Folie 1 Cơ sở quá trình khử N và P Folie 1 Quy định đối với đối tượng xả nước thải vào nguồn nước Quy định của liên minh Châu âu Nồng độ / Giảm thiểu được giám sát riêng lẻ hoặc kết hợp Ntổng = NH4 N[.]
Cơ sở trình khử N P Quy định đối tượng xả nước thải vào nguồn nước Quy định liên minh Châu âu: Thông số Quy định chung Riêng với khu vực nhạy cảm Nồng độ (mg/l) Giảm (%) TS 35 90 COD 125 75 BOD5 25 70 90 Nồng độ (mg/l) Giảm (%) > 10.000 người > 100.000 người Ntổng 15 10 70 80 Ptổng 80 Mẫu tổng hợp 24-h Trung bình năm Nồng độ / Giảm thiểu giám sát riêng lẻ kết hợp Ntổng = NH4-N + NO2-N + NO3-N Folie nghĩa là, Nhữu bỏ qua Cơ sở trình khử N P Quy định đối tượng xả nước thải vào nguồn nước Quy định tối thiểu CHLB Đức (mg/l) tuân theoPhụ lục AbwV: Thông số < 1.000 người < 5.000 người < 10.000 người < 100.000 người > 100.000 người COD 150 110 90 90 75 BOD5 40 25 20 20 15 10 10 10 Ntổng 18 13 Ptổng NH4-N Tất giá trị yêu cầu tối thiểu sở mẫu đơn mẫu hỗn hợp 2h đảm bảo chất lượng Ntổng = NH4-N + NO2-N + NO3-N nghĩa là, Nhữu bỏ qua Quy định Ntổng T > 12 °C đầu nhà máy; thời gian: 01.05 - 31.10 Folie Cơ sở q trình khử N P Chất nhiễm nước thải sinh hoạt – Giá trị thải đầu người Các thông số giá trị thải đặc trưng đầu người (EW = E + EGW): Nước thải thô Thông số Sau thời gian lắng sơ cấp với Q t 0,5 1,0 h 1,5 2,0 h BOD5 60 45 40 COD 120 90 80 TS (0,45 µm) 70 35 25 TKN (Nhữu + NH4-N) 11 10 10 1,8 1,6 1,6 P Tải lượng (g / người ∙ngày) Một năm, số ngày vượt tải không phép nhiều 85% tổng số ngày năm Folie Cơ sở trình khử N P Chất ô nhiễm nước thải sinh hoạt – Giá trị thải từ sinh hoạt Nồng độ trung bình (ví dụ): QEW = 80 l/ngày Thơng số QEW = 120 l/ngày FWZ = % FWZ = 50 % FWZ = % FWZ = 50 % BSB5 750 500 500 330 CSB 1.500 1.000 1.000 670 TS 870 580 580 390 TKN 140 92 92 61 P 23 15 15 10 Nồng độ trung bình đầu vào nhà máy phụ thuộc vào lượng nước thải sản sinh đầu người lượng nước lạ bổ sung (FWZ) Folie Cơ sở trình khử N P Liên kết Nitơ nước thải Nitơ hữu (Nhữu cơ): - Urê (CH4N2O) - Amin (R-NH2) - Axit amin (R-CHNH2-COOH) - Chuỗi axit amin (Protein, Peptin) Nitơ vô (Nvô cơ): - Ammonium (NH4+) - Nitrit (NO2-) - Nitrat (NO3-) Nhữu NH4-N NO2-N TKN Nvô Ntổng ! Nvô Folie định nghĩa Ntổng NO3-N Cơ sở trình khử N P Liên kết Nitơ nước thải Quá trình thủy phân Nitơ hữu Exoenzym thành Ammonium (NH4+) xảy mạng lưới đường ống (Ammoni hóa) Tại đầu vào nhà máy, khoảng 60% tải lượng N tồn dạng NH4-N Mật độ sinh khối cao bước xử lý sinh học nhà máy dẫn tới thủy phân toàn thành NH4+ Nguồn chứa Nitơ chính: - Nơng nghiệp: Nitrat, Ammonium (từ phân bón phân) - Nước thải sinh hoạt: N hữu (chủ yếu ure từ nước tiểu), Ammonium, Nitrat (từ nước sạch) - Nước thải công nghiệp: N hữu cơ, Ammonium, Nitrat, Nitrit Folie Cơ sở trình khử N P Liên kết P nước thải P tồn nước thải chủ yếu dạng vơ hịa tan, chủ yếu OrthoPhosphat (PO43-) phần Phosphate cô đặc (ví dụ P3O105-) từ chất tẩy rửa P hữu cơ: - Este photphoric - Muối phốt hữu P vô cơ: - Ortho-Phosphat (PO43-) - Diphosphate - Polyphosphate Folie Cơ sở trình khử N P Liên kết P nước thải Polyphosphate cô đặc P hữu thủy phân mạng lưới đường ống thông qua Exoenzyme thành Ortho-Phosphat (PO43-) Tại nhà máy, khoảng 60 % … 70 % tải lượng P tồn dạng PO4-P vor Mật độ cao sinh khối bước xử lý sinh học nhà máy dẫn tới thủy phân toàn thành PO43- Nguồn chứa P chính: - Nơng nghiệp :Phân, phân bón - Nước thải sinh hoạt: Phân, Chất giặt, tẩy rửa Chất chống ăn mòn cấp nước - Nước thải công nghiệp: Chất giặt, tẩy rửa, chất bảo quản sản phẩm H3PO4 khác Folie Cơ sở trình khử N P Hiện tường phì dưỡng Sự phát triển mạnh tảo thực vật nước (Phytoplankton) kết cung cấp chất dinh dưỡng vượt nhu cầu Bên cạnh khuếch tán chủ yếu N từ hoạt động nơng nghiệp, nước thải sinh hoạt đóng góp phần đáng kể vào q trình nhiễm dinh dưỡng Chủ yếu vùng nước chảy bị tắc phía vùng nước chảy có phát triển mạnh tảo Do phát triển tăng cường sinh khối, giao động nồng độ ô xy pH diễn suốt ngày suốt năm Sự tăng lên pH tượng phì dưỡng điều kiện có mặt NH4 dẫn tới hình thành chất độc cho cá Ammoniac (NH3) Ngồi chất N khơng bị xy hóa (NH4-N Nhữucơ), tương tự COD BOD5 làm tải lượng ô xy nguồn nước Folie Cơ sở trình khử N P Hiện tường phì dưỡng Chất dinh dưỡng Cacbon (C), Nitơ (N) Phốtpho (P) sinh vật nước Phytoplankton hấp thụ với tỷ lệ sau: C : N : P = 50 : : BSB5 : N : P = 100 : : Về nguyên tắc, Phốt yếu tố hạn chế Nồng độ PO4-P từ 0,1 mg/l xuất phì dưỡng Đáng ý Phốt không xử lý sinh học nước mà đưa vào tế bào nhờ trình trao đổi chất sinh vật nước g P tạo điều kiện cho hình thành 100 g sinh khối, ngược lại để phân hủy chúng cần 150 g O2 Các hậu qua khác tượng phì dưỡng: - Ảnh hưởng xấu tới cấu thể loại động vật thực vật giảm - Đục nước, giảm chức dành cho hoạt động giải trí - Ảnh hưởng xấu tới vị, gây mùi - Ảnh hưởng tới khai thác xử lý nước cấp - Tăng cường trình tạo lắng tụ Folie 10 Khả tự làm Cơthức sở N vàlýP P Kiến cơtrình bảnkhử xử Quy trình xử lý P hóa học Với bể lọc nhúng ngập, tỷ lệ tương tự với quy trình bùn hoạt tính Làm lắng đồng thời thực phần thổi khí khơng thổi khí Với phần khơng thổi khí, vơi đề xuất sử dụng, để tranh hình thành FeS Với bể lọc nhỏ giọt, cấp chất làm lắng đầu vào bể lắng thứ cấp có ý nghĩa Ưu điểm làm lắng đồng thời: - Việc lắp đặt thêm cho nhà máy cũ thực dễ dàng - Thơng qua hồn lưu muối kim loại với bùn tuần hoàn, tận dụng tốt chất làm lắng - Muối kim loại làm nặng bùn hoạt tính, giảm hình thành bùn trưởng nở ( cải thiện số bùn) Nhược điểm làm lắng đồng thời: - Xuất bùn dư nhiều hơn, tuổi bùn giảm - bùn PO4 bùn dư tạo thành hỗn hợp bùn - Thành phần vô bùn hoạt tính tăng - Khi lưu trữ lâu bùn hoạt tính điều kiện kỵ khí bể lắng thứ cấp dẫn tới hòa tan trở lại PO43- Folie 36 Cơthức sở N vàlýP P Kiến cơtrình bảnkhử xử Quy trình xử lý P hóa học Làm lắng thứ cấp: Làm lắng, kết tách bỏ diễn bước riêng sau bước lắng thứ cấp Chất làm lắng cấp vào bể trộn sau bể lắng thứ cấp, bể (M) nối tiếp bể kết (F) thiết bị để tách bỏ bùn lắng (A) (Máy tách lắng, tách hay Lamellen) Tách cho hiệu suất cao chi phí cao Folie 37 Cơthức sở N vàlýP P Kiến cơtrình bảnkhử xử Quy trình xử lý P hóa học Ưu điểm làm lắng thứ cấp: Các điều kiện xác định cấp chất làm lắng, trình tiến hành phụ thuộc trực tiếp vào tải lượng Photphat Bùn PO4 lắng riêng (Tái sử dụng?) Quá trình làm lắng P diễn độc lập với trình bình thường khơng ảnh hưởng tới chúng Nhược điểm làm lắng thứ cấp: Cần bước bổ sung Nó làm cho chi phí đầu tư tăng lên Lưu ý: Làm lắng thứ cấp thường kết hợp với bước lọc sau (lọc bơng) Về ngun tắc được, giá trị giám sát Ptổng nhỏ mg/l cho trước Folie 38 Cơthức sở N vàlýP P Kiến cơtrình bảnkhử xử Quy trình xử lý P hóa học Làm lắng thời điểm: Với làm lắng thời điểm, hai quy trình kể tới kết hợp với lý sau: Giảm tải cho bước quy trình tiếp sau Sử dụng cách kinh tế hóa chất, hiệu suất làm lắng thời điểm nguyên tắc cao cung cấp tổng khối lượng chất làm lắng điểm Làm lắng hai điểm sử dụng để bảo vệ thiết bị lọc bước lọc Nhiều làm lắng đồng thời, chất làm lắng cung cấp hai điểm, ví dụ đầu vào bể sinh học (nếu cần bể xử lý P sinh học) đầu vào bể lắng thứ cấp Lưu ý chung làm lắng P: Cần ý rằng, không phép thực tăng cường bước xử lý P trước bước xử lý sinh học nhà máy, để phân hủy 100 mg/l BOD5 cần khoảng mg/l P để tạo nên sinh khối Folie 39 Cơthức sở N vàlýP P Kiến cơtrình bảnkhử xử Kiến thức xử lý P sinh học P tất sinh vật cần đến Các cấu trúc tế bào, liên kết trao đổi chất lượng trao đổi chất tổng hợp chứa Photphor Hàm lượng P nói chung chiếm khoảng % khối lượng khô tế bào Polyphosphat liên kết P thủy phân khác vi sinh vật (Exoenzyme) phân nhỏ thành Ortho-Phosphat (PO43-) Dưới dạng này, Photphor tế bào tiêu thụ Ngay nhà máy xử lý sinh học, phần PO4 hòa tan vi sinh vật tiêu thụ để phục vụ trình trao đổi chất Ở nhà máy sinh học thông thường, lượng tiêu thu chiếm khoảng % lượng BOD5 bị phân hủy BSB5 : N : P = 100 : : hay C : N : P = 50 : : Bùn hoạt tính nhà máy có hàm lượng P khoảng - % Folie 40 Cơthức sở N vàlýP P Kiến cơtrình bảnkhử xử Kiến thức xử lý P sinh học Bên cạnh đồng hóa P thơng thường, cịn có chế tiêu thụ P bổ sung Sự lưu trữ P diễn dạng Polyphosphat Hàm lượng P khối lượng khơ tế bào vượt q 10% bùn hoạt tính vào khoảng % Người ta phân biệt hai cách lưu trữ P: - Polyphosphat-đền bù vượt mức (overplus accumulation) - Hấp thụ Photphat tăng cường (luxury uptake) Polyphosphat-đền bù vượt mức xảy ra, vi khuẩn sau thiếu P tạm thời lại có đủ P để sử dụng (nguồn nước) Với hấp thụ Photphat tăng cường, tế bào, khơng bị thiếu P trước đó, hấp thụ lượng PO4 nhiều lượng cần thiết để tăng trưởng nhân lên - Lượng PO4 thừa lưu trữ dạng Polyphosphat Nó có vai trị trước hết nguồn lưu trữ lượng không bị phân hủy trở lại trình tăng trưởng tế bào - Hiện tượng xảy tăng trưởng bị giới hạn thiếu hụt Nitơ, ô xy lưu huỳnh Folie 41 Cơthức sở N vàlýP P Kiến cơtrình bảnkhử xử Kiến thức xử lý P sinh học Trong nhà máy, kiểu tiếp nhận P đạt bùn hoạt tính thơng qua chuyển đổi điều kiện hiếu khí kỵ khí PO4 tế bào tiếp nhận mạnh mẽ điều kiện hiếu khí lưu trữ dạng Polyphosphat Polyphosphate phục vụ tế bào điều kiện thiếu ô xy, nghĩa điều kiện kỵ khí, với vai trị nguồn lượng Trong nhà máy thông thường, vi khuẩn lưu trữ P tồn nồng độ thấp Tuy nhiên, chúng tăng lên bùn hoạt tính đưa vào điều kiện chuyển đổi hiếu khí kỵ khí Kết tình stress tạo nên khử P tăng cường Folie 42 Cơthức sở N vàlýP P Kiến cơtrình bảnkhử xử Kiến thức xử lý P sinh học Trao đổi chất hiếu khí: Trao đổi chất kỵ khí: Việc rút bùn dư diễn sau gia đoạn hiếu khí khử P Folie 43 Cơthức sở N vàlýP P Kiến cơtrình bảnkhử xử Kiến thức xử lý P sinh học Trong khu vực kỵ khí, vi khuẩn tự kỵ khí tạo nên axit hữu ngắn hạn Vi khuẩn lưu trữ P lưu trữ sản phẩm cuối trình lên men làm chất hữu lưu trữ (ví dụ PHB) Tại đây, lượng từ Polyphosphat lưu trữ sử dụng PO4 giải phóng từ tế bào (hịa tan trở lại) Từ rút ưu điểm so với sinh vật kỵ khí cưỡng bức, chúng khơng thể hấp thụ xử lý chất điều kiện khơng có ô xy Trong điều kiện hiếu khí, vi khuẩn với nguồn trữ Lipid sử dụng lượng từ phản ứng xy hóa chất nguồn lượng hay nguồn C để nhân lên Thơng qua đó, sinh vật lại thích nghi nhanh trở lại với mơi trường hiếu khí bắt đầu q trình hơ hấp trao đổi chất tăng trưởng Năng lượng thu sử dụng phần để hấp thụ Phosphat để lưu trữ Polyphosphat Folie 44 Cơthức sở N vàlýP P Kiến cơtrình bảnkhử xử Kiến thức xử lý P sinh học Lượng chất phân hủy giai đoạn kỵ khí quan trọng Sự lưu trữ chất trữ hữu theo lượng PO4 hịa tan trở lại cao, hấp thụ PO4 điều kiện hiếu khí sau nhiều Việc cung cấp thêm chất dễ phân hủy (BOD5) cải thiện rõ khả hấp thụ PO4 (so sáng với Khử N) Chất trữ tế bào (ví dụ PHB) tổng hợp giai đoạn kỵ khí Vì chế hô hấp trao đổi chất không hoạt động điều kiện kỵ khí, Polyphosphat lưu trữ phục vụ cho vi khuẩn lưu trữ P với vai trò nguồn lượng để tổng hợp chất lưu trữ tế bào Khi đó, PO4 hịa tan trở lại Giai đoạn kỵ khí diễn nhiều Do thời gian thực giai đoạn kỵ khí ngắn, khơng xảy gia tăng vi khuẩn kỵ khí cưỡng khơng sản sinh mêtan Thời gian khởi động cho nhà máy để xử lý sinh học P tăng cường kéo dài khoảng đến tuần Folie 45 Cơthức sở N vàlýP P Kiến cơtrình bảnkhử xử Kiến thức xử lý P sinh học Nồng độ NO3 vùng kỵ khí yếu tố quan trọng Với nồng độ NO3 cao, q trình hịa tan trở lại PO4 điều kiện kỵ khí bị kìm hãm Bể xử lý P sinh học trở thành khu vực khử Nitơ ! Trong nhà máy có bước Nitorat hóa, bước khử Nitơ tăng cường bắt buộc cần thiết Vì tỷ lệ BOD5 : N đầu vào bước xử lý sinh học có tính chất định tới hiệu suất khử Nitơ, quan trọng cho xử lý P sinh học Với BOD5 : N < khoảng đầu vào bể sinh học, Nitrat đưa vào khu vực kỵ khí thơng qua bùn tuần hoàn xử lý P sinh học bị ảnh hưởng Quan trọng bùn hoạt tính khơng nằm lâu bể lắng thứ cấp, khơng diễn q trình hịa tan trở lại PO4, nồng độ P đầu nhà máy tăng lên Trong nhà máy hoạt động tốt bước xử lý P sinh học, 70 90% tổng P xử lý riêng phương pháp sinh học (không làm lắng) Nồng độ đầu vào khoảng đến mg/l P tổng Hàm lượng P bùn vào khoảng 2,5 đến % Folie 46 Cơthức sở N vàlýP P Kiến cơtrình bảnkhử xử Quy trình xử lý P sinh học Quy trình dịng chảy chính: Bùn hoạt tính tiếp xúc với tổng dòng nước thải bể kỵ khí phía trước Bể kỵ khí nằm dịng chảy Sự tách P diễn thơng qua việc rút bùn dư, bùn tiếp nhận PO43- bước hiếu khí Folie 47 Cơthức sở N vàlýP P Kiến cơtrình bảnkhử xử Quy trình xử lý P sinh học Quy trình dịng chảy – ví dụ: Folie 48 Cơthức sở N vàlýP P Kiến cơtrình bảnkhử xử Quy trình xử lý P sinh học Quy trình dịng chảy phụ: Bể kỵ khí tích hợp vào dịng chảy bùn tuần hồn Bùn hoạt tính điều kiện kỵ khí khơng tiếp xúc với nước đầu vào tổng mà với dòng chảy nhánh Mục địch lượng lớn PO4 vi sinh vật hấp thụ lưu trữ dạng Polyphosphat hòa tan trở lại điều kiện kỵ khí làm lắng hóa học Folie 49 Cơthức sở N vàlýP P Kiến cơtrình bảnkhử xử Quy trình xử lý P sinh học Quy trình dịng chảy phụ - ví dụ: Folie 50