxy hóa các hợp chất chứa nitơ, đầu tiên là ammonia thành nitrite sau đó oxy hóa nitrite thành nitrate.  Quá trình nitrate hóa diễn ra theo 2 bước liên quan đến 2 loại vi sinh vật tự dưỡng Nitrosomonas và Nitrobacter  Amnonia (NH4-N) được chuyển hóa thành nitrite được thực hiện bởi Nitrosomans
Quá trình Nitrate hóa • Mô tả quá trình:  Amnonia (NH4-N) được chuyển hóa thành nitrite được thực hiện bởi loài Nitrosomans NH4+ + 1.5 O2  NO2- + 2H+ + H2O (1)  Nitrite được chuyển hóa thành nitrate được thực hiện bởi loài Nitrobacter NO2- + 0.5 O2  NO3- (2) • Tổng hợp 2 phản ứng được viết lại như sau: NH4+ + 2 O2  NO3- + 2H+ + H2O
Quá trình Nitrate hóa • Nitrate hóa cần thiết trong xử lý nước thải vì:  Amomonia tiêu thụ DO của nguồn tiếp nhận và gây độc cho cá  Để kiểm soát quá trình phú dưỡng hóa  Để kiểm soát Nitơ cho việc sử dụng lại nước thải/xả thải vào nước ngầm • Tổng nồng độ N – hữu cơ và ammonia trong nước thải đô thị = 25 – 45 mg N/L • Tiêu chuẩn nước thải: Tổng N = 60 mg/L, N-ammonia = 10 mg/L
Quá trình Nitrate hóa • Phân loại quá trình nitrate hóa: dựa trên mức độ tách riêng chức năng nirate hóa và oxy hóa carbon • Oxy hóa carbon và nitrate hóa có thể xảy ra cùng một công trình đơn vị hay trong hai công trình riêng biệt • Khả năng nitrate hóa của các quá trình sinh học tùy thuộc vào tỷ số BOD5 /TKN (Total Kjedahl Nitrogen) • Theo US – SPE: khi tỉ số BOD5 /TKN ≥ 5 thì quá trình oxy hóa carbon và nitrate ở dạng kết hợp; BOD5 /TKN < 3, hai quá trình oxy hóa carbon và nitrate hóa được tách riêng
Quá trình Nitrate hóa • Giống như khử BOD, nitrate hóa có thể áp dụng quá trình sinh học sinh trưởng lơ lửng và sinh trưởng bám dính. • Đối với quá trình sinh trưởng lơ lửng: • Quá trình một bậc bùn (single – sludge): Nitrate hóa kết hợp với với khử BOD trong một hệ thống: bể aeroten và lắng có tuần hoàn bùn. Đây là dạng áp dụng phổ biến
Quá trình Nitrate hóa • Đối với quá trình sinh trưởng lơ lửng: • Áp dụng trong những trường hợp có khả năng gây độc và gây ức chế. • Gồm 2 hệ thống riêng biệt (mỗi hệ thống có 1 bể làm thoáng và 1 bể lắng) • Hệ thống I: hoạt động ở SRT ngắn để khử BOD • Hệ thống II: Vi khuẩn nitrate hóa, vi khuẩn tự dưỡng, phát triển chậm hơn nhiều so với vi khuẩn tự dưỡng  đòi hỏi thòi gian lưu nước và lưu bùn dài hơn. • Một phần nước thải đầu vào có thể được dẫn tắt (by – pass) đến hệ thống II để tạo điều kiện cho việc kết bông và lắng cặn hiệu quả hơn.
Quá trình Nitrate hóa
Vi sinh vật
Đẳng lượng của nitrate hóa sinh học • Quá trình oxi hóa ammonia thành nitrate xảy ra theo 2 bậc:  Vi khuẩn Nitrosomans 2NH4+ + 3 O2  2NO2- + 4H+ + 2H2O  Vi khuẩn Nitrobacter NO2- + 0.5O2  NO3- • Tổng phản ứng oxy hóa: NH4+ + 2 O2  NO3- + 2H+ + H2O • Nhu cầu oxy cần cho oxy hóa hoàn toàn ammonia là 4.57 g O2/g N
Đẳng lượng của nitrate hóa sinh học • Lượng kiềm cần để thực hiện phản ứng oxy hóa ammonia NH4+ + 2HCO3- + O2  NO3- + 2 CO2 + 3H2O  Một gram Nitơ – Ammonia (N) được chuyển hóa thì cần 7.14g kiềm (CaCO3) = [2 x (50 gCaCO3/eq)/14] • Cùng với năng lượng thu được, 1 phần ion ammonium được tiêu hóa vào trong tế bào. Phản ứng tổng hợp sinh khối 4CO2 + HCO3- + NH4+ + H2O  C5H7O2N + 5 O2 • Công thức hóa học C5H7O2N được sử dụng để mô tả sự tổng hợp tế bào vi khuẩn.
Đẳng lượng của nitrate hóa sinh học • Công thức tổng hợp mô tả oxy hóa và tổng hợp tổng hợp tế bào NH4+ + 1.863 O2 + 0.098 CO2  0.0196 C5H7O2N + 0.98 NO3- + 0.0941 H2O + 1.98 H+  Một gram Nitơ – Ammonia (N) được chuyển hóa sử dụng 4.25g O2, 0.16 g tế bào mới được tạo thành, 7.07g kiềm (CaCO3) được loại bỏ, 0.08g carbon vô cơ được sử dụng trong việc hình thành tế bào mới.
Động học sinh trưởng 𝛍 𝐧𝐦 𝐍 𝛍𝐧 𝐊 𝐝𝐧 𝐊𝐧 𝐍 • µn: Tốc độ sinh trưởng riêng của vi khuẩn nitrate hóa (g tế bào mới/g tế bào.ngày) • µnm: Tốc độ sinh trưởng riêng tối đa của vi khuẩn nitrate hóa (g tế bào mới/g tế bào.ngày) • N: Nồng độ nitơ (g/m3) • Kn: Hằng số bán vận tốc (g/m3) • Kdn: Hệ phân hủy nội bào cho vi khuẩn nitrate hóa (gVSS/gVSS) • µnm: 0.25 – 0.77 gVSS/gVSS ở nhiệt độ 200C • SRT: 7 – 20 ngày
Các yếu tố ảnh hưởng đến động học quá trình nitrate hóa Oxy hòa tan (DO) pH Độc tính Kim loại Nồng độ ammonia và nitrite
Các yếu tố ảnh hưởng đến động học quá trình nitrate hóa  Ảnh hưởng của DO tới tốc độ nitrate hóa 𝛍 𝐧𝐦 𝐍 𝑫𝑶 𝛍𝐧 𝐊 𝐝𝐧 𝐊𝐧 𝐍 𝑲𝟎 𝑫𝑶  DO: Nồng độ oxy hòa tan (g/m3)  K0: Hệ số bán bão hòa đối với DO (mg/l) • Nồng độ DO = 4 – 7 mg/l, tốc độ nitrate hóa tốt, nhưng DO = 1 mg/l thì tốc độ chỉ bằng 90% tốc độ ở nồng độ DO cao hơn. Tốc độ nitrate hóa trong bùn hoạt tính gấp đôi khi nồng độ DO tăng từ 1  3 mg/l • Sự khác nhau của những nghiên cứu ảnh hưởng DO lên động lực phản ứng được giải thích là dựa trên cơ chế vận chuyển và tiêu thụ oxy của các bông bùn hoạt tính
Các yếu tố ảnh hưởng đến động học quá trình nitrate hóa  pH • Ở giá trị pH gần 5.8 – 6.0, tốc độ nitrate hóa có thể bằng 10 – 20% so với tốc độ nitrate ở giá trị pH = 7 • Tốc độ nitrate hóa tối ưu xảy ra ở giá trị pH trong khoảng 7.5 – 8.0 • Độ kiềm cần được thêm vào hệ thống xử lý nước thải để suy trì pH cho phù hợp. Lượng kiềm được thêm vào phụ thuộc độ kiềm ban đầu và lượng N – NH4 oxy hóa. • Độ kiềm có thể được thêm vào dưới dạng vôi, soda, natri bicarbonate (NaHCO3)