intTypePromotion=1
ADSENSE

Bài giảng Xử lý chất đặc biệt trong nước: Xử lý các chất nitơ trong nước - PGS.TS. Nguyễn Việt Anh

Chia sẻ: Nguyenngoc Anh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:7

33
lượt xem
2
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng "Xử lý chất đặc biệt trong nước: Xử lý các chất nitơ trong nước" cung cấp cho người học các kiến thức: Dạng tồn tại của các hợp chất Nitơ, các phương pháp loại bỏ các hợp chất Nitơ trong nước. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Xử lý chất đặc biệt trong nước: Xử lý các chất nitơ trong nước - PGS.TS. Nguyễn Việt Anh

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 />
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2