XỬ LÝ NITƠ TRONG NƯỚC THẢI

CHUYÊN Đ : X LÝ NIT TRONG N C TH I Ề Ử Ơ ƯỚ Ả

1. M Đ UỞ Ầ

Vi ở ố ấ ệ ể ủ

ị ị ướ

ứ

ng th i l n. L u l ả ướ

ạ ng n t Nam r t nhanh cùng v i s phát tri n c a công ớ ự ả ừ ộ ố c th i c a thành ph 20 v n dân kho ng 40.000 - c th i (năm 2005) ả ướ ượ ộ ổ

ả

ả ạ ượ ng ch t h u c l n (t ấ ữ ơ ớ ừ

ề ệ 3/ngày. c th i sinh ho t là hàm l ủ ướ ứ

ễ ư

ng nit

ả ả ả ạ

ướ ề ấ ẩ ấ ề ề ạ ạ

c th i sinh ho t, n ấ ạ ấ ạ ặ ệ

ứ ệ ộ ự ế ẩ

ự

T c đ đô th hóa ị ộ dân s t i các thành th tăng cùng v i t c đ đô th hóa. N c th i t nghi p. T l ố ạ ỉ ệ ớ ố ệ các thành ph , khu dân c t p trung, khu công nghi p cũng tăng theo m c tăng dân s ố ệ ư ậ ng n v i l ả ủ ố ư ượ ả ớ ớ ượ 60.000 m3/ngày. Hi n nay, t i thành ph Hà N i t ng l ố ạ kho ng 550.000 m 55-65% Đ c tr ng c a n ư ặ ng ch t b n), ch a nhi u vi sinh v t, trong đó có các vi sinh v t gây b nh. t ng l ệ ậ ấ ẩ ượ ổ ậ Thành ph n các ch t ô nhi m trong n c th i nh BOD 5 là 110 - 400mg/l, t ngổ ầ ả ướ ấ TN là 20-85mg/l trong đó nit amoni là 12-50mg/l. l ơ ơ ượ ệ c th i s n xu t trong các nhà máy, xí nghi p Cùng n ướ cũng ch a nhi u lo i ch t t p ch t ph c t p, có nhi u lo i ch a nhi u ch t b n vô ứ ạ ứ ệ ạ t là các kim lo i n ng nh trong các ngành công nghi p có công ngh m . c , đ c bi ư ơ ặ N c th i trong các ngành công nghi p ch bi n th c ph m, thu c da, gi ổ ứ t m ch a ế ế ướ ệ ả nhi u các ch t h u c , các vi khu n gây b nh. ệ ề ẩ S phát tri n nhanh c a n n kinh t ế ẫ ủ ề i dân cũng nh s đòi h i v m c đ V sinh môi tr ỏ ề ứ ộ ệ ườ

ế ự ả ườ c th i ph i đ t các yêu c u v ch t l ấ ượ ấ ữ ơ ể ư ự ướ ử

ủ d n đ n s c i thi n v m c s ng c a ề ứ ố ệ ng. Vì v y xây d ng các ậ ự c x ra. ng ngu n n ả ướ ồ i h n cho phép quy ị ớ ạ ề c th i th p h n giá tr gi ơ ả ễ ầ ấ

ng công trình x lý n ả ạ N ng đ các ch t ô nhi m trong n ấ ộ ồ đ nh khi x ra các lo i ngu n n ị ướ ặ

ng nit ồ ướ M t trong nh ng ch tiêu c n ph i đ t đ ỉ ả ộ ạ ữ ơ

ả c m t khác nhau. ầ ả ạ ượ ượ trong n ớ

ồ

ướ c + không l n h n 0.05mg/l v i ngu n ồ 4 ả ng Nit c th i cao làm nh ng và v i các quá trình x lý khác trong ng đ n s c kh e con ng c là hàm l ượ ơ ớ trong n ướ ơ ớ ả ử ng N-NH ượ ườ ườ ế

th i. Theo TCVN 6772:2000 thì l ả lo i A và 1mg/l v i ngu n lo i B. Hàm l ạ ạ i, đ n môi tr h ưở tr m x lý n ử ạ Có nhi u bi n pháp đ kh nit trong n i h n c a chuyên ế ứ ướ ề ơ ướ ớ ạ ủ

ớ ỏ c th i. ả ệ ư ể ử ệ ả ọ ể ử c th i và trong gi . ơ đ này, chúng tôi đ a ra các bi n pháp sinh h c đ kh Nit ề

1 GVHD: PGS.TS Tr n Đ c H L p Cao hoc Môi tr ng 2006 ứ ầ ạ ớ ườ

CHUYÊN Đ : X LÝ NIT TRONG N C TH I Ề Ử Ơ ƯỚ Ả

Ổ 2. T NG QUAN

i c a Nit trong n ồ ạ ủ ạ ơ ướ c th i ả 2.1. Tr ng thái t n t

t n t i d ướ ơ ồ ạ ướ ấ ủ ạ

ả ợ ấ ơ

Trong n amoni và các h p ch t d ng ôxy hoá (nitrit và nitrat). Các h p ch t nit dinh d ấ ữ ơ i 3 d ng: các h p ch t h u c , ợ ấ là các ch t nhiên, ch y u nh các quá trình sinh hoá. c th i, các h p ch t c a nit ợ ấ ạ ng, chúng luôn v n đ ng trong t ậ ủ ế ợ ờ ưỡ ự ộ

Nit

phân t

N

ơ

ử

2 C đ nh nit

ố ị

ơ

N-Protein th c v t ự ậ

N-Protein đ ng v t ậ

ộ

Amôn hóa

NH 4

+ ho cặ NH 3

Kh nit rat ử ơ

+ O

Nitrit hoá

2 Nitrat hoá

-

NO

3

2 + O

2

Hình 1. Chu trình Nit trong t nhiên ơ ự

ấ ữ ơ ứ ơ là m t ph n c u thành phân t ầ ấ ộ ử protein ho c là thành ặ

H p ch t h u c ch a nit ph n phân hu protein nh là các peptid, axit amin, urê. ỷ ợ ầ ư

Hàm l

+ 4) trong n amôn (NH

ượ c th i công nghi p th c ph m và m t s lo i n ượ ạ ướ ng amoniac (NH ả ướ ả

c th i công nghi p: ch ả c th i c th i khác có ế ệ

bi n s a, u, ng nit sinh ho t, n ẩ th r t cao. Các tác nhân gây ô nhi m Nit ơ ể ấ ị

3) chính là l ự ệ ễ ế ế

ộ ố ạ ướ trong n ả ướ s n xu t bia, r ấ ả ế ữ rau qu , đ h p, ả ồ ộ ch bi n th t, ượ thu c da. ộ

ữ ơ

ả t ng s . Trong s đó nit ướ ươ ố

khác. Urê th i d t n t ơ ồ ạ ướ ạ c ti u. M i ng ỗ ể ườ ng v i 12 g nit ng đ ớ ươ ạ i d ng vô c (65%) và h u c (35%). ơ i trong m t ngày x vào h th ng ệ ố ơ ườ ng ộ ố ơ ổ i là các lo i nit ơ ạ

c amoni hoá theo ph ng trình nh sau. Trong n c th i sinh ho t nit ạ ướ ả n Ngu n nit ch y u là t ơ ừ ướ ủ ế ồ thoát n c ti u, t c 1,2 lít n ể ướ trong urê (N-CO(NH2)2) là 0,7g, còn l đ ươ ượ ư

CO(NH2)2 + 2H2O = (NH4)2CO3 (1.2)

Trong m ng l i thoát n ạ ướ ư c urê b thu phân: ị ớ ỷ

Sau đó b th i r a: ị ố ữ

2 GVHD: PGS.TS Tr n Đ c H L p Cao hoc Môi tr ng 2006 ứ ầ ạ ớ ườ

(NH4)2CO3 = 2NH3 + CO2 + H2O (1.3)

CHUYÊN Đ : X LÝ NIT TRONG N C TH I Ề Ử Ơ ƯỚ Ả

3 chính là l

ng nit ướ ế ả ư ậ ượ

amôn trong n ừ c th i. Trong đi u ki n y m khí ề ẩ nitrat do các quá trình kh nitrat c a vi khu n ệ ủ ử ể

Nh v y NH ơ amoniac cũng có th hình thành t Denitrificans.

4) m t ng ộ

amôn (N-NH ườ ệ ố i trong m t ngày x vào h th ng ả ộ

L ượ thoát n ng ch t b n Nit ấ ẩ ơ c: 7 g/ng.ngày ướ

Trong thành ph n n ầ ướ c th i sinh ho t khu dân c : ư ạ ả

B ng 1. Các ch tiêu trung bình các h p ch t Nit trong n ợ ả ấ ỉ ơ ướ c th i sinh ho t ạ ả

Trung bình Ch tiêu ỉ

T ng Nit , mg/l 40 ổ ơ

- Nit h u c , mg/l 15 ơ ữ ơ

- Nit Amoni, mg/l 25 ơ

- Nit Nitrit, mg/l 0,05 ơ

- Nit Nitrat, mg/l 0,2 ơ

8 T ng Ph t pho, mg/l ố ổ

-) là s n ph m trung gian c a quá trình ôxy hoá amoniac ho c nit ẩ

ủ ặ ẩ ơ

ả ế ạ ờ

amoni Nitrit (NO2 trong đi u ki n hi u khí nh các lo i vi khu n Nitrosomonas. Sau đó nitrit hình thành ề ti p t c đ ệ c vi khu n Nitrobacter ôxy hoá thành nitrat. ế ụ ượ ẩ

NH4

+ kn NO2

- km NO3

Các quá trình nitrit và nitrat hoá di n ra theo ph n ng b c I: ả ứ ễ ậ

Trong đó: kn và km là các h ng s t c đ nitrit và nitrat hoá. ằ ố ố ộ

NH4

+ + 1,5O2 Nitrosomonas NO2

- + H2O + 2H+

Nitrobacter

NO2

- + 0,5O2

NO3

NH4

+ + 2O2

NO3

- + H2O + 2H+

Các ph c b nươ g trình ph n ng c a quá trình nitrit và nitrat hoá đ ả ứ ủ ượ i u di n nh sau: ễ ư ể

ẩ Nitrosomonas amôn. Các lo i vi khu n ạ ệ ộ ừ t đ t ệ ớ ề ế ẩ ạ ợ

Quá trình nitrat hoá c n 4,57g ôxy cho 1g nit ầ và Nitrobacter là các lo i vi khu n hi u khí thích h p v i đi u ki n nhi 20‚ 30oC.

3 GVHD: PGS.TS Tr n Đ c H L p Cao hoc Môi tr ng 2006 ứ ầ ạ ớ ườ

CHUYÊN Đ : X LÝ NIT TRONG N C TH I Ề Ử Ơ ƯỚ Ả

ủ ử ề ể ả ẩ ợ

Nitrit là h p ch t không b n, nó cũng có th là s n ph m c a quá trình kh nitrat trong đi u ki n y m khí. ệ ấ ế ề

ệ

ả ồ ấ ở ộ

ỏ ơ

ộ ủ

c th i quá trình công nghi p đi n hoá. Trong n Ngoài ra, nitrit còn có ngu n g c t ệ ố ừ ướ ồ ng r t th p, nó c, n ng đ nitrit, nitrat th môi tr ng n tr ng thái cân b ng ấ ườ ướ ườ ằ ạ c cao, th t đ c a n ng nh h n 0,02 mg/l. N u n ng đ amoni, giá tr pH và nhi ế ệ ộ ủ ướ ị ộ ồ ườ ị ớ i, và n ng đ c a nó có th đ t đ n giá tr l n. quá trình nitrit hoá di n ra thu n l ậ ợ ễ c, nitrit trong n Trong quá trình x lý n ử ồ c s tăng lên đ t ng t. ướ ẽ ể ạ ế ộ ướ ộ

ơ ủ ồ ơ ị

-) là d ng h p ch t vô c c a nit ấ ợ c th i sinh ho t ho c n ả ấ ứ

ạ ả ệ ạ

ặ ướ ng l n các h p ch t nit ợ có hoá tr cao nh t và có ngu n g c ố ấ ẩ c th i m t s ngành công nghi p th c ph m, ự ộ ố ế ụ ị . Khi vào sông h , chúng ti p t c b ồ ơ ớ

Nitrat (NO3 n chính t ừ ướ hoá ch t,... ch a m t l ộ ượ ấ nitrat hoá, t o thành nitrat. ạ

s hoàn thi n c a công trình x lý n c th i ch ng t ấ ữ ơ ứ ướ ử ơ . ả ằ c th i b ng ủ ỏ ự ệ ủ ố ứ ướ

Nitrat hoá là giai đo n cu i cùng c a quá trình khoáng hoá các ch t h u c ch a nit Nitrat trong n phư ng pháp sinh h c. ạ ả ọ ơ

ặ ơ ể ạ ấ ợ ỹ

ự ấ ữ ơ ế đ cho ư ng ôxy hoà tan trong ợ

c r t ít ho c b h t. M t khác, quá trình nitrat hoá còn t o nên s tích lu ôxy trong h p ch t nit các quá trình ôxy hoá sinh hoá các ch t h u c ti p theo, khi l n ướ ấ ặ ị ế

ế ẽ ả ỏ

i nitrat hoá s x y ra quá trình ng i trong các quá trình ôxy hoá các ch t h u c khác. Quá trì

ệ ẩ ả ờ

do mà môi tr ượ ề ẫ

ử

4NO3

- + 4H+ + 5Ch u cữ ơ 5CO2 + 2N2 + 2H2O

i: tách ôxy kh i nitrat Khi thi u ôxy và t n t c l ồ ạ ượ ạ nh và nitrit đ s d ng l ể ử ụ ạ ấ ữ ơ c th c hi n nh các vi khu n ph n nitrat hoá (vi khu n y m khí tuỳ ti n). này đ ệ ẩ ự ế ng v n còn ch t h u c cácbon, m t Trong đi u ki n không có ôxy t ộ ấ ữ ơ ườ ự ệ ấ ữ s lo i vi khu n kh nitrat ho c nitrit đ l y oxy cho quá trình ôxy hoá các ch t h u ể ấ ặ ẩ ố ạ c . Quá trình kh nitrat đ ể ơ ng trình ph n ng sau đây: ả ứ c bi u di n theo ph ễ ượ ươ ử

2 (kh nitrit) và 2,85g O 2

i phóng 1,71g O s gi ơ ẽ ả ử

Trong quá trình ph n nitrat hoá, 1g nit ả (kh nitrat). ử

4 GVHD: PGS.TS Tr n Đ c H L p Cao hoc Môi tr ng 2006 ứ ầ ạ ớ ườ

CHUYÊN Đ : X LÝ NIT TRONG N C TH I Ề Ử Ơ ƯỚ Ả

trong n ạ ủ ơ ướ c th i ả 2.2. Tác h i c a Nit

đ i v i s c kh e c ng đ ng Tác h i c a Nit ạ ủ ơ ố ớ ứ ỏ ộ ồ 2.2.1.

c th i có th gây nên hi u ng v ể

ng. S có m t c a Nit c th i có th gây ra nhi u nh h ướ ả i trong n ướ ệ ứ ưở

ườ ệ ẻ ặ ủ ứ trong n ồ

ả ể ướ ả ỷ

ượ ộ

ề ấ ng x u ề ả c th i có nhi u Amôniăc có ề ng ôxy hoà tan trong ng phôtpho có th gây ể ng ôxy t là l ậ ướ ướ ượ ặ

t n t Trên bình di n s c kho Nit ơ ồ ạ ệ ứ môi tr ơ ự đ n h sinh thái và s c kho c ng đ ng. Khi trong n ẻ ộ ế th gây đ c cho cá và h đ ng v t thu sinh, làm gi m l ệ ộ ể trong n ng nit c cao c ng thêm hàm l n ơ ướ c có màu và mùi khó ch u đ c bi ng ngu n ti p nh n làm n phú d ệ ậ ế ưỡ c gi m m nh gây ng t cho cá và h sinh v t trong h . hoà tan trong n ồ ạ ả ộ c. Khi hàm l ồ ướ ả ượ ượ ị ậ ệ ạ

t, đ h p ch t nit ơ ả ấ ứ ướ

ạ ỗ ứ ướ ấ c th i không t ể

ả ớ ọ

ớ ổ ể i cao tu i. Tr s sinh đ c bi ẻ ơ ữ ể ọ

ố ớ ứ ể ẩ ộ ỏ

i. Khi tác d ng v i các amin hay alkyl cacbonat trong c th ng ẹ ờ ườ ơ ể ườ ớ

i chúng có th ể ơ ể ứ ư ấ ơ

ượ ể

đi vào trong chu i th c ăn trong n Khi x lý nit ố ể ợ ơ ử ế c c p có th gây nên m t s b nh nguy hi m. Nitrat t o ch ng thi u hay trong n ể ộ ố ệ Vitamin và có th k t h p v i các amin đ t o thành các nitrosamin là nguyên nhân ể ế ợ ể ạ ng ữ gây ung th t vào s a t nh y c m v i nitrat l ườ ặ ư ở ạ ệ t vào c th , nitrat chuy n hóa thành nitrit c dùng đ pha s a. Khi l m , ho c qua n ướ ơ ể ặ ng ru t. Ion nitrit còn nguy hi m h n nitrat đ i v i s c kh e con nh vi khu n đ ườ ơ ể ng ụ gây ung th . Trong c th Nitrit có th ôxy hoá s t t o thành các h p ch t ch a nit ắ ợ ạ II ngăn c n quá trình hình thành Hb làm gi m l ạ ng ôxy trong máu có th gây ng t, nôn, khi n ng đ cao có th d n đ n t ả vong. ế ử ả ồ ể ẫ ộ

Tác h i c a ô nhi m Nit đ i v i môi tr ng ạ ủ ễ ơ ố ớ ườ 2.2.2.

c th i cao, ch y vào sông, h làm tăng hàm l ơ ướ ng ch t dinh d ấ ưỡ

ả ự ả ể trong n ậ

ượ ự ậ ả ạ

ủ ề ạ

t nhi u lo i sinh v t có ích trong n ướ ệ ề ạ ậ

ng. Nit ồ Do v y nó gây ra s phát tri n m nh m c a các lo i th c v t phù du nh rêu, t o ả ư ẽ ủ ạ ạ ướ ng n c, gây tình tr ng thi u oxy trong n c, phá v chu i th c ăn, gi m ch t l ấ ượ ỗ ỡ ế ứ ướ c phá ho i môi tr ướ ng trong s ch c a th y v c, s n sinh nhi u ch t đ c trong n ả ự ườ ạ ấ ộ ủ +, H2S, CO2, CH4... tiêu di nh NHư ệ c. Hi n 4 ng ngu n n t ưỡ ượ ng đó g i là phú d ọ c ồ ướ

ặ ẫ ồ

ệ ả ng g p trong các h đô th , các sông và kênh d n n ị ườ ự ộ ị

ộ

ướ ng th c ưỡ i khu v c Hà N i, sông Sét, sông L , sông Tô L ch đ u có màu t là t ề ạ ng này tác đ ng tiêu ồ c h , i ho t đ ng s ng c a dân c đô th , làm bi n đ i h sinh thái c a n ị ệ ặ ạ ộ ủ ướ ố ư ủ ố

Hi n nay, phú d th i. Đ c bi ừ ặ 2S. Hi n t xanh đen ho c đen, có mùi hôi th i do thoát khí H ệ ượ c c t ế ổ ệ ự ớ tăng thêm m c đ ô nhi m không khí c a khu dân c ư ứ ộ ủ ễ

5 GVHD: PGS.TS Tr n Đ c H L p Cao hoc Môi tr ng 2006 ứ ầ ạ ớ ườ

CHUYÊN Đ : X LÝ NIT TRONG N C TH I Ề Ử Ơ ƯỚ Ả

Hình 2. Qúa trình phú d ng trong th y v c n ưỡ ủ ự ướ c m t ặ

đ i v i quá trình x lý n Tác h i c a Nit ạ ủ ơ ố ớ ử c ướ 2.2.3.

ơ ự ặ ủ ể ả ả ở

ử ớ ệ ấ ạ ặ

ả S có m t c a Nit làm vi c c a các công trình. M t khác nó có th k t h p v i các lo i hoá ch t trong ệ ủ x lý đ t o các ph c h u c gây đ c cho con ng ứ ữ ơ ể ạ ử có th gây c n tr cho các quá trình x lý làm gi m hi u qu ể ế ợ i. ườ ộ

ệ ấ

c nghiên c u và ng d ng.V n đ này đã đ ạ c các nhà nghiên c u, các h c gi ệ ử ụ ứ ấ trong giai đo n hi n nay đang là v n đ đáng ơ ả ề ề ọ ượ ứ

V i đ c tính nh v y vi c x lý Nit ư ậ ớ ặ đ ượ ứ đi sâu tìm hi uể

ng pháp x lý Nit trong n ươ ử ơ ướ c th i hi n nay ả ệ 2.3. Các ph

ng pháp nhi u công trình x lý nit c th i đ trong n ề ơ

ề ư ướ ọ

ư ươ ậ ầ ớ ậ chu n đ ẩ ươ ượ ộ

ả ư ư ộ ề ạ ể

ả ng pháp x lý nit ươ ử ấ

Đã có nhi u ph c nghiên ử ả ượ c u và đ a vào v n hành trong đó có c các ph ng pháp hoá h c, sinh h c, v t lý .. ứ ọ ể v v. Nh ng ph n l n chúng đ u ch a đ a ra đ c m t mô hình x lý nit ơ ử có th áp d ng trên m t ph m vi r ng. D i đây là b ng phân tích m t cách t ng ổ ộ ướ ộ quan nh t v d ng và hi u su t làm vi c c a các ph ướ c trong n ơ ệ ủ ệ c nghiên c u và ng d ng. th i đã đ ụ ấ ề ạ ượ ứ ứ ụ ả

6 GVHD: PGS.TS Tr n Đ c H L p Cao hoc Môi tr ng 2006 ứ ầ ạ ớ ườ

CHUYÊN Đ : X LÝ NIT TRONG N C TH I Ề Ử Ơ ƯỚ Ả

B ng 2. Các ph ng pháp x lý nit trong n ả ươ ử ơ ướ c th i ả

( % ) ơ ệ Các ph ng pháp x lý ươ ử Nit Hi u su t x lý nit ấ ử ệ ữ d ng h u Hi u su t ấ x lý %ử NH3 - NH4+ NO3- ơ ạ cơ

X lý thông th

ử 10-20% 15-50% ư ngờ 0 < 10% 5-10% 10-30% B c Iậ B c IIậ 0 Hi u su t th p ấ ấ ệ

X lý b ng ph ằ ử ươ ng pháp sinh h c ọ

0 40-70% 30-70% Vi khu n h p th Nit ẩ ấ ụ ơ Hi u su t th p ấ ấ ệ

Quá trình kh nitrat 0 0 80-90% 70-95% ử

ủ ế

50-80% Thu ho ch t o ả ạ Thu ho chạ sinh kh iố Thu ho ch sinh ạ kh iố

ử Quá trình nitrat hoá 5-20% 0

ủ ế

H ôxyhóa 20-90% ồ

ể Ch y u chuy n hoá thành NH3- NH4+ X lý có giói h nạ Ch y u chuy n ể hoá thành NH3- NH4+ Chuy n hoá ể thành nitrat X lý b i quá ở ử trình làm thoáng Tách b ng các ằ quá trình nitrat và kh nitrat ử

Các ph ươ ng pháp hoá h c ọ

80-95% Châm clo 0 Kém n đ nh ổ ị

20-30% Đông t 50-70% Hi u su t th p ấ ấ ệ ụ hoá h c ọ

10-20% Cacbon dính bám 30-50% Hi u su t th p ấ ấ ệ 90-100% Hi u su t ấ ệ th pấ Hi u su t ấ ệ th pấ ệ ổ 70-95% 80-97% 0 ọ ọ Trao đ i iôn có ch n l c v i Amôni ớ ấ Hi u su t ổ th p,kém n ấ đ nhị

ổ 75-90% 70-90% Hi u su t th p ấ ệ ấ ọ ọ Trao đ i iôn có ch n l c v i Nitrat ớ

Các phư ng pháp v t lý ơ ấ Hi u su t ệ th pấ ậ

20-40% L cọ Hi u su t th p ấ ấ ệ 30-95% N d ngạ c n h u c ặ ữ ơ ấ Hi u su t ệ th pấ

Làm thoáng 0 50-90% 60-95% 0

7 GVHD: PGS.TS Tr n Đ c H L p Cao hoc Môi tr ng 2006 ứ ầ ạ ớ ườ

CHUYÊN Đ : X LÝ NIT TRONG N C TH I Ề Ử Ơ ƯỚ Ả

30-50% 30-50% 40-50% K t t a b ng đ n c c ệ ự ế ủ ằ 100% N d ngạ c n h u c ặ ữ ơ

Th m th u ng c 60-90% 60-90% 60-90% 80-90% ẩ ấ ượ

ử ả ử

ươ

ể ử ọ ơ ệ ả ấ ả ấ ệ ứ c th i, ta còn l u ý đ n các ph ư ươ

ệ ướ ổ ả ng pháp sinh h c cho hi u qu r t cao. Cùng v i vi c ng d ng ph ọ ọ ổ

trong n ậ ệ ể ử ử ụ ệ ơ

ử ụ

ấ ượ ệ ổ

ng. Qua b ng phân tích và đánh giá hi u qu x lý nit ơ ằ , ta th y vi c x lý nit b ng ệ ơ ph ng pháp ớ ụ ươ ư ng pháp khác nh : sinh h c đ kh nit ế ứ hóa h c (châm clo), v t lý (th i khí), trao đ i ion...Theo th ng kê các nhà máy ng ố thì chi có 6/1200 nhà máy là s d ng bi n pháp d ng các công ngh đ x lý nit ụ ử th i khí, 8/1200 nhà máy s d ng bi n pháp châm clo và duy nh t có 1 nhà máy là s ệ ổ d ng bi n pháp trao đ i ion. S dĩ nh ng bi n pháp này ít đ c dùng là do chi phí ệ ữ ở ụ l n, thêm vào đó là s ph c t p trong quá trình v n hành và b o d đ u t ự ứ ạ ầ ư ớ ả ưỡ ậ

Các ph ng pháp ch y u là : ươ ủ ế

Ph ng pháp sinh h c: ươ ọ

ủ ế ạ ẽ ượ c kh trong ử

Các mu i nitrat, nitrit t o thành trong quá trình phân h y hi u khí s đ đi u ki n thi u khí (anoxic) trên c s các ph n ng kh nitrat. ơ ở ả ứ ố ệ ử ề ế

Ph ng pháp hoá h c và hoá lý: ươ ọ

c th i đ n pH = 10 ‚ 11 đ t o thành NH 4OH và th i bay h i trên các tháp ướ ả ế ể ạ ổ ơ

Ph t pho đ

c l ng xu ng nh các mu i s t, nhôm ho c vôi.

ố

ượ ắ

ố ắ

ặ

ố

ờ

Vôi hoá n làm l nh.ạ

Tuy nhiên, trong đó, ph ng pháp sinh h c l ươ ọ ạ i có nh ng u đi m n i b t nh ; ư ể ữ ư ổ ậ

r t cao ử ệ ấ ơ ấ - Hi u su t kh nit

ậ ủ ự ổ ị - S n đ nh và đáng tin c y c a quá trình r t l n ấ ớ

ng đ i d v n hành, qu n lý ươ ố ễ ậ ả - T

ệ ầ ỏ - Di n tích đ t yêu c u nh ấ

ầ ư ợ h p lý, v a ph i ả ừ - Chi phí đ u t

ậ 2.4. K t lu n ế

ng nit ớ ữ ủ ấ ả

ướ ng, chúng ta nên x lý nit ỏ c th i sinh ho t và khu ơ ạ ử

ng (sông, h ...) V i nh ng tác đ ng x u c a hàm l ộ công nghi p đ n s c kh e con ng ườ ế ứ xu ng d i tiêu chu n cho phép tr ướ ố ệ ươ có trong n ượ ơ i cũng nh môi tr ườ ư c th i ra môi tr c khi x n ả ả ướ ẩ ườ ồ

ư ổ ử ng pháp x lý

ệ c th i, chúng tôi l a ch n ph ươ ng pháp sinh h c đ x lý trong n T vi c xem xét, đánh giá hi u qu x lý cũng nh t ng quan các ph nit ọ ể ử ừ ệ ơ ả ử ọ ướ ươ ự ả

8 GVHD: PGS.TS Tr n Đ c H L p Cao hoc Môi tr ng 2006 ứ ầ ạ ớ ườ

CHUYÊN Đ : X LÝ NIT TRONG N C TH I Ề Ử Ơ ƯỚ Ả

9 GVHD: PGS.TS Tr n Đ c H L p Cao hoc Môi tr ng 2006 ứ ạ ầ ớ ườ

CHUYÊN Đ : X LÝ NIT TRONG N C TH I Ề Ử Ơ ƯỚ Ả

trong n ơ ướ c th i b ng ph ả ằ ươ ng pháp sinh h c ọ 3. X lý nit ử

b ng ph ơ ở ử ế ơ ằ ươ ng pháp sinh h c ọ 3.1. C s lý thuy t các quá trình x lý nit

amôn s ử ướ c th i b ng ph ả ằ ươ ế ơ

ẩ ờ

ẩ ạ

ẽ ng pháp sinh h c hi u khí, nit ọ c chuy n thành nitrit và nitrat nh các lo i vi khu n Nitrosomonas và Nitrobacter. ạ ng thi u ôxy, các lo i vi khu n kh nitrat Denitrificans (d ng k khí tuỳ phân ấ ữ ơ ế ủ ơ

c. Trong quá trình x lý n đ ể ượ Khi môi tr ườ ử ạ ỵ -) đ ôxy hoá ch t h u c . Nit -) và nitrit (NO2 ti n) s tách ôxy c a nitrát (NO ể ệ 3 Nử 2 t o thành trong quá trình này s thoát ra kh i n t ỏ ướ ẽ ạ ẽ

trong n ơ ướ c th i ả

ể NO ﬁ N2 v i vi c s d ng mêtanol làm ệ ử ụ ớ

- ﬁ 3 ể

ng trình sau đây: Quá trình chuy n NO ể ngu n các bon đ ượ ồ Hình 3. Qúa trình chuy n hóa Nit - ﬁ NO2 c bi u di n b ng các ph ễ ằ N2O ﬁ ươ

Nitrat hóa 3.1.1.

ộ ự ể

các h p ch t ôxy hoá c a Nit ợ ủ ượ ớ ượ ủ ế

, ch y u là Amôni. Ng ơ ơ ồ

ng (năng l d ự ưỡ ơ ủ ử ụ ớ ẩ ố

ng các vi khu n nitrat hoá s d ng CO ơ ể ổ ộ ơ ấ ẩ ợ ị ủ ề ầ ấ ớ

ng. ẩ ng cho s phát tri n c a vi khu n Nitrat hoá là m t quá trình t c v i các vi sinh c l y t đ ượ ấ ừ 2 (d ng vô c ) h n là các ngu n các v t d d ạ ậ ị ưỡ bon h u c đ t ng h p sinh kh i m i. Sinh kh i c a các vi khu n nitrat hoá t o ạ ố ủ ữ ố thành trên m t đ n v c a quá trình trao đ i ch t nh h n nhi u l n so v i sinh kh i ỏ ơ ổ t o thành c a quá trình d d ạ ị ưỡ ủ

10 GVHD: PGS.TS Tr n Đ c H L p Cao hoc Môi tr ng 2006 ứ ạ ầ ớ ườ

CHUYÊN Đ : X LÝ NIT TRONG N C TH I Ề Ử Ơ ƯỚ Ả

Nit c và có liên quan t ơ ừ ượ

c chia làm hai b ướ ẩ ậ ơ ở

c chuy n thành nitrit và c th hai nitrit đ b ở ướ ượ ượ ứ ể i hai ớ ạ giai đo n c chuy n thành ể

- + 1,5 O2  NO2 B c 1. NH 4

- + 2H+ + H2O

Quá trình Nitrat hoá t Amôni đ lo i vi sinh v t , đó là vi khu n Nit somonas và Vi khu n Nit bacteria. ơ ẩ ạ đ u tiên amôni đ ầ nitrat

- B c 2. NO

- 2 + 0,5 O2  NO3

ướ

ẩ ấ ừ ượ ẩ ơ

ng l y t ể ổ ử ụ ợ ả ứ ố ổ ố

các ợ duy trì ho t đ ng s ng và t ng h p sinh kh i. Có th t ng h p ng trình sau : Các vi khu n Nit somonas và Vi khu n Nit bacteria s d ng năng l ơ ph n ng trên đ t ạ ộ ể ự quá trình b ng ph ươ ằ

- + 2 O2  NO3

- + 2H+ + H2O (*)

NH4

ng, m t s iôn Amôni đ ượ ậ

bào. Quá trình t ng h p sinh kh i có th bi u di n b ng ph ế ố ổ ộ ố ợ ồ ượ ể ể ể c đ ng hoá v n chuy n ươ ng ằ ễ

- + NH+

Cùng v i quá trình thu năng l ớ vào trong các mô t trình sau :

4 + H2O  C5H7O2N + 5O2

4CO2 + HCO3

c dùng đ t ng h p nên sinh kh i m i cho t bào vi khu n. C5H7O2N t o thành đ ạ ượ ể ổ ợ ố ớ ế ẩ

Toàn b quá trình ôxy hoá và ph n ng t ng h p đ ả ứ ợ ổ ượ ả ứ

-  0,021C5H7O2N + 0,98NO3

ộ ++1,83O2+1,98 HCO3 NH4 c th hi n qua ph n ng sau : ể ệ -+1,041H2O+1,88H2CO3

2/ 1mg NH4

t đ ôxy hoá amôni thành nitrat c n 4,3 mg O ầ ượ ế ể ầ

ượ ử ụ

+. Giá trị c s d ng trong các công th c tính toán ph n ng (*) khi mà quá trình t ng h p sinh

c xác đ nh t ứ ổ ả ứ ợ ng đ ừ

ị ượ c xét đ n. L ng ôxy c n thi này g n b ng v i giá tr 4,57 th ườ ớ ằ ầ thi ị ị ế ế kh i t ố ế t k . Giá tr 4,57 đ bào không đ ượ ế

Kh nitrit và nitrat : ử 3.1.2.

ườ ế ạ ẩ

ủ

phân t c. ng thi u ôxy các lo i vi khu n kh nitrit và nitrat Denitrificans (d ng Trong môi tr ạ ử k khí tuỳ ti n) s tách ôxy c a nitrat (NO3-) và nitrit (NO2-) đ ôxy hoá ch t h u c . ấ ữ ơ ẽ ệ ị Nit ạ ử ể N2 t o thành trong quá trình này s thoát ra kh i n ỏ ướ ẽ ơ

- NO3

+ 1,08 CH3OH + H+  0,065 C5H7O2N + 0,47 N2 + 0,76CO2 + 2,44H2O

+ Kh nitrat : ử

+ 0,67 CH3OH + H+  0,04 C5H7O2N + 0,48 N2 + 0,47CO2 + 1,7H2O - NO2

+ Kh nitrit : ử

Nh v y đ kh nit công trình x lý n ể ử ư ậ ơ ử ướ c th i c n : ả ầ

Đi u ki n y m khí ( thi u ôxy t do ) ề ế ế ệ ự

-) - ) ho c nitrit (NO 2

Có nitrat (NO3 ặ

Có vi khu n k khí tuỳ ti n kh nitrat; ử ệ ẩ ị

11 GVHD: PGS.TS Tr n Đ c H L p Cao hoc Môi tr ng 2006 ứ ầ ạ ớ ườ

CHUYÊN Đ : X LÝ NIT TRONG N C TH I Ề Ử Ơ ƯỚ Ả

Có ngu n cácbon h u c ữ ơ ồ

Nhi c th i không th p. t đ n ệ ộ ướ ấ ả

trong n ử ề ơ ướ c th i ả 3.2. Các dây chuy n và công trình x lý nit

Dây chuy n công ngh x lý nit ệ ử ề ơ 3.2.1.

ậ ả - Quá trình h u ph n (Post - denitrification)

CÊp khÝ

Cã thÓ bæ sung nguån c¸ cbon h÷u c¬

N í c th¶i sau xö lý

N í c th¶i tr í c xö lý

Anoxic

BÓ l¾ng

Aeroten (XLSH hoµn toµn hay thæi khÝ kÐo dµi)

+ Khö nitrat hãa

+ ¤ xy hãa hiÕu khÝ chÊt h÷u c¬

+ Nitrat hãa

Bï n tuÇn hoµn NO3

Bï n d

ﬁ Nitrat hóa (X lý sinh h c b c 2) Ph n nitrat(X lý b c 3) ọ ậ ử ử ậ ả

Hình 4. S đ dây chuyên x lý Nit trong n c th i - Qúa trình h u ph n ơ ồ ử ơ ướ ả ậ ả

ề - Quá trình ti n ph n (Pre – denitrification) ả

ﬁ ử ệ ề ợ ỵ ậ nitrat hóa (x lý b c ử

Kh nitrat (Oxi hóa h p ch t h u c trong đi u ki n k khí) ấ ữ ơ 2)

CÊp khÝ

N í c th¶i sau xö lý

N í c th¶i sau xö lý bËc I

Anoxic

BÓ l¾ng

Aerobic (thæi khÝ kÐo dµi)

Bï n tuÇn hoµn

NO3

Bï n d

Hình 4. S đ dây chuyên x lý Nit trong n c th i - Qúa trình h u ph n ơ ồ ử ơ ướ ả ậ ả

Hình 5. S đ dây chuyên x lý Nit trong n c th i - Qúa trình ti n ph n ơ ồ ử ơ ướ ề ả ả

ng pháp trên b ng cách tráo đ i các quá trình ươ ổ ằ

- Quá trình k t h p 2 ph nitrat hóa và ph n nitrat ế ợ ả

12 GVHD: PGS.TS Tr n Đ c H L p Cao hoc Môi tr ng 2006 ứ ầ ạ ớ ườ

N í c th¶i sau xö lý

N í c th¶i sau xö lý bËc I

Anoxic

BÓ l¾ng

Aerobic

Bï n tuÇn hoµn

Bï n d

CHUYÊN Đ : X LÝ NIT TRONG N C TH I Ề Ử Ơ ƯỚ Ả

C2

Aerobic

N í c th¶i sau xö lý

N í c th¶i sau xö lý bËc I

BÓ l¾ng

Aerobic

Bï n tuÇn hoµn

Bï n d

C3

N í c th¶i sau xö lý

N í c th¶i sau xö lý bËc I

BÓ l¾ng

Aerobic

Anoxic

Bï n tuÇn hoµn

Bï n d

C4

N í c th¶i sau xö lý

N í c th¶i sau xö lý bËc I

BÓ l¾ng

Aerobic

Bï n tuÇn hoµn

Bï n d

ơ ồ ế ợ ử ơ ả

trong n ph n và h u ph n Hình 6. S đ dây chuyên x lý Nit ả ề c th i – K t h p 2 quá trình ti n ướ ả ậ

13 GVHD: PGS.TS Tr n Đ c H L p Cao hoc Môi tr ng 2006 ứ ầ ạ ớ ườ

CHUYÊN Đ : X LÝ NIT TRONG N C TH I Ề Ử Ơ ƯỚ Ả

M t s d ng công trình k t h p x lý BOD/N ế ợ ử ộ ố ạ 3.2.2.

Kênh ôxy hoá tu n hoàn ầ 3.2.3.

Hình 7. S đ dây chuyên x lý Nit trong n c th i – Kênh oxi hóa tu n hoàn ơ ồ ử ơ ướ ả ầ

ầ ổ

ạ ấ ử ổ ộ ị

Kênh ôxy hoá tu n hoàn ho t đ ng theo nguyên lý th i khí bùn ho t tính kéo dài. Quá trình th i khí đ m b o cho vi c kh BOD và n đ nh bùn nh hô h p n i bào. Vì v y ậ ả bùn ho t tính d ít gây hôi th i và kh i l ờ ng gi m đáng k . ể ạ ộ ệ ố ố ượ ổ ạ ả ư ả

ơ ệ ầ ả

ế

ử c ôxy hoá hoàn toàn, hi u qu kh ‚ 95%. Trong vùng hi u khí di n ra quá trình ôxy hoá hi u khí các ch t ấ i 0,5 ng d ế ng ôxy hoà tan th ườ ướ ượ ế

Các ch t h u c trong công trình h u nh đ ư ượ ấ ữ BOD đ t 85ạ ễ h u c và nitrat hoá. Trong vùng thi u khí (hàm l ữ ơ mg/l) di n ra quá trình hô h p k khí và kh nitrat. ấ ỵ ử ễ

i ta th ạ ử ườ ướ c th i, ng ả ề

ể ễ ử ắ

ệ ạ ộ ề ấ ị ượ ồ ố ộ

ẩ ượ ế

ế c tu n t ượ ử

trong kênh ôxy hoá tu n hoàn có th đ t t ng t o đi u ki n cho quá trình kh nitrat Đ kh N trong n ườ di n ra trong công trình. Kênh ôxy hoá tu n hoàn ho t đ ng theo nguyên t c c a ủ ầ ễ ạ aerôten đ y và các gu ng quay đ c b trí theo m t chi u dài nh t đ nh nên d t o c các vùng hi u khí (aerobic) và thi u khí (anoxic) luân phiên thay đô . Quá cho nó đ ỉ th c hi n trong các vùng này Hi u trình nitrat hoá và kh nitrat cũng đ ệ ệ ầ ự ự ể ạ ừ ‚ 80% qu kh nit 40 ầ ả ử ơ

Aerôten ho t đ ng gián đo n theo m (h SBR) ạ ộ ẻ ệ ạ 3.2.4.

14 GVHD: PGS.TS Tr n Đ c H L p Cao hoc Môi tr ng 2006 ứ ạ ầ ớ ườ

N í c th¶i

BÓ l¾ng c¸ t

BÓ l¾ng ®î t mét

vµo

BÓ SBR 1

BÓ SBR 2

X¶ bï n ho¹ t tÝnh d

Khö trï ng

X¶ n í c th¶i ra s«ng, hå

CHUYÊN Đ : X LÝ NIT TRONG N C TH I Ề Ử Ơ ƯỚ Ả

Hình 7. S đ dây chuyên x lý Nit trong n c th i – B SBR ơ ồ ử ơ ướ ể ả

ầ ộ ồ ướ ổ c th i, th i ả

N í c th¶i vµo

X¶ n í c th¶i

Lµm ®Çy n í c th¶i

Thæi khÝ

X¶ bï n d

L¾ng

Các giai đo n ho t đ ng di n ra trong m t ngăn bao g m: làm đ y n ạ ộ ạ c th i và x bùn d . khí, đ l ng tĩnh, x n ư ả ả ễ ả ể ắ ướ

Hình 8. Các giai đo n ho t đ ng trong b SBR ạ ộ ể ạ

b ớ c th i đ ướ ượ ả c th i và bùn đ ả

ả ỗ ờ ầ

c ôxy hoá trong giai đo n này. B c th i t ờ ộ ấ ữ ơ ượ

ớ ướ ớ ệ ằ

c x ra kh i b . B c cu i cùng là x l ớ ng bùn d c tr n v i bùn ho t tính c th i vào b , n Trong bư c m t, khi cho n ạ ộ ớ ể ướ ộ ớ ở ư c hai c s c khí ư c. Sau đ y h n h p n chu kỳ tr l u l ớ ượ ụ ướ ợ ấ ư ạ ừ ư th i gian yêu c u. Quá trình di n ra g n v i đi u v i th i gian th i khí đúng nh ề ớ ầ ễ ổ ứ ki n tr n hoàn toàn và các ch t h u c đ ệ ạ ư c trong n m phía trên l p bùn ba là quá trình l ng bùn trong đi u ki n tĩnh. Sau đó n c hình thành trong quá đ ượ ắ ỏ ể ướ ề ố ư đ ượ ượ ả ả

15 GVHD: PGS.TS Tr n Đ c H L p Cao hoc Môi tr ng 2006 ứ ầ ạ ớ ườ

CHUYÊN Đ : X LÝ NIT TRONG N C TH I Ề Ử Ơ ƯỚ Ả

ạ ộ ể ả ể ệ ả

trình th i khí ra kh i ngăn b , các ngăn b khác ho t đ ng l ch pha đ đ m b o cho ể ổ vi c cung c p n ỏ c th i lên tr m XLNT liên t c. ướ ụ ệ ấ ả ạ

ộ ệ ệ ầ

ư c th i v i bùn, ả ớ ớ ả ư c th i ng nên hi u qu x lý n ớ ả ử ừ l ng t ng c n l ặ ơ ử ợ ạ ố ử ưở ơ ề ườ ấ

0,3 đ n 12 mg/l. Công trình ho t đ ng gián đo n, có chu kỳ. Các quá trình tr n n ạ ộ l ng bùn c n,... di n ra g n gi ng đi u ki n lý t ắ ễ ặ c th i sau x lý th cao. BOD c a n ả ủ ướ 3 kho ng t 3 đ n 25 mg/l và N-NH ả ng th p h n 20 mg/l, hàm l ế ừ ế

c nit ệ ố ể ạ ơ ố

ử ư c các quá trình hi u khí, thi u khí và k khí trong b và ph t pho sinh ể ượ ế ế ỵ

H th ng aerôten ho t đ ng gián đo n SBR có th kh đ ạ ộ hoá do có th đi u ch nh đ ợ ỉ b ng vi c thay đ i ch đ cung c p ôxy ế ộ ằ ể ề ổ ệ ấ

ế ợ ử ơ và ph t pho ố 3.3. X lý k t h p nit

n ố ừ ướ ậ ố c th i đô th , phân hoá h c, cu n ọ ị

c có ngu n g c t ồ c m a ho c ph t pho tr m tích hoà tan tr l i Ph t pho xâm nh p vào n ướ ố trôi t ặ đ t, n ừ ấ ướ ả ở ạ ư ầ ố

3-,HPO4 4

c th i d ườ ướ ng t n t ồ ạ

i d ng orthophotphat (PO ơ ấ ả ữ ạ ố

2-, ướ -,H3PO4) hay polyphotphat [Na3(PO3)6] và ph t phát h u c . T t c các d ng ạ 2(PO4)6, tripolyphotphat Na5P3O10, pyrophotphat ườ

ng n c. Ph t pho trong n ố H2PO4 polyphotphat nh pyrometaphotphat Na Na4P2O7 đ u chuy n hoá v d ng orthophotphat trong môi tr ề ạ ể ướ ề

ng nit ướ ư ượ ơ và ph t pho ph thu c vào l u v c thoát n ộ ụ ư ự ố ướ c,

Trong n đ c đi m m t ph ... ể ặ c m a, hàm l ủ ặ

B ng 3: L ng nit và ph t pho theo n c m a ch y vào sông, h , kg/ha.năm. ả ượ ơ ố ướ ư ồ ả

Nguyên tố R ngừ Nông nghi pệ Đô thị N c m a ư ướ

3 5 5 24 Nitơ

(1,3 -10,2) (0,5-50) (1-20)

1 1 0,4 0,5 Ph t pho ố

(0,1-5) (0,01-0,9) (0,1-10) (0,05-5)

ộ ợ ự ộ ố ạ ổ

ỉ ấ ả ệ ự ậ

ợ ộ ớ ượ

c b ô nhi m, hàm l ễ ủ ế ạ

ướ ả m t s ngu n n ổ ả ở ộ ố ặ

c có màu, mùi khó ch u. H p ch t photpho t nhiên không đ c h i , ch có m t s lo i t ng h p este trung ấ ạ tính c a axit photphoric dùng làm hoá ch t b o v th c v t là có đ c tính cao. ủ ng photpho (tính theo photphat) không l n, kho ng Trong n ả ướ ị c th i n ng đ photphat cao . Ph t 0,1 mg/l, ch y u d ng orthophotphat . Trong n ố ồ ộ ệ c m t , gây ra hi n pho là nguyên nhân chính gây ra bùng n t o ồ ướ t ượ ng tái nhi m b n và n ễ ướ ẩ ị

K t h p x lý Ph t pho và Nit trong n ử ố ơ ướ c th i b ng ph ả ằ ươ ng 3.3.1.

ế ợ pháp sinh h cọ

16 GVHD: PGS.TS Tr n Đ c H L p Cao hoc Môi tr ng 2006 ứ ầ ạ ớ ườ

CHUYÊN Đ : X LÝ NIT TRONG N C TH I Ề Ử Ơ ƯỚ Ả

ộ ằ ử ươ ượ ể ọ

ơ ả ữ ử ế ợ ạ

ử ế

ử ệ

t đ th c hi n quá trình kh nit ặ c phát tri n đ kh Photpho, sau đó là k t h p kh c nit ể ệ ể ự ử ơ ử ế ợ ử ả ượ ơ

c phát tri n đó ng pháp sinh h c đang đ M t trong nh ng quá trình x lý b ng ph ấ và photpho. B ng cách s d ng bùn ho t tính, các h p ch t là k t h p x lý c nit ợ ử ụ ằ trong các quá trình x lý thi u khí (anoxic), x lý hi u khí (aerobic), x lý y m khí ế ế ử (anaerobic) k t h p ho c riêng bi và photpho. Ban ế ợ đ u quá trình này đ và ể ầ photpho.

Các công ngh đ c s d ng thông d ng nh t là: ệ ượ ử ụ ụ ấ

- Quy trình A2/O

c)ướ - Quy trình Bardenpho (5 b

- Quy trình UCT

- Quy trình VIP

K thu t x lý m k ti p cũng có kh năng k t h p kh Nit ẻ ế ế ậ ử ế ợ ử ả ỹ ơ và Ph tpho ố

Quy trình A2/O

quy trình A/O và b sung thêm vùng c p oxi đ kh c c i ti n t ượ ả ế ừ ể ấ

ấ

ế -) và nitrit (NO2 3 ừ

ừ

ử ế . T i vùng anoxic (thi u ờ ạ ượ ổ ng nitrat và nitrit đ c b ng phótpho t p ậ ượ ả c th i c v i n ượ ớ ướ ậ

Hçn hî p n í c th¶i tuÇn hoµn

N í c th¶i sau xö lý

N í c th¶i tr í c xö lý

Anaerobic

Anoxic

Aerobic

BÓ l¾ng

Bï n cÆn

Bï n tuÇn hoµn

chøa photpho

Quy trình này đ nitrat. Giai đo n l u trong quá trình thi u khí x p x m t gi ạ ư oxy), vi sinh v t l y oxi t ậ ấ ượ sung b i h n h p n ướ ợ ở ỗ c n trung trong n ướ ướ không có công đo n l c, và nh h n 1.5mg/l v i n ạ ọ ổ ỉ ộ 2-), l nitrat (NO sau vùng aerobic. Hàm l c th i tu n hoàn t ả ầ c th i nh h n 2mg/l là có th ch p nh n đ ể ấ ỏ ơ ả c th i sau l c. ọ ả ỏ ơ ớ ướ

Hình 9. Quy trình A2/O

Quy trình Bardenpho (5 giai đo n)ạ

ạ ể ử ạ

ơ ế

ầ ủ ế ơ

ạ

c cung c p các vùng anaerobic, anoxic, aerobic đ ấ

ử ể

c b sung nitrat t T b Bardenpho 4 giai đo n đ x lý Nit ừ ể ơ ổ và photpho. Thêm giai đo n th 5 là quá trình y m khí anarobic đ kh kh c nit ứ ử ả photpho lên đ u tiên c a quy trình k t h p kh nit ử đo n và cách tu n hoàn h n h p n ợ ướ ỗ ầ trình x lý Aử ướ kh c Nit ấ ữ ơ ơ ử ả và đ ổ ượ , b sung thêm 1 giai đo n đ k t h p ể ế ợ ử ạ ể , photpho. S s p x p các giai ế ợ ự ắ c th i sau các vùng cũng khác nhau và khác quy ả 2/O. H th ng 5 b ể ệ ố , Photpho và h p ch t h u c . Vùng Anoxic (giai đo n 2) đ kh nitrat ợ b aerobic (giai đo n 3). B aerobic cu i cùng tách khí N ể ừ ể ạ ố ạ

17 GVHD: PGS.TS Tr n Đ c H L p Cao hoc Môi tr ng 2006 ứ ầ ạ ớ ườ

CHUYÊN Đ : X LÝ NIT TRONG N C TH I Ề Ử Ơ ƯỚ Ả

ỏ ướ c và gi m hàm l ả ượ ố ố

Hçn hî p n í c th¶i tuÇn hoµn

N í c th¶i sau xö lý

N í c th¶i tr í c xö lý

Anaerobic

Anoxic

Aerobic

Anoxic

Aerobic

BÓ l¾ng

Bï n cÆn

Bï n tuÇn hoµn

chøa photpho

ra kh i n quy trình A2/O. T ng th i gian l u n ổ ng Photpho xu ng t ư ướ ơ i đa. Th i gian x lý kéo dài h n ờ ử c là 10-40ngày, tăng sinh kh i c a vi sinh v t ậ ố ủ ờ

Hình 10. Quy trình Bardenpho (5 giai đo n)ạ

Quy trình UCT

ng đ i h c Cape Town, gi ng quy trinh A ố ư ạ ạ ượ

ế ượ i tr ấ ạ ọ ạ

ế ể ệ ượ

ể ả

ấ ừ ể ể

ượ ư ề ạ

2/O nh ng có 2 s Đ c sáng t o t ự ượ t. Th nh t, bùn ho t tính đ khác bi c tu n hoàn đ n b Anoxic thay vì b ể ầ ứ ệ ể anaerobic. Th hai, xu t hi n vòng tu n hoàn t ạ b anoxic đ n anaerobic. Bùn ho t ừ ể ầ ấ ứ ế tính đ n b anoxic, hàm l ng nitrat trong b anaerobic s b lo i b , theo đó ta tách ẽ ị ạ ỏ ể đ c photpho trong b anaerobic. B n ch t c a vòng tu n hoàn gi a các b là cung ể ượ ữ ấ ủ ầ c p h p ch t h u c đ n b anaerobic. H p ch t t b anoxic bao g m các h p ch t ấ ấ ữ ơ ế ợ ấ ợ ồ ợ t nh t đ lên ng nitrat r t ít, t o đi u ki n t h u c hòa tan (BOD) nh ng hàm l ấ ể ệ ố ấ ữ ơ men k khí trong b anaerobic. Vào năm 1989, ch a có nhà máy nào t ỹ ử ụ i M s d ng ạ ư ỵ quá trình này.

Hçn hî p n í c th¶i tuÇn hoµn

N í c th¶i sau xö lý

N í c th¶i tr í c xö lý

Anaerobic

Anoxic

Aerobic

BÓ l¾ng

Bï n cÆn

Bï n tuÇn hoµn

chøa photpho

ể

Hình 10. Quy trình UCT

Quy trình VIP (Virginia Initiative Plant in Norfolk. Virginia)

ầ ợ

ướ c th i sau b aerobic (đã kh nitrat) đ ể ớ ướ ạ ừ ả ỗ ử

b anoxic quay tr l ả ừ ể ấ ượ ủ ấ ữ ướ ể ơ

2/O và UCT ngo i tr cách tu n hoàn h n h p n c th i gi a ữ Quy trình này gi ng Aố ả ượ ư ạ i c đ a l các b . Bùn ho t tính cùng v i n ể ạ ơ ở b anoxic. N c th i t i đ u vào c a anaerobic. Trên c s ở ạ ầ ể ướ ả c th i nh ng d li u ki m tra đ ộ ố ợ ữ ệ ữ ệ đ u vào, đ m b o s n đinh trong ho t đ ng c a b k khí, làm gi m nhanh chóng ạ ộ ả ầ l ượ

c, xu t hi n m t s h p ch t h u c trong n ủ ể ỵ ả

ả ự ổ ng oxi theo yêu c u. ầ

18 GVHD: PGS.TS Tr n Đ c H L p Cao hoc Môi tr ng 2006 ứ ầ ạ ớ ườ

Hçn hî p n í c th¶i tuÇn hoµn

N í c th¶i sau xö lý

Anaerobic

Anoxic

Aerobic

BÓ l¾ng

N í c th¶i tr í c xö lý

Bï n cÆn

Bï n tuÇn hoµn

chøa photpho

CHUYÊN Đ : X LÝ NIT TRONG N C TH I Ề Ử Ơ ƯỚ Ả

Hình 10. Quy trình VIP

So sánh u, nh c đi m c a các quá trình k t h p x lý c nit ư ượ ế ợ ử ủ ể ả ơ và 3.3.2.

photpho

B ng 4: So sánh u nh c đi m c a các quá trình k t h p x lý nit ư ả ượ ế ợ ử ủ ể ơ và

photpho

u đi m Nh Ư ể ượ c đi m ể Các quá trình

ng t ộ ả ượ ướ

ậ i đi u ki n khí h u ệ ng không n đ nh Ho t đ ng d ạ l nh th ạ ộ ườ ề ổ ị

ng Bùn th i có m t hàm l ươ ộ đ i cao phôtpho ( 3 – 5%) và là m t ố ngu n phân bón giá tr ồ ị A2/O Ph c t p h n so v i công ngh A/O ớ ứ ạ ệ ơ

ả ử ơ

ớ Kh năng kh nitrat cao h n so v i dây chuy n A/O. ề

ấ ớ ề ầ

ử

ơ ng. ệ T o ra ít bùn th i nh t trong h ả th ng các ph ng pháp x lý ươ ph tpho hi n th i. ờ ạ ố ố ệ ả V i nhi u vòng tu n hoàn, c n ph i ầ tính toán thêm công su t c a b m và ấ ủ các yêu c u v v n đ b o d ề ả ưỡ ầ ề ấ

c thí nghi m ch y u ộ ả ượ ỉ ượ ủ ế ở ệ

ng t ộ M i ch đ ớ M .ỹ

ươ ng Bùn th i có m t hàm l đ i cao phôtpho và là m t ngu n ồ ố phân bón giá tr .ị ấ ụ ợ

ầ ng không n đ nh. Nh ng yêu c u cho hoá ch t ph tr th ị ữ ườ ổ

Bardenpho ấ ầ ớ ớ ơ ố Có kh năng gi m thi u t ng ổ ả ể i m c th p, t l ố ơ t h n ứ ượ ng pháp khác. so v i đa s các ph ươ ả ng nit ớ t ơ ớ ố Yêu c u kh i tích l n h n so v i quá trình A2/O.

ệ ệ t ki m

c khôi ph c cho h Đ ki m đ ượ ộ ề ụ th ng.Vì v y có th ti ể ế ậ ố ng hoá ch t tiêu th l ụ ấ ượ

ở

ề

Nam Phi Đ c s d ng r ng rãi ượ ử ụ ộ và nh ng n i có đi u ki nv tài ệ ề ơ ữ chính

19 GVHD: PGS.TS Tr n Đ c H L p Cao hoc Môi tr ng 2006 ứ ạ ầ ớ ườ

CHUYÊN Đ : X LÝ NIT TRONG N C TH I Ề Ử Ơ ƯỚ Ả

u đi m Nh Ư ể ượ c đi m ể Các quá trình

t ể ữ ự ế ạ i

ạ ỏ Ch a có nh ng công trình th c t ư M .ỹ

ợ ủ ườ ưở ng c a nhi ủ ơ ẫ t đ đ n hi u ệ ệ ẩ c chu n ư ộ ế ượ ể Luân chuy n các vùng Anoxic đ lo i b quá trình tái h p c a Nitrat và cung c p môi tr ng tách ấ t h n trong các vùng phôtpho t ố Anaerobic. nh h Ả su t quá trình v n ch a đ ấ hoá.

ả ứ UCT T su t BODF yêu c u cao ỷ ấ ầ ỏ ẹ Dung tích ngăn ph n ng nh h p h n so v i quá trình Bardenpho. ơ ớ ữ ố ớ ấ ầ ụ

Nh ng yêu c u đ i v i hoá ch t ph tr không n đ nh ổ ợ ị

ầ

ộ ụ ủ

ơ ng. ệ Tu n hoàn n i vi r ng làm tăng đi n ộ năng tiêu th c a máy b m và các yêu c u v n hành b o d ả ưỡ ầ ậ

ầ ầ

ầ ộ ụ ủ

ơ ng. Tu n hoàn nitrat qua vùng anoxic đ gi m l ng ôxy yêu c u và ả ể l ượ ượ ng ki m tiêu th . ụ ề ệ Tu n hoàn n i vi r ng làm tăng đi n ộ năng tiêu th c a máy b m và các yêu c u v n hành b o d ả ưỡ ầ ậ

c th i t c áp d ng h n ch t ướ ả ừ ớ ượ ế ạ i ụ ạ

VIP Ch m i đ ỉ Mỹ

ượ t đ th p làm gi m kh năng tách ả ả vùng Luân phiên n anoxic sang vùng anaerobic để gi m l ế ng nitrat trong vùng hi u ả khí. Nhi Nit ệ ộ ấ .ơ

ể ể ử ơ ạ t m

Có th áp d ng đ x lý Nit ụ th i ho c ph t pho quanh năm ố ặ ờ

ậ 3.4. K t lu n ế

ươ ử ụ ọ ườ ng đ x lý nit ể ử ơ ầ ả ổ

ng l n khí oxi cho quá trình nitrat hóa và duy trì đ ng pháp sinh h c thông th ớ ấ ượ ồ c n ph i b sung ngu n ẩ c vi khu n ượ

S d ng ph các bon, cung c p l k khí tùy ti n. ỵ ệ

ể ấ ơ

ế ợ ự ể ươ ử ễ ấ

ơ amôn thành nit Trong chu trình chuy n hóa nit phân t khí ta th y có quá trình nit ử ơ phân t amôn k t h p v i nitrit đ chuy n hóa thành nit . Đó cũng là nguyên nhân và ử ơ ể ể ớ ng pháp x lý m i có hi u su t cao, d làm và chi phí đ ng l c đ tìm ra m t ph ộ ệ ớ ộ th p. Chính là quá trình x lý b ng Anammox. ằ ử ấ

20 GVHD: PGS.TS Tr n Đ c H L p Cao hoc Môi tr ng 2006 ứ ầ ạ ớ ườ

CHUYÊN Đ : X LÝ NIT TRONG N C TH I Ề Ử Ơ ƯỚ Ả

ng pháp x lý Nit trong n c th i b ng quá trình ươ ử ơ ướ ả ằ

4. Nghiên c u ph ứ Anammox

i ta đã th y r ng ngoài ph ấ ằ

ử ươ ể ạ ỏ ượ

ả ộ

ẩ quá trình x lý thay th cho vi c ph i s ồ ạ ượ ừ ế ệ

ọ

ứ ồ ủ ẩ

ọ ng pháp x lý sinh h c T nh ng năm 1980 và 1990 ng ử ườ ừ ữ c amôni ra kh i ỏ k t h p hai quá trình nitrat hoá và kh nitrat hoá có th lo i b đ ế ợ i m t lo i vi khu n có kh năng ôxy hoá amôni thành d ng ạ ngu n th i mà còn t n t ạ ả ồ ả ử c hình thành t khí N2 s d ng nitrit đ ử ử ụ ngu n bên ngoài vào.Các nhà khoa h c Hà Lan và Đ c đã nghiên d ng ôxy c p t ồ ấ ừ ụ c u và phát hi n ra lo i vi khu n này thu c ch ng Planctomyce - tales g m hai d ng ạ ộ ạ ệ ứ chính là : Brocadia anammoxidans và Kuene-nia stuttgartiensis

ỉ ớ ằ ứ

ượ c hình thành thì trên đó có s phân b ôxy theo nh ng đ ự ỏ ườ

phía d

ệ ố ố ớ ở t r ng nh ng vi sinh v t chúng ta đang tìm ki m c trú ớ thi ế ằ ư ế

ả ấ ủ ậ ầ ử ụ ặ

M t s nghiên c u đã ch ra r ng trong h th ng các l p siêu m ng c a l p màng ủ ớ ộ ố ớ ng d c. Các l p biofilm đ ố ữ i cùng n m trong tr ng phía trên là nh ng l p giàu ôxy trong khi các l p ạ ằ ướ ữ ở ữ thái k khí. Ta gi nh ng ữ ị t và công ngh FISH l p th p nh t c a màng biofilm. S d ng đ u dò gen đ c bi ệ ệ ấ ớ (Flourescence In Situ – Hybridization) chúng ta có thê xác nh n s có m t c a vi ặ ủ ậ ự khu n thu c ch ng Planctomycetes . ủ ẩ ộ

ọ ử ệ ọ

ử ụ ể ế

ỹ ậ ằ ề ượ ậ ọ

và nh ng thí nghi m sinh lý h c khác chúng ta có S d ng k thu t sinh h c phân t ữ ậ nia stuttgartiensis đã ôxy hoá amôni thành th k t lu n r ng chính vi khu n Kuene- ẩ c g i là quá trình ôxy hoá amôni N2 trong đi u ki n k khí. Quá trình này vì v y đ ị trong đi u ki n k khí (Anaerobic Ammonia Oxidation) hay còn g i là ANAMMOX. ệ ệ ị ề ọ

4.1. C ch quá trình ơ ế

ệ ề ị ơ

Quá trình ANAMMOX là quá trình ôxy hoá amôni trong đi u ki n k khí thành nit b i các vi khu n anammox. ẩ ở

ớ ổ ướ ệ ượ

2 cung c p h i đ t và m t l

Trong quá trình Anammox amôni cùng v i nitrit đ khí t ng nh nitrat theo ph i đi u ki n k ị ng trình ph n ng sau: ộ ượ ơ ố i Nớ ấ ỏ c chuy n đ i d ể ươ ề ả ứ

- + H+  1,02N2 + 0,26 NO3

- + 2H2O

NH3 + 1,32 NO2

amôn t c th i s d ng vi khu n anammox m t ph n nit ả ử ụ ầ ẩ

- theo ph 2

ng nitrit NO n ừ ướ ơ c s d ng đ s n sinh ra l ể ả ợ ượ ử ụ ượ amôn ơ ộ ả ứ ng trình ph n ng ươ

Đ lo i b nit ể ạ ỏ thích h p đ sau :

NH4+ + 1,5O2 +2HCO3-  NO2- + 2CO2 + 3H2O

ệ ắ ả ộ

ự ế ể ự c m t b ộ ướ ướ ể

- nh m t ch t nh n đi n t ấ 2

Trong th c t hi n tr ệ g i là quá trình nitrit hoá b ph n. Ti p theo NO ọ ự đ th c hi n thành công quá trình anammox thì b t bu c ph i th c c quá trình aerobic đ oxy hoá amôn thành nitrit. Quá trình này còn ệ ử ẽ ế s ti p ư ộ ế ậ ậ ộ

21 GVHD: PGS.TS Tr n Đ c H L p Cao hoc Môi tr ng 2006 ứ ầ ạ ớ ườ

CHUYÊN Đ : X LÝ NIT TRONG N C TH I Ề Ử Ơ ƯỚ Ả

2. Quá trình này đ

i đ t o thành N c g i là quá trình ả ứ ớ ạ ể ạ ượ ọ

t c ph n ng v i amôni còn l ụ anammox.

ổ ợ ễ ậ ộ

T ng h p ta có quá trình nitrit hoá b ph n/anammox. Quá trình này di n ra trong hai giai đo n: ạ

. S ôxy hoá amôni trong đi u ki n hi u khí giai đo n I nh các vi khu n nitrit hoá. ự ệ ế ề ở ẩ ạ ờ

c th c hi n trong đi u ki n hi u khí giai đo n II nh các ượ ự ế ệ ề ệ ở ạ ờ

. Quá trình anammox đ vi khu n anammox. ẩ

ạ ả ề ồ ạ ể ộ

ề

ng nitrit này s k t h p v i l

Nh v y c hai lo i vi khu n này đ u có th song song t n t ẩ ư ậ v c d a vào l ng ôxy và l ượ ự ự biofilm. Amôni c s đ l ượ t o thành N ạ i trong cùng m t khu do theo chi u sâu c a l p màng sinh h c ng ôxy t ọ ề ủ ớ ự i h n v ôxy đ t o ra m t i đi u ki n gi ộ ớ ạ ể ạ ề ệ ướ ạ ể i đ ng amôni c còn l ắ ớ ượ ẽ ế ợ 2 b i các vi khu n anammox. K t h p hai quá trình theo ph n ng sau : ả ứ ế ợ ượ ắ ẽ ượ ng nitrit thích h p. L ợ ở c ôxy hoá d ượ ẩ

NH4+ + 0,85 O2  0,435 N2 + 0,13 NO3- + 1,3 H2O + 1,4 H+

ể ướ ể

ả ệ ự ủ ướ ụ ề ặ ủ

ở

ưở ự ế ề ặ ữ ề ệ ả

ổ ữ ươ ộ

Công ngh d a trên quá trình này có th áp d ng đ nghiên c u x lý n c th i giàu ứ ử ả ặ c th i thu gom trên b m t c a các quá trình x lý sinh hóa bùn đ c. amôni c a n ử ng b i các quá trình tích Trong khi hyđrô cacbonat và amôn là nh ng iôn d b nh h ễ ị ả n p đi n tích trên b m t do chúng đ u tr i qua nh ng s bi n đ i trong th i gian ữ ờ ạ nitrit hoá b ph n và anammox. Vì v y chúng ta có th s d ng nh ng ph ng pháp ể ử ụ ậ đo d n đi n nh m t tham s đ đi theo quá trình lo i b nit . ơ ố ể ậ ư ộ ạ ỏ ệ ẫ

ụ c l ướ ượ ử ụ ố ơ ả ể

ng tính d n đi n nh m t tham s đ n gi n đ M c tiêu là s d ng chúng ư ộ theo dõi quá trình nitrit hoá và anammox trong h th ng x lý m t ho c hai giai đo n. ạ ử ẫ ệ ệ ố ặ ộ

ng pháp thí nghi m ươ ệ 4.2. Ph

ng pháp Nguyên v t li u và ph ậ ệ ươ 4.2.1.

ng nhân ạ ử ụ ề ệ ẩ ườ

Bùn ho t hoá vi khu n nitrit hoá trong đi u ki n ôxy hoá s d ng môi tr t o.ạ

ng nhân t o đ c s d ng là môi tr ườ ượ ử ụ ạ ườ ị ng t ng h p ch a đ ng peptôn, th t ứ ự ổ ợ

Môi tr rút, NaHCO3 , MgSO4 , CaCl2 , NaCl và KCl.

ẽ ượ ấ ố ể ệ

c l y ra đ làm thí nghi m. Dòng vào đ 4)2SO4 và 13,6g KH2PO4 vào trong n ị ằ c ượ cướ

Sau 6 tháng nuôi c y bùn gi ng s đ ấ chu n b b ng cách hoà tan 47,1 - 471mg (NH ẩ máy.

V t li u mang. ậ ệ 4.2.2.

22 GVHD: PGS.TS Tr n Đ c H L p Cao hoc Môi tr ng 2006 ứ ầ ạ ớ ườ

CHUYÊN Đ : X LÝ NIT TRONG N C TH I Ề Ử Ơ ƯỚ Ả

ợ ể ẹ ạ ụ ể ặ ợ

ng kính 2mm , k t n i v i nhau thành d ng l ộ i do ế ố ớ ướ ạ ậ

Giá th vi sinh là s i Acrylin chuyên d ng có đ c tính nh d ng s i xù xì đ tăng đ bám cho màng vi sinh v t, đ ườ công ty Biofix , Net Co, Ltd s n xu t. ả ấ

Hình 11: V t li u mang Acrylin ậ ệ

ng đ ể ạ ậ ệ ươ

3 và di n tích ệ ấ ng bùn đ c cao cho hi u su t ệ

ả ươ m t l ữ ộ ượ ng 23,324 m/m ặ

ề 2/m3 cho phép t o kh năng gi ạ t h n các v t li u khác. V t li u này có th t o chi u dài dính bám t b m t 165 m ề ặ x lý t ử ậ ệ ố ơ

Thi t b thí nghi m ế ị ệ 4.2.3.

ượ ế ằ c ti n hành trong b ph n ng d ng hình h p làm b ng ả ứ ể ạ ộ

Mô hình Anammox đ nh a t ng h p trong su t dung tích 5,43 l. ố ợ ự ổ

23 GVHD: PGS.TS Tr n Đ c H L p Cao hoc Môi tr ng 2006 ứ ạ ầ ớ ườ

CHUYÊN Đ : X LÝ NIT TRONG N C TH I Ề Ử Ơ ƯỚ Ả

Hình 12: Thi t b thí nghi m ế ị ệ

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

24 GVHD: PGS.TS Tr n Đ c H L p Cao hoc Môi tr ng 2006 ứ ạ ầ ớ ườ

(7) Reactor (8) Air pump (9) Heater (10) Effluent

CHUYÊN Đ : X LÝ NIT TRONG N C TH I Ề Ử Ơ ƯỚ Ả

Hình 13: S đ mô hình Anammox ơ ồ

S d ng 60 g v t li u mang. ậ ệ ử ụ

Không khí đ đáy t i trung tâm v i lu ng gió là 0,7 - 1 l/phút. c c p ượ ấ ở ạ ớ ồ

Tác d ng c a dòng không khí là xáo tr n dòng ch y trong b ph n ng ể ả ứ ủ ụ ả ộ

Các thi t b ph tr : ế ị ụ ợ

. Thi t b đi u ch nh pH ế ị ề ỉ

. Thi t b đi u ch nh nhi t đ theo nh ng m c đã đ t s n. ế ị ề ỉ ệ ộ ặ ẵ ứ ữ

Ti n hành thí nghi m: ệ ế 4.2.4.

15 g bùn đã đ c ho t hoá vi khu n nitrit hoá đ c đ a vào mô hình. ượ ẩ ạ ượ ư

ả ạ ề ệ ể ế ộ ữ ướ c m u và ẫ

Quá trình th i khí đ xáo tr n dòng ch y t o đi u ki n ti p xúc gi a n ổ kh i giá th . ể ố

c dính bám t ượ ố ố ậ ệ t và phân b đ u trên toàn b b m t kh i v t li u ộ ề ặ ố ề

Sau 4h bùn đã đ mang.

ự ớ ủ

ệ ng l u l ố 0,04 t ượ i 0,37 kgN/m c tuân theo quy lu t b c ậ ậ 3/ngày. S thích nghi v i đi u ki n môi tr thang v i s tăng t ư ượ ớ ự ề i l ả ượ ườ ng đ u vào t ầ ng c a bùn gi ng đ ớ ừ

Quá trình thí nghi mệ 4.2.5.

ử ụ ượ ạ ệ

ợ c đ nh các giá th ph n ng d c ho t hóa nitrit đã thích h p v i đi u ki n môi tr ắ ề ả ứ ữ ố ị ng ườ ữ i nh ng ớ ể ướ

S d ng bùn ho t tính đã đ ạ và ch t t ng h p nitrit hoá. G n và gi ợ đi u ki n v n hành khác nhau. ấ ổ ệ ề ậ

Quá trình thí nghi m có th đ c mô t ể ượ ệ ả theo s đ sau. ơ ồ

25 GVHD: PGS.TS Tr n Đ c H L p Cao hoc Môi tr ng 2006 ứ ạ ầ ớ ườ

CHUYÊN Đ : X LÝ NIT TRONG N C TH I Ề Ử Ơ ƯỚ Ả

Hình 14: Quá trình thí nghi mệ

Nh ng đi u ki n v n hành cho quá trình x lý nitrit hoá b ph n ệ ậ ộ ậ ữ ử ề

B ng 5: Đi u ki n v n hành c a quá trình x lý nitrit ệ ậ ủ ử ề ả

Run

I

II

III

Nhi

27oC

30oC

35oC

t đệ ộ

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 pháp phân tích ươ 4.2.6.

t b đo 782 Oxygen Meter (Strathkelvin ự ậ ượ c đo b i thi ở ế ị

S t p trung ôxy hoà tan đ Instrument, UK).

c xác đ nh b i ph ng pháp Indophenol và đ ở ị ươ ượ c đo b ng thi ằ ế ị ả t b nh ượ

Amôn đ Nit ph k U – 2010. ơ ổ ế

- đ

- và NO3 2

t n t d ng NO i c phân tích b i thi t b phân tích iôn TOALA – ơ ồ ạ ở ạ ượ ở ế ị

Nit 100.

ế ợ ặ ẫ

c gi ượ ấ ế ể ạ ắ ế ẽ ượ

ng thích. Nh ng phân tích ADN và phân tích quang hoá quan sát và quét d c l y ra đ phân tích k t h p các lo i vi ạ ệ i mã khu ch đ i, l p ghép và tím ki m nh ng ữ ả ướ i

c ti n hành theo chu n c a Fujii. M u bùn đ c trong mô hình thí nghi m đ khu n. Các m u ADN s đ ẫ ẩ m u t ẫ ươ ữ kính hi n vi đ ng c đ ể ự ượ ế ồ ẩ ủ

ế 4.3. K t qu và đánh giá ả

Quá trình Nitrit hoá c c bụ ộ 4.3.1.

ơ ậ ộ ề c th i dòng ra trong nh ng đi u ữ ả

Nh ng thay đ i c a n ng đ nit ki n khác nhau c a quy trình thí nghi m đ c th hi n trong đ th . ổ ủ ồ ủ t p trung trong n ượ ữ ệ ướ ể ệ ệ ồ ị

26 GVHD: PGS.TS Tr n Đ c H L p Cao hoc Môi tr ng 2006 ứ ạ ầ ớ ườ

NO3-N NO2-N NH4-N

CHUYÊN Đ : X LÝ NIT TRONG N C TH I Ề Ử Ơ ƯỚ Ả

Hình 15: Bi u đ th hi n s thay đ i c a Nit t p trung ể ồ ể ệ ự ơ ậ

theo các đi u ki n thí nghi m ề ệ ổ ủ ệ

i nhi t đ 35 ạ ệ ộ ệ

d ng amôni và nitrit đ

ư ưỡ

oC các thí nghi m trong đi u ki n III th y ấ ề d ng nitrat thì ơ ạ ấ oC. giá tr 35 t qua ng ng 7,25 ở ị ứ m t m c khi giá tr pH đ t m c ạ ị ứ

ẽ ệ c tìm th y nh ng nit ượ ở ộ

oC.

ẽ ủ m c 35 D i đi u ki n pH = 6 -7,5 t ề ệ ướ ng N t n t r ng l ượ ằ không có. T l ỷ ệ T l N d ng NH ỷ ệ ạ 7,5 – 7,7 và nhi t ừ i ồ ạ ở ạ ượ - s tăng lên khi pH v N d ng NO ạ 2 - c a dòng ra s cùng + và NO2 4 t đ ệ ộ ở ứ

oC th

i đi u ki n pH = 7,8 , t = 35 ng không n đ nh ế ữ ườ ổ ị

Nh ng k t qu thí nghi m d ả vì th không đ ượ ệ ướ c th hi n trên bi u đ . ồ ệ ể ệ ề ể ế

d ng Nitrit và trong n c th i c a dòng ra trong đi u ki n pH = 7,9 hoàn toàn ề ệ ở ạ ướ

ả ủ i quá trình nitrit hoá hoàn toàn. Nit ơ đ t t ạ ớ

- đ 2

ng chung là N d ng NO c phát hi n trong m u n c th i dòng ra khi ượ ệ ẫ ướ ả

Định h ướ pH > 7 trong m i tr ọ ườ ạ ng h p. ợ

ỉ ạ ộ ủ ẩ ả ằ ị

ướ i ầ là pH = 7,5 - 7,7 ừ ế

ế ề nhi K t qu này ch ra r ng ho t đ ng c a các vi khu n ôxy hoá nitrit b ngăn c n d đi u ki n ki m. Có thê k t lu n r ng quá trình nitrit hoá t ng ph n ậ ằ ở ả ề ệ oC. t đ 35 ệ ộ

ng c a n ng đ NH

3 đ n quá trình nitrit hoá.

Ảnh h ưở ủ ồ ộ ế 4.3.2.

3 t 3 có giá tr t

c r ng t ng NH ố i l ả ượ ừ ạ ộ ủ ẽ

Th ng kê đ ượ ằ vi khu n ôxy hoá nitrit. Khi NH ẩ 0,1 - 10 mg/l s ngăn c n ho t đ ng c a các ả ủ 10 - 150 mg/l s ngăn c n ho t đ ng c a ị ừ ạ ộ ẽ ả

27 GVHD: PGS.TS Tr n Đ c H L p Cao hoc Môi tr ng 2006 ứ ầ ớ ườ

ạ 10 6344 ++ T 273

CHUYÊN Đ : X LÝ NIT TRONG N C TH I Ề Ử Ơ ƯỚ Ả

3 đ

Đ t p trung NH c tính theo t ng nit amôni TAN ộ ậ ượ ổ ơ ẩ

các vi khu n ôxy hoá amôni. ( Total Amonium Nitrogen )

17 do = .TAN. 14

NH3 t ự

c tính toán ộ ậ ượ

3 trong các ph n ng nitrit hoá đ ả ứ c th hi n nh sau: ế

S d ng công th c này đ t p trung NH cho m i đi u ki n v n hành khác nhau. K t qu đ ử ụ ỗ ứ ệ ậ ả ượ ể ệ ư ề

3 nh h n 1,5 mg/l và giá tr pH t

6 - 7 s ngăn c n quá trình ế ộ ậ ỏ ơ ị ừ ẽ ả

N u đ t p trung NH -. amôni hoá và không t o thành NO ạ 2

ừ ử ệ ề

ệ ạ ộ ượ ử ư ả ộ

2 - 3 mg/l và giá tr pH = 7,3 thì các th nghi m trong đi u ki n I và II và Khi NH3 t ị pH = 7,25 v i th nghi m III đ ủ c xem nh có tác đ ng ngăn c n các ho t đ ng c a ệ ớ vi khu n ôxy hoá nitrit. ẩ

ử ừ ệ ệ ớ ớ

i 7,9 thì th nghi m trong đi u ề ộ ẩ ấ

3 t p trung trong b ph n ng nên n m trong

ề ả c hình thành s v n n m l 7,8 t ủ c. Khi NH3 > 6,5 mg/l cùng v i đi u ki n pH t ki n III cũng có d u hi u ngăn c n ho t đ ng c a vi khu n ôxy hoá nitrit và toàn b ạ ộ ệ ệ i trong n nitrit đ ẽ ẫ ượ ướ ạ ằ

ườ ể ằ ậ

Nh v y, k t lu n r ng c ế kho ng 4 -6,5 mg/l đ quá trình x lý nitrít hoá t ng ph n có th di n ra. ng đ NH ộ ử ậ ằ ể ả ứ ể ễ ư ậ ả ừ ầ

Ki m tra đ n đ nh lâu dài c a quá trình. ộ ổ ị ủ ể 4.3.3.

ướ i l ả ượ ậ ộ ơ ạ d ng

ng Nit m c 100mg/l , th i gian thí nghi m HRT = 6h. ệ ị c c đ nh D i nh ng đi u ki n xác đ nh c a quá trình nitrit hóa b ph n, t ủ ề ữ amôni dòng vào đ ệ ở ứ ượ ố ị ờ

S thay đ i t ng Nit trong 40 ngày thí nghi m đ c th hi n trên bi u đ i l ổ ả ượ ự ơ ệ ượ ể ệ ể ồ

Hình 16: Di n bi n quá trình chuy n hóa nit trong SNAP ể ễ ế ơ

Quá trình nitrit hóa đ c hình thành sau 20 ngày thí nghi m. ượ ệ

28 GVHD: PGS.TS Tr n Đ c H L p Cao hoc Môi tr ng 2006 ứ ầ ạ ớ ườ

CHUYÊN Đ : X LÝ NIT TRONG N C TH I Ề Ử Ơ ƯỚ Ả

ạ ượ ơ ạ ả ầ ờ

ng Nit ạ ạ ỏ ồ ự ệ

ng nh nitrat. Cùng v i nó là hi n t ệ ượ ể ỏ ỏ

ờ ả ng bùn chuy n sang màu đ . Ng ể ườ ễ ạ ỏ ả ứ ể ế ệ ơ

Nh ng l d ng amôni và d ng nitrit gi m d n theo th i gian. Sau 30 ngày ư th y r ng bên c nh vi c lo i b đ ng th i c amôni và nitrit có s hình thành m t ộ ấ ằ ấ l i ta l y ớ ượ trong b ph n ng có di n ra theo d u hi u này đ k t lu n quá trình lo i b nit ậ ấ quá trình Anammox hay không.

ẩ ố

ệ ố ố ị c t o ra bên trong các kh i giá th ượ ạ ệ ệ ề ế ố

ư ụ ẩ

ể Nh ng đi u ki n s ng c a vi khu n anammox đ ề ủ ữ ượ c g n c đ nh trong su t quy trình thí nghi m. Các đi u ki n y m khí đ bùn đ c ượ ắ t o ra b i quá trình tiêu th ôxy hòa tan c a các vi khu n ôxy hóa amôni c trú trên ủ ở ạ b m t c a kh i v t li u mang. ề ặ ủ ố ậ ệ

c l y t n c máy khi chu n b dòng ồ ứ ủ ẩ ượ ấ ừ ướ ẩ ị

Ngu n th c ăn c a vi khu n Anammox đ vào.

thi t các vi khu n ôxy hóa amôni và anammox cùng t n t ẩ ế ồ ạ

i ta g i đây là quá trình lo i b nit ườ ệ ọ

ố ơ ử ụ ạ ỏ ọ ậ ộ

i song song trên các giá Gi ả ơ th bùn trong su t quá trình thí nghi m. Ng ể theo tr ng thái đ n s d ng Anammox và quá trình nitrit hóa b ph n. Còn g i là quá ạ trình SNAP.

SNAP : Single stage Nitrogen removal using the Anammox and Partial Nitritatio

ệ ượ ụ ể ộ

ữ ữ ặ

ỏ Nh ng thay đ i ổ ữ i đây. c bi u di n theo đ th d c lo i b đ nit l Nh ng thí nghi m liên t c đ nh ng đ c tr ng trong kh năng lo i b nit ư hàng ngày v t ề ỷ ệ c ti n hành trong m t th i gian dài đ làm sáng t ờ c a Quá trình SNAP. ơ ủ ồ ị ướ ể ế ạ ỏ ạ ỏ ượ ả đ ơ ượ ễ

Hình 17: S đ quá trình SNAP ơ ồ

ế ạ ỏ ượ ệ ồ ỏ

ớ ồ ầ ộ

+- N đ 4 ờ ộ

Sau 40 ngày ti n hành thí nghi m 70 % NH vào v i n ng đ ban đ u là 100 mg/l và th i gian ph n ng trong 5h. Khi n ng đ dòng vào tăng lên 125 mg/l thì s gia tăng đ t ng t làm cho hi u su t lo i b Nit c lo i b kh i ngu n th i dòng ộ ả ứ ơ ả ồ ạ ỏ ự ệ ấ ộ

29 GVHD: PGS.TS Tr n Đ c H L p Cao hoc Môi tr ng 2006 ứ ạ ầ ớ ườ

CHUYÊN Đ : X LÝ NIT TRONG N C TH I Ề Ử Ơ ƯỚ Ả

ố ớ ả ế

ữ

+- N đ u vào đ ầ 4

ng NH ổ ộ ượ

gi m xu ng t Bacteria) không có kh năng ph n ng nhanh nh y v i nh ng thay đ i đ t ng t v t i l ị ồ ả ượ 100 mg/l và 6 h ph n ng là nh ng giá tr n đ nh nh t cho quá trình SNAP. ị ổ i 40 - 50 %. K t qu này cho th y r ng AOB (Amonium Oxidizing ấ ằ ả ộ ề ạ ớ ả ứ +- N đ u vào. Do đó giá tr n ng đ NH c xác đ nh là ị ộ 4 ấ ả ầ ả ứ ữ ị

ả đ ơ ượ i l ả ượ

ấ ng Nit 5 - 40 mg/l , l ng NO ầ ệ ượ ng NH ượ ừ

3 - N thì ớ

ng NO ộ ượ

ở ứ ị ữ ế ả

ả ứ ừ ữ ỉ

ế i h n t ả l ữ c gi ớ ạ ỷ ệ ủ ắ ả

c tăng thêm 60 - 80% khi gi m t 4- N đ u vào. Hi u su t lo i b Nit ầ ạ ỏ + - N đ u ra dao đ ng t - 2 - N thì tính theo NH L ơ 4 m c 10 - 15 mg/l là luôn luôn đ t giá tr nh h n 5 mg/l. Hàm l ỏ ơ ị ạ c trong quá trình SNAP so sánh v i giá tr 5 mg/l trong quá nh ng k t qu thu đ ượ trình nitrit hoá t ng ph n. Nh ng k t qu này ch ra r ng nh ng ph n ng anammox ầ ằ c a quá trình SNAP là quá trình ôxy hoá ch c ch n x y ra và b ướ ắ Amôni c.ắ

Hình 18 : Đ th th hi n s thay đ i v hi u su t lo i b nit trong ồ ị ể ệ ự ấ ạ ỏ ổ ề ệ ơ

quá trình SNAP

ể ị ừ ứ ạ ố

ệ

7,7 t ấ ị

Độ ôxy hoà tan DO trong b phăn ng đ t giá tr t nghi m. pH dòng vào đ t giá tr 7,25 và pH dòng ra tăng lên t ừ ị ạ qu này cho th y vi c thi ấ ặ ệ đi u ch nh pH s r t thu n l ẽ ấ 2 - 3 mg/l trong su t quá trình thí i 8,0. Nh ng k t ế ữ ớ t l p nh ng giá tr pH cao h n ho c th p h n b ng thi ế ị t b ơ ơ ấ ế ậ ữ i đ đ t đ ậ ợ ể ạ ượ c quá trình SNAP di n ra thích h p nh t. ễ ằ ợ ả ề ỉ

S đ hoá quá trình Single System Nitrogen Removal Anammox ơ ồ 4.3.4.

Plants.

30 GVHD: PGS.TS Tr n Đ c H L p Cao hoc Môi tr ng 2006 ứ ầ ạ ớ ườ

CHUYÊN Đ : X LÝ NIT TRONG N C TH I Ề Ử Ơ ƯỚ Ả

Hình 19: S đ hóa quá trình SNAP trong b ph n ng ể ả ứ ơ ồ

Các k t qu thí nghi m đ c th hi n trong đ th sau : ế ệ ả ượ ể ệ ồ ị

Hình 20: Đ th quá trình di n bi n kh nit ồ ị ử ơ ễ ế

ng ử ớ ườ 4.4. So sánh v i qúa trình x lý thông th

trong ệ ớ ử ử ề ọ ơ

ng pháp Anammox có nh ng u đi m sau : So sánh v i các quá trình x lý sinh h c truy n th ng công ngh m i x lý Nit n ướ ớ c th i b ng ph ả ằ ố ữ ư ươ ể

31 GVHD: PGS.TS Tr n Đ c H L p Cao hoc Môi tr ng 2006 ứ ầ ạ ớ ườ

Elemental

Treated water to the nitrogen (N2) pre-settlement tank

Sludge digester effluent Mixture of

(low concentrations of NH4+, NO2-, NO3-)

(ammonium-rich)

ammonium and nitrite

NH4+ = NO2-

NH4+ + NO2- = N2

Aeration (O2)

No oxygen

CHUYÊN Đ : X LÝ NIT TRONG N C TH I Ề Ử Ơ ƯỚ Ả

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 +

lots of biomass

little biomass

Denitrification

Anammox

Hình 21: S đ công ngh x lý nit b ng ph ng pháp ơ ồ ơ ằ ươ ệ ử anammox

i 60% đ ng nghĩa v i vi c gi m năng ể ả ớ ồ ệ ả ớ

- L ượ l ượ ng ôxy cung c p có th gi m t ấ ng c n đ cung c p ôxy cho quá trình sinh hoá. ấ ể ầ

ầ ồ - Quá trình anammox không yêu c u ngu n các bon h u c . Trái ng

ả ồ ữ ơ ấ c v i quá ượ ớ ơ ữ

trình Nitrification /Denitrification khi ph i cung c p ngu n cacbon h u c ( metanol ) đ làm tác nhân cho quá trình sinh hoá ể

ng bùn x ố ơ ả ạ ẩ c l ượ ượ ử - Các vi khu n Anammox t o ra ít sinh kh i h n do đó gi m đ

lý.

ữ

- Quá trình Anammox không nh ng s d ng ít năng l ượ ớ ng và các ngu n hoá ử ồ ử ơ

ng. ch t ph tr khác mà còn có giá thành th p h n so v i ph ươ ấ d ng k t h p hai quá trình nitrat hoá và kh nitrat hoá thông th ụ ử ụ ấ ử ụ ợ ế ợ ng pháp x lý s ườ

32 GVHD: PGS.TS Tr n Đ c H L p Cao hoc Môi tr ng 2006 ứ ạ ầ ớ ườ

CHUYÊN Đ : X LÝ NIT TRONG N C TH I Ề Ử Ơ ƯỚ Ả

ậ 5. K t lu n ế

cao t ươ ử ng pháp x lý nit ử 70-95% l ừ b ng ph ướ ọ ử ơ ơ

ơ ằ trong n ễ ậ ượ ử ụ ệ ả ậ

ng pháp sinh h c cho , thì x lý nit Trong các ph ươ ử ổ hi u su t kh nit c th i. Quá trình x lý n ng nit ả ấ ệ đ nh, đáng tin c y. Các công trình s d ng cũng d v n hành và qu n lý, di n tích đ t ấ ị yêu c u nh , chi phí đ u t h p lý ầ ư ợ ầ ỏ

b ng ph ng pháp thông th ạ ử ơ ằ ườ ươ

ệ ng bùn x lý và l ử ấ ử ượ c l ượ ượ ổ ộ ể ấ ả

ả ng là nitrat hóa và ph n Bên c nh quá trình kh nit nitrat thì quá trình Anammox (Anaerobic Ammonia Oxidation) cho hi u su t x lý cao ng oxi h n v i nhi u u đi m n i tr i nh t là gi m đ ề ư ơ cung c p cho quá trình x lý. ử ớ ấ

c th i đem đ n cho s c kh e con ng ơ ạ ướ ứ ế ỏ

ệ trong n ệ ả ử ệ

ố sinh thái trong t ữ ườ ả ự ự ể

ề ữ ế ể

i và cho V i nh ng tác h i do nit ườ ớ ờ ng, vi c tìm ra các bi n pháp x lý cho hi u qu cao, ít t n kém đ ng th i môi tr ồ ả ể nhiên đ đ m b o s phát tri n b n v ng, dùng chính nh ng y u t ữ ế ố ả x lý là vô cùng c n thi ơ t. Chúng ta c n nghiên c u đ phát tri n và hoàn thi n h n ệ ể ử n a các quá trình x lý này, đ m b o s n đinh c a môi tr ả ữ ầ ả ự ổ ng s ng. ố ầ ử ứ ủ ườ

33 GVHD: PGS.TS Tr n Đ c H L p Cao hoc Môi tr ng 2006 ứ ạ ầ ớ ườ

CHUYÊN Đ : X LÝ NIT TRONG N C TH I Ề Ử Ơ ƯỚ Ả

Các tài li u tham kh o ệ ả

ạ ỗ ứ ầ 1. Tr n Đ c H , Đ Văn H i ả

C s hóa h c quá trình x lý n c c p và n ơ ở ử ọ ướ ấ ướ c th i. ả

Nhà xu t b n Khoa h c và K thu t , Hà N i,2002. ấ ả ậ ọ ộ ỹ

ứ ầ ạ 2. Hoàng Hu , Tr n Đ c H ệ

Thoát n c .T p 2: X lý n ướ ử ậ ướ c th i ả

NXB Khoa h c và K thu t, Hà N i,2002. ỹ ậ ọ ộ

ị 3. Tr nh Xuân Lai

Tính toán thi t k các công trình x lý n ế ế ử ướ c th i ả

NXB Xây D ng , 2000. ự