xö lý c¸c chÊt ®Æc biÖt<br />
trong n−íc<br />
<br />
1. D¹ng tån t¹i cña c¸c hîp chÊt Nit¬<br />
<br />
KhÝ N2<br />
Nit¬ Am«n NH4+<br />
<br />
Xö lý c¸c hîp chÊt Nit¬<br />
trong n−íc<br />
<br />
Ammoniac NH3:<br />
NO3NO2-<br />
<br />
PGS. TS. NguyÔn ViÖt Anh<br />
Phã viÖn tr−ëng,<br />
ViÖn Khoa häc vµ Kü thuËt M«i tr−êng,<br />
Tr−êng ®¹i häc X©y dùng<br />
<br />
®¹m (Protein)<br />
<br />
Nit¬ nguyªn chÊt. 79% khÝ quyÓn.<br />
S¶n phÈm ph©n huû c¸c hîp chÊt h/c¬<br />
chøa Nit¬. Lµ nguån dinh d−ìng dÔ hÊp<br />
thô ®èi víi c©y trång<br />
KhÝ (®éc), tan nhiÒu trong n−íc. T¹o tõ<br />
NH4+ trong n−íc khi pH cao.<br />
S¶n phÈm oxy ho¸. T¹o c¸c muèi víi c¸c<br />
kim lo¹i. D¹ng c©y trång dÔ hÊp thô.<br />
S¶n phÈm trung gian cña qu¸ tr×nh oxy<br />
ho¸ Nit¬ Amm«ni thµnh Nitrat<br />
Hydrocacbon CxHyOzNn.<br />
Cã ph©n tö l−îng cao, lµ thµnh phÇn quan<br />
träng ®Ó x©y dùng tÕ bµo cña bÊt kú c¬ thÓ<br />
sèng nµo.<br />
2<br />
<br />
C¸c hîp chÊt Nit¬ trong n−íc ngÇm<br />
Nit¬ trong Humic (25 - 60%), Axit Amin (21 - 35%),<br />
Clorophyl (1 - 3%), Peptite, vv...<br />
Chóng cã thÓ lµ s¶n phÈm cña c¸c qu¸ trình hãa sinh häc, x©m nhËp vµo n−íc ngÇm tõ n−íc th¶i hay<br />
do mét sè qu¸ trình ®Þa hãa ®Æc biÖt.<br />
<br />
N-NH4+ trong n−íc ngÇm: N−íc th¶i sinh ho¹t, qu¸<br />
trình Am«n hãa - ph©n hñy c¸c HCHC: ®¹m, n−íc<br />
tiÓu, axit nucleic... bëi vi sinh vËt, hay do viÖc sö dông<br />
ph©n bãn trong n«ng nghiÖp.<br />
Qu¸ trình amon hãa (nhê c¸c vi khuÈn amon, men,<br />
...):<br />
Protein<br />
Pepton<br />
Peptit<br />
Axit Amin<br />
Ammoniac<br />
(NH2)2CO + H2O<br />
<br />
2 NH3 + CO2<br />
<br />
3<br />
<br />
4<br />
<br />
C¸c hîp chÊt Nit¬ trong n−íc:<br />
Phát tri n vi sinh v t trong đư ng ng và làm tăng<br />
nhanh quá trình ăn mòn đư ng ng.<br />
Gây nên m t s b nh nguy hi m cho ngư i s d ng<br />
nư c.<br />
NO2- tác d ng v i các Amin hay Alkyl Cacbonat trong<br />
cơ th ngư i, có th t o thành các h p ch t ch a<br />
Nitơ gây ung thư.<br />
<br />
5<br />
<br />
PGS. TS. NguyÔn ViÖt Anh, IESE<br />
<br />
L t vào cơ th , NO3- chuy n hóa thành NO2- nh vi<br />
khu n đư ng ru t.<br />
Các NO2- tác đ ng lên Hemoglobin (Hb), bi n nó<br />
thành Methemoglobin (Met-Hb), m t kh năng v n<br />
chuy n oxy đ n các mô.<br />
NO3- t o ra ch ng thi u Vitamin và có th k t h p<br />
v i các Amin đ t o nên nh ng Nitrosamin gây<br />
ung thư ngư i cao tu i.<br />
N trong Nư c pha S a cho Tr em - men d dày<br />
còn chưa phát tri n - NO3- d bi n thành NO2- chi m l y Hb - bi n thành Met-Hb - Các mô thi u<br />
oxy - Tr xanh xao<br />
<br />
6<br />
<br />
1<br />
<br />
2. C¸c ph−¬ng ph¸p<br />
lo¹i bá c¸c hîp chÊt Nit¬ trong n−íc<br />
<br />
QCVN 01:2009/BYT<br />
NO3- < 50 mg/l<br />
NO2- < 3 mg/l<br />
NH4+ < 3 mg/l (= QCVN 02:2009/BYT)<br />
<br />
Làm thoáng (s c khí)<br />
Clo hóa,<br />
Nitrat hóa + kh Nitrat b ng phương pháp sinh hóa<br />
Trao đ i ion<br />
Đi n hóa,<br />
L c màng: đi n th m tách, đi n th m tách đ o chi u,<br />
Chưng c t<br />
vv...<br />
<br />
Am«ni NH4+ ë mét sè<br />
giÕng khoan khai th¸c<br />
n−íc ngÇm cña Hµ néi:<br />
10 - 20 mg/l hoÆc cao h¬n.<br />
<br />
7<br />
<br />
8<br />
<br />
2.1. Lµm tho¸ng ®Ó khö Amoni<br />
(air stripping)<br />
NH4+<br />
<br />
↔ NH3<br />
<br />
+<br />
<br />
H+<br />
<br />
• ë ®iÒu kiÖn pH >7, c©n b»ng chuyÓn dÞch sang ph¶i.<br />
• víi pH >10, h¬n 85% Amoni cã thÓ chuyÓn dÞch sang d¹ng<br />
khÝ khi lµm tho¸ng.<br />
• pH = 10 - 11: c¸c ion Hydroxyt d− sÏ chuyÓn c¸c ion NH<br />
thµnh Hydroxit Amon.<br />
<br />
NH4+<br />
NH4OH<br />
<br />
+<br />
↔<br />
<br />
+<br />
4<br />
<br />
↔ NH4OH<br />
OH↑ + H2 O<br />
NH3<br />
<br />
9<br />
<br />
10<br />
<br />
2.2. Ph−¬ng ph¸p Clo hãa<br />
L−îng Cl2<br />
d−, mg/l<br />
<br />
NH3 d hoà tan trong nư c: Hi = f(t)<br />
Hi (NH3) = 0,76 atm/mol 20oC<br />
CO2: 150 atm/mol; O2: 43000 atm/mol<br />
C n lư ng không khí l n:<br />
G/L = 6000, E = 90%.<br />
Vôi, NaOH + Tăng nhi t đ<br />
Tăng E.<br />
<br />
1<br />
2<br />
<br />
Ct A Ct B<br />
<br />
*<br />
<br />
-<br />
<br />
*<br />
CA<br />
<br />
11<br />
<br />
PGS. TS. NguyÔn ViÖt Anh, IESE<br />
<br />
3<br />
<br />
CB<br />
<br />
Cl2 d− khi trong n−íc kh«ng cã NH3<br />
Cl2 d− khi trong n−íc cã NH3<br />
Hµm l−îng NH3 trong n−íc<br />
<br />
LiÒu l−îng Cl2<br />
®−a vµo n−íc, mg/l<br />
12<br />
<br />
2<br />
<br />
2.3. Trao ®æi Ion<br />
(pH < 5)<br />
Cl2 + H2O ↔<br />
<br />
(pH < 7)<br />
(pH > 8)<br />
HCl + HClO ↔<br />
H+ + ClOBreak points<br />
NH3 + Cl2<br />
HCl + NH2Cl<br />
2 HCl + NHCl2<br />
NH3 + 2Cl2<br />
NH2Cl + NHCl2<br />
N2 + 3HCl<br />
2 NH2Cl + Cl2<br />
N2 + 4HCl<br />
<br />
[Cl2] = 7..10 (10..25) [NH3]<br />
<br />
XL Amoni: läc qua vËt liÖu läc trao ®æi Kation nh− Zeolite<br />
tù nhiªn - ®Êt sÐt, Klinoptilolyte hay Sepiolite.<br />
Z-Na + NH4+<br />
Z-NH4+ + Na+<br />
+<br />
hoÆc Z-H + NH4<br />
Z-NH4+ + H+<br />
Hoµn nguyªn:<br />
NaCl 0.6M hoÆc H2SO4 (thu ®−îc (NH4)2SO4: ph©n bãn)<br />
<br />
(= 6 - 15 mg/l).<br />
<br />
XL Nitrat, Nitrit: Sö dông c¸c vËt liÖu trao ®æi Anionit gèc<br />
Cl-, OH- hay SO42-.<br />
Sö dông, vËn hµnh phøc t¹p; khã hoµn nguyªn, .v.v.<br />
<br />
[Cl2] ? [Cl2] d−? THMs? Mïi?<br />
13<br />
<br />
14<br />
<br />
2.4. Ph−¬ng ph¸p sinh häc<br />
Denitrification<br />
<br />
(1) Nitrification/Denitrification<br />
<br />
10-60%<br />
<br />
Primary<br />
<br />
Nitrification<br />
<br />
settling tank<br />
<br />
BÞ hÊp thô bëi tÕ bµo trong qu¸ trình chuyÓn ho¸<br />
Metabolism<br />
TÕ bµo hÊp thô ®Ó sinh tr−ëng<br />
ChuyÓn tõ Amoni sang d¹ng oxy ho¸<br />
ChuyÓn tõ d¹ng «xy ho¸ sang Nit¬ tù do N2<br />
Yªu cÇu:<br />
Oxygen<br />
Carbon (h u c¬/v« c¬)<br />
<br />
Settling tank<br />
40-80%<br />
<br />
100%<br />
30-40%<br />
<br />
20%<br />
15-20%<br />
<br />
Super-natant<br />
<br />
Sludge<br />
<br />
Incorporation:<br />
15-20%<br />
<br />
Sludge thickening<br />
<br />
Digestor<br />
<br />
16 16<br />
<br />
15<br />
<br />
a. Nitrification<br />
Nitrosomonas, Nitrosospire, Nitrosococcus, Nitrosolobus<br />
2 NH4+ + 3 O2<br />
4 H+ + 2 NO2 - + 2 H2O + Q<br />
Nitrobacter, Nitrospina, Nitrococcus<br />
2 NO2- + O2<br />
2 NO3- + Q<br />
<br />
TÕ bµo míi<br />
<br />
Vi khu n t dư ng hóa năng: dùng năng lư ng sinh ra t<br />
ph n ng Nitrat hóa đ kh CO2 c a không khí và t o nên<br />
các ch t h u cơ c a cơ th chúng.<br />
M« tÕ bµo<br />
<br />
TÕ bµo míi<br />
<br />
NH4+ + 1,83 O2 + 1,98 HCO3<br />
<br />
§é kiÒm gi¶m<br />
17<br />
<br />
PGS. TS. NguyÔn ViÖt Anh, IESE<br />
<br />
-<br />
<br />
0,021C5H7NO2 + 1,041 H2O<br />
+ 0,98 NO3 + 1,88 H2CO3<br />
<br />
bæ sung KiÒm!<br />
18<br />
<br />
3<br />
<br />
B l c sinh h c<br />
V n t c quá trình oxy hóa Amôni ph thu c vào tu i<br />
th bùn (màng VSV), nhi t đ , pH c a môi trư ng,<br />
n ng đ vi sinh v t, hàm lư ng Amôni, oxy hòa tan,<br />
v t li u l c, t l C/N...<br />
Đ ki m<br />
1 mg N-NH4 c n 4,6 mg O2, t o 0,09 mg sinh kh i<br />
DO > 4 mg/l;<br />
DO = 2 mg/l: E = 50%<br />
Các ch t c ch : Cu, Ag, Hg, Ni, Cr, Zn, ..., các h p<br />
ch t Phenol, Xianua, Nitrit, ...<br />
19<br />
<br />
20<br />
<br />
b. Khö Nitrat trong ®iÒu kiÖn thiÕu khÝ (Anoxic)<br />
<br />
NÕu cã oxy trong n−íc, ph¶i khö b»ng c¸ch bæ sung thªm<br />
1 l−îng Methanol:<br />
3O2 + 2 CH3OH 2 CO2 + 4 H2O<br />
<br />
Nguån Cacbon: Metan, Methanol, ®−êng, Etanol, dÊm :<br />
NO3- + 1.08 CH3OH + 0.24 H2CO3<br />
0.056 C5H7NO2 + 0.47 N2+ 1.68 H2O + HCO3H« hÊp néi bµo:<br />
C5H7NO2 + 4.6NO3Aerobacter<br />
Alcaligenes<br />
Bacilus<br />
Brevibacterium<br />
Lactobacillus<br />
<br />
Ch t nh−êng ®iÖn tö: Hydro (H)<br />
BOD/N:<br />
BOD/(NO2- + NO3-)-N = 3 .. 5 kg/kg<br />
KiÒm tăng<br />
<br />
2.8N2 + 5CO2 + 4.6OH- + 1.2H2O<br />
<br />
Microcucous<br />
Ptoteus<br />
Pseudomonas<br />
Brevibacterium<br />
Spirillium<br />
<br />
Vi khuÈn dÞ d−ìng<br />
<br />
21<br />
<br />
22<br />
<br />
23<br />
<br />
24<br />
<br />
Nitrification – denitrification<br />
<br />
Denitrification<br />
<br />
Nitrification<br />
<br />
NH + +<br />
4<br />
<br />
VK<br />
3<br />
VK<br />
−<br />
O 2 Nitrit → NO 2 + 2H + + 2H 2 O + 276 ÷ 351 KJ<br />
<br />
<br />
2<br />
VK<br />
1<br />
−<br />
NO + + O 2 VK Nitrat → NO 3<br />
<br />
<br />
2<br />
2<br />
<br />
−<br />
NH + + 2O 2 NO 3 + 2H + + H 2 O<br />
→<br />
4<br />
<br />
4NO3- + CH3COONa → 4NO2- + 2CO2 + H2O + NaOH<br />
VK<br />
<br />
2NO2- + CH3COONa → N2 + 2CO2 + H2O + NaOH<br />
VK<br />
<br />
4NO3 + 3CH3COONa → 2N2 + 6CO2 + 3H2O + 3NaOH<br />
-<br />
<br />
PGS. TS. NguyÔn ViÖt Anh, IESE<br />
<br />
4<br />
<br />
Nitrification: Temp., pH, Alkalinity Graph<br />
<br />
9.0<br />
<br />
40.0<br />
<br />
8.0<br />
<br />
35.0<br />
<br />
7.0<br />
<br />
30.0<br />
<br />
6.0<br />
<br />
25.0<br />
<br />
5.0<br />
<br />
20.0<br />
<br />
4.0<br />
<br />
15.0<br />
<br />
3.0<br />
<br />
10.0<br />
<br />
2.0<br />
<br />
5.0<br />
<br />
To in<br />
<br />
1.0<br />
<br />
0.0<br />
<br />
pH, Alkalinity (mgeq/l)<br />
<br />
10.0<br />
<br />
45.0<br />
<br />
Temperature, (oC)<br />
<br />
50.0<br />
<br />
0.0<br />
<br />
To out<br />
pH in<br />
<br />
pH out<br />
<br />
Date<br />
Ki in<br />
Ki out<br />
<br />
25<br />
<br />
26<br />
<br />
Denitrification: Temp., pH, Alkalinity Graph<br />
9.0<br />
<br />
Nitrogen loading rate (NLR) vs. Removal efficiency (E)<br />
pH, Alkalinity (mgeq/l)<br />
<br />
8.0<br />
<br />
Temperature, oC<br />
<br />
25.0<br />
7.0<br />
<br />
20.0<br />
<br />
6.0<br />
<br />
5.0<br />
15.0<br />
4.0<br />
<br />
10.0<br />
<br />
100<br />
<br />
Removal efficiency E, %<br />
<br />
30.0<br />
<br />
3.0<br />
<br />
2.0<br />
5.0<br />
<br />
T in<br />
<br />
1.0<br />
<br />
95<br />
<br />
E, %<br />
90<br />
<br />
T out<br />
<br />
0.0<br />
<br />
0.0<br />
pH in<br />
<br />
Date<br />
<br />
85<br />
0.00<br />
<br />
pH out<br />
<br />
0.05<br />
<br />
0.10<br />
<br />
Ki in<br />
<br />
0.15<br />
<br />
0.20<br />
<br />
NLR, g N-NO /(g VSS.d)<br />
3<br />
<br />
Ki out<br />
<br />
27<br />
<br />
28<br />
<br />
COD consumed vs. N-NO removed Graph<br />
3<br />
180<br />
<br />
25.0<br />
<br />
20.0<br />
<br />
140<br />
<br />
N-NO 3 in, out (mg/l)<br />
<br />
COD in, out (mg/l)<br />
<br />
160<br />
<br />
Nitrification<br />
<br />
NaHCO3 = 50 mg/l<br />
<br />
40.0<br />
<br />
80.0<br />
<br />
35.0<br />
<br />
70.0<br />
<br />
30.0<br />
<br />
60.0<br />
50.0<br />
40.0<br />
30.0<br />
<br />
10.0<br />
<br />
20.0<br />
<br />
NH4+ in<br />
<br />
5.0<br />
<br />
10.0<br />
<br />
NH4+ out<br />
<br />
0.0<br />
<br />
5.0<br />
<br />
20<br />
<br />
0<br />
<br />
0.0<br />
<br />
Date<br />
<br />
HRT = 0.5h<br />
NO3 (mg/l), E removal (%)<br />
<br />
40<br />
<br />
NH4+, NO 2- (mg/l)<br />
<br />
60<br />
<br />
90.0<br />
<br />
0.0<br />
<br />
10.0<br />
<br />
45.0<br />
<br />
15.0<br />
<br />
80<br />
<br />
100.0<br />
<br />
20.0<br />
<br />
15.0<br />
100<br />
<br />
50.0<br />
<br />
25.0<br />
<br />
120<br />
<br />
COD in<br />
<br />
COD out<br />
<br />
NO2- in<br />
N-NO3 in<br />
<br />
NO2- out<br />
NO3- in<br />
<br />
N-NO3 out<br />
<br />
Date<br />
<br />
NO3- out<br />
E removal, %<br />
<br />
29<br />
<br />
PGS. TS. NguyÔn ViÖt Anh, IESE<br />
<br />
30<br />
<br />
5<br />
<br />
Thêm vào BST
Báo xấu
Download
Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ
