các thiết bị khử nittơ trong nước rỉ rác (nitrification và denitrification, anammox, chế phẩm vi sinh)

Thiếu khí Hiếu khí Bùn thải Bùn tuần hoàn Tuần hoàn nội bộ Bể lắng 2 Hình 2 - Cơng nghệ LUDZACK – ETTINGER cải tiến Barnard 1973 đã cải tiến quá trình của Ludzack-Ettinger bằng cách cun

SỞ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ VIỆN KTNĐ&BVMT

BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ

Chuyên đề:

THỰC HIỆN: TS NGUYỄN PHƯỚC DÂN

TP HỒ CHÍ MINH THÁNG 11/2007

Chương 1 MỞ ĐẦU 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Mục tiêu của chuyên đề 1

1.3 Phạm vi chuyên đề 1

Chương 2 CÔNG NGHỆ/THIẾT BỊ KHỬ NITƠ VÀ N-NH4 TRONG NƯỚC THẢI 2

2.1 Công nghệ/thiết bị ứng dụng quá trình nitrate hóa (Nitrification) và khử nitrate (Denitrification) 2

2.1.1 Công trình tiền khử nitơ (Pre-Anoxic) 2

2.1.2 Công trình hậu khử nitơ (Post-Anoxic) 5

2.1.3 Công nghệ nitrate hóa / khử nitrate xảy ra đồng thời 7

2.1.4 Công nghệ MBR (Membrance BioReactor) 9

2.1.5 Công nghệ kết hợp bùn hoạt tính và RBC 11

2.1.6 Công nghệ lọc sinh học kỵ khí dòng chảy ngược 12

2.1.7 Công nghệ Biostyr 13

2.1.8 Một số công nghệ khử nitơ khác ứng dụng mương oxy hóa 15

2.2 Công nghệ/thiết bị ứng dụng quá trình Anommox 17

2.2.1 Công nghệ sử dụng bể nitrate hóa bán phần và anammox 17

2.2.2 Công nghệ SHARON (Single Reactor High Activity Ammonia Removal Over Nitrite) 18

2.2.3 Công nghệ CANON (Completely Autotrophic N-removal Over Nitrite) 19 2.3 Khả năng ứng dụng, hiệu quả xử lý và các thông số thiết kế công nghệ khử nitơ 20

Chương 3 CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC RỈ RÁC TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC 29 3.1 Một số công nghệ xử lý nước rỉ rác trong nước 29

3.1.1 Bãi chôn lấp Gò Cát – Tp.HCM 29

3.1.2 Bãi chôn lấp Đông Thạnh – Tp.HCM 30

3.1.3 Bãi chôn lấp Nam Sơn – Nam Sơn 31

3.2 Một số công nghệ xử lý nước rỉ rác trên thế giới 33

3.2.1 Bãi chôn lấp Buckden South ở Anh 33

3.2.2 Hệ thống xử lý nước rỉ rác của hai BCL rác sinh hoạt ở Mỹ 34

3.2.3 Công nghệ xử lý nước rác ở Đức 35

3.2.4 Công nghệ xử lý nước rác ở Hàn Quốc 36

3.2.5 Công nghệ xử lý nước rác ở Nhật 37

Chương 4 KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ 39

4.1 KẾT LUẬN 39

4.2 KIẾN NGHỊ 40

Như vậy việc tìm kiếm giải pháp cho việc xử lý nồng độ ô nhiễm hữu cơ cao cũng như xử lý nitơ trong nước rỉ rác và nước thải thủy sản ở điều kiện cụ thể của Việt Nam là một đòi hỏi cấp bách nhằm ứng dụng trong công nghệ xử lý nước thải hiện nay sao cho thỏa mãn các điều kiện kinh tế, kỹ thuật và bảo vệ môi trường

Thông thường để xử lý nitơ bằng phương pháp sinh học thường trải qua các giai đoạn nitrate hóa và khử nitrate Tuy nhiên đối với nước rỉ rác, để nitrate hóa hoàn toàn và khử nitrate với nồng độ nitơ cao đòi hỏi thời gian lưu nước trong hệ thống rất dài và chi phí bổ sung hóa chất, dinh dưỡng cho quá trình là rất lớn Đây là hạn chế của phương pháp xử lý nitơ truyền thống này

1.2 Mục tiêu của chuyên đề

Chuyên đề hướng đến mục tiêu sau:

- Tìm hiểu công nghệ/thiết bị khử nitơ và N-NH4 trong nước thải

- Đề xuất, lựa chọn công nghệ và thiết bị khử nitơ và N-NH4 trong nước rỉ rác

1.3 Phạm vi chuyên đề

Các thiết bị khử khử nitơ và N-NH4 trong nước rỉ rác (quá trình nitrate hóa, khử nitrate, anamox, chế phẩm vi sinh)

Chương 2

Chương 2 CƠNG NGHỆ/THIẾT BỊ KHỬ NITƠ

2.1 Cơng nghệ/thiết bị ứng dụng quá trình nitrate hĩa (Nitrification) và khử nitrate (Denitrification)

Hai dạng cơng trình sinh học đã được ứng dụng để khử nitơ trong nước thải đĩ là cơng trình sinh học kiểu sinh trưởng lơ lững và bám dính

2.1.1 Cơng trình tiền khử nitơ (Pre-Anoxic)

a Cơng nghệ LUDZACK – ETTINGER (1962)

Nitrate hĩa và khử nitrate hĩa xảy ra trong cùng một bể Nitrate hố xảy ra trong vùng hiếu khí phía sau, khử nitrate hố xảy ra trong vùng thiếu khí phía trước Nguồn carbon hữu cơ cần thiết cho quá trình khử nitrate hố được lấy từ dịng nước thải đầu vào Tổng hiệu suất khử nitơ của quá trình là hàm số của lưu lượng bùn tuần hồn

Thiếu khí Hiếu khí

Bùn thải Bùn tuần hoàn

Bể lắng 2

Hình 1 - Cơng nghệ LUDZACK – ETTINGER

Khái niệm đầu tiên của quá trình tiền anoxic BNR là sự hoạt động liên tục thiếu khí – hiếu khí (Ludzack và Ettinger, 1962) Nước thải đầu vào được dẫn đến vùng thiếu khí (anoxic) phía sau là vùng hiếu khí (aerobic) Quá trình dựa vào nitrat hố hình thành trong vùng hiếu khí được tuần hồn qua đường tuần hồn bùn hoạt tính (RAS) đến vùng thiếu khí Chỉ cĩ nitrat hố được dẫn tới vùng thiếu khí vì quá trình khử nitơ bị giới hạn bởi tì số tuần hồn RAS trên đường tuần hồn bùn Tuy nhiên, gần đây quá trình này được ứng dụng với việc tăng tốc độ tuần hồn bùn hoạt tính để ngăn cản sự nổi bùn trong bể lắng đợt 2 gây ra bởi quá trình khử nitơ

b Cơng nghệ LUDZACK – ETTINGER cải tiến (1973)

Quá trình này được đề nghị bởi Barnad (1973) Nitrate hĩa và khử nitrate hĩa xảy ra trong cùng một bể Nitrate hố xảy ra trong vùng hiếu khí phía sau, khử nitrate hố xảy ra trong vùng thiếu khí phía trước Nguồn carbon hữu cơ cần thiết cho quá trình khử nitrate hoa được lấy từ dịng nước thải đầu vào Quá trình này cĩ thể kiểm sốt

tồn bộ phần khử nitrate bằng cách thay đổi tỉ số dịng tuần hồn nội Tổng hiệu suất khử nitơ và tốc độ nitrate hĩa của quá trình được gia tăng Thể tích vùng khử nitrate hĩa nhỏ hơn khi so với quá trình Wuhrmann và Ludzack-Ettinger

Thiếu khí Hiếu khí

Bùn thải Bùn tuần hoàn

Tuần hoàn nội bộ

Bể lắng 2

Hình 2 - Cơng nghệ LUDZACK – ETTINGER cải tiến

Barnard (1973) đã cải tiến quá trình của Ludzack-Ettinger bằng cách cung cấp đường tuần hồn nội bộ, để nitrat hố được dẫn trực tiếp đến vùng thiếu khí từ vùng hiếu khí Tốc độ khử nitrat và hiệu quả khử nitơ đều tăng Tỉ số lưu lượng tuần hồn nội bộ (lưu lượng tuần hồn chia cho lưu lượng đầu vào) đặc trưng khoảng 2 đến 4 Với BOD vào và thời gian tiếp xúc đủ, với những tỉ số tuần hồn này kết quả nồng

độ NO3-N đầu ra trung bình khoảng từ 4 đến 7 mg/L khi xừ lí nước thải sinh hoạt

Tỉ số BOD/TKN 4:1 trong nước thải đầu vào thường đủ để làm giảm nitrat bởi quá trình tiền anoxic Thời gian lưu bể thiếu khí đặc trưng cho quá trình MLE khoảng 2 đến 4 giờ, nhưng khi vùng thiếu khí được chia thành 3 đến 4 bậc trong dãy, tốc độ động học khử nitrat tăng và tổng thời gian lưu cần cĩ thể hơn 50 đến 70% đối với quá trình một bậc Sự hiệu chỉnh khác của quá trình MLE, thuật ngữ “eMLE” ứng dụng tăng thêm bể thiếu khí/làm thống để khử chất dinh dưỡng

c Cơng nghệ cấp theo bậc

Thiếu khí Hiếu khí

Bùn thải Bùn tuần hoàn

Đầu vào

Đầu vào Bể lắng 2

Thiếu khí Hiếu khí Thiếu khí Hiếu khí Thiếu khí Hiếu khí

Hình 3 - Cơng nghệ cấp theo bậc

Những vùng tiền thiếu khí cũng cĩ thể được ứng dụng trong quá trình BNR cung cấp theo bậc Quá trình BNR cung cấp theo bậc đối xứng thiếu khí/hiếu khí thơng thường được ứng dụng Tuy nhiên, những thiết kế khơng đối xứng với bậc thiếu khí/hiếu khí lúc đầu nhỏ cĩ thể thuận lợi hơn với nồng độ MLSS cao hơn Do RAS pha lỗng thấp xuống, kết quả hiệu quả xử lí cao hơn Lưu lượng đầu vào cĩ thể phân phối cho 4 hệ thống như sau: 15 : 35 : 30 : 20 Phần lưu lượng đến vùng thiếu khí/hiếu khí cuối cùng là tới hạn vì nitrat sinh ra trong vùng hiếu khí từ lưu lượng đĩ

sẽ khơng bị khử, và do đĩ sẽ xác định nồng độ NO3-N đầu ra sau cùng

d Cơng nghệ SBR (Sequence BioReactor)

Đầu vào

Làm đầy khuấy trộn thiếu khí/kị khí

Hình 4 - Cơng nghệ SBR (Sequence BioReactor)

Hệ thống SBR cũng dùng tiền thiếu khí khử nitrat sử dụng BOD trong nước thải đầu vào Khuấy trộn được sử dụng trong giai đoạn làm đầy để tiếp xúc hỗn dịch với nước thải đầu vào Đối với nhiều ứng dụng cho nước thải sinh hoạt, dựa trên cường

độ nước thải, BOD đủ và thời gian làm đầy đã cĩ sẵn để khử hầu như tất cả nitrat cịn lại trong hỗn dịch sau lắng và bước gạn chất lỏng Việc khử nitrat cũng xảy ra trong giai đoạn lắng và giai đoạn gạn chất lỏng Khuấy trộn khơng cĩ làm thống trong giai đoạn làm đầy cĩ tác dụng làm cho bùn lắng tốt hơn, ngồi ra cịn để khử nitơ

Bể lắng 2

Đầu ra

Tuần hoàn bùn

Hiếu khí Thiếu khí

Bùn thải Đầu vào

Hình 5 - Cơng nghệ Bio-DenitroTM

Quá trình Bio-denitro cũng được xem xét như là giai đoạn tách riêng kỹ thuật mương oxi hố Quá trình được phát triển bởi Denmark để khử nitơ và đã lắp đặt trên 75 mơ hình lớn, nồng độ nitơ tổng đầu ra dễ dàng đạt được nhỏ hơn 8 mg/L (Stensel và Coleman, 2000) Cơng nghệ ứng dụng tối thiểu 2 mương oxi hố trong một dãy bể mà hoạt động liên tục của mương, làm thống và vùng thiếu khí là khác nhau Máy khuấy trộn nhúng chìm được đặt trong mương để cho sự hoạt động của một số pha, bể chỉ khuấy trộn và khơng làm thống Bể kế tiếp thu nước thải đầu vào

và hoạt động như là vùng thiếu khí Giống như sự hoạt động của SBR, nitrat thay đổi từ hoạt động nitrat hố hiếu khí trước tiên Ngồi việc khử nitrat trong vùnh thiếu khí, việc giảm nitrat cũng cĩ thể thực hiện được trong suốt giai đoạn hoạt động

hiếu khí dựa trên nồng độ DO Khoảng thời gian đặt trưng cho các pha A, B, C và D tương ứng là 1.5, 0.5, 1.5 và 0.5 giờ

f Cơng nghệ Nitrox TM

Bể lắng 2

Bùn thải Đầu vào

Tuần hoàn bùn

Máy làm thoáng

Hình 6 - Cơng nghệ NitroxTM

Trong quá trình NitroxTM, sự hoạt động của mương oxi hố được chuyển từ hiếu khí sang điều kiện hoạt động kị khí bằng cách tắt làm thống, và hoạt động máy khuấy trộn nhúng chìm để duy trì vận tốc mương Quá trình dựa trên sự điều khiển điện cực oxi hố khử (ORP) để: (1) xác định khi nitrat hết trong thời gian hoạt động thiếu khí và (2) bắt đầu làm thống Ở những thời gian lựa chọn, máy làm thống được tắt

và máy khuấy trộn mở Điều kiện hoạt động đặc trưng cho quá trình NitroxTM là máy làm thống tắt ít nhất 2 lần trên ngày Thường trong buổi sáng khi tải lượng tăng và trong đầu buổi chiều (Stensel và Coleman, 2000) Thời tắt cho khử nitrat thường sau

3 đến 5 giờ dựa trên tải lượng thiết bị và lượng nitrat trong mương oxi hố Nồng độ

NO3-N đầu ra thấp hơn 8 mg/L và nồng độ NH4-N khoảng từ 1.0 đến 1.5 đã được báo cáo

2.1.2 Cơng trình hậu khử nitơ (Post-Anoxic)

Bể lắng nitrat hoá

Bùn thải Tuần hoàn bùn

Bùn thải

B ể nitrat hoá

Tuần hoàn bùn

Đầu vào

bể khử nitrat Methanol

Hình 8 - Cơng nghệ bùn hai bậc

Phương pháp được ứng dụng dụng phổ biến năm 1970, ngày nay thỉnh thoảng được ứng dụng cho thiết kế hậu thiếu khí với nguồn cacbon được bổ sung từ bên ngồi (thường là methanol) Khuấy trơn vùng bùn hoạt tính thiếu khí (1 đến 3 giờ) và thời gian lưu ngắn (< 30 phút), tiếp theo tách khí nitơ từ những bơng cặn và cung cấp điều kiện hiếu khí để cải thiện việc phân tách cặn và chất lỏng trong bể lắng Methanol thường được sử dụng làm chất nền vì nĩ hiệu quả hơn những cơ chất khác cho vịêc khử nitrat về mặt chi phí/đơn vị nitrat được khử Tỉ số đặc trưng của nethanol trên nitrat khử là 3.0 – 4.0 g/g dựa trên lượng DO trong nước thải đầu vào

và SRT của hệ thống thíêu khí SRT lâu cĩ một lượng lớn sinh khối được oxi hố bởi hơ hấp nội bào (tiêu thụ nitrat), và do đĩ tỉ số methanol đầu vào/nitrat cĩ thể thấp hơn

c Cơng nghệ BARDENPHO TM

Quá trình gồm 4 vùng hiếu khí và thiếu khí xen kẽ, dịng tuần hồn từ vùng hiếu khí đầu tiên dến vùng thiếu khí đầu chuỗi với lưu lượng 4 – 6 lần lưu lượng vào Quá trình khử nitơ hồn thiện hơn so với quá trình một, hai, ba bậc Vùng thiếu khí thứ nhất khơng đạt được khử nitrate hĩa hồn tồn, vùng thiếu khí thứ hai khử bổ sung thêm và hầu như khử lượng nitrate từ vùng hiếu khí thứ hai sang một cách hồn tồn

và sử dụng carbon hữu cơ từ quá trình hơ hấp nội sinh Vùng hiếu khí sau cùng đuổi khí nitơ ra khỏi hỗn hợp bùn lỏng để ngăn ngừa bùn nổi, phospho thốt ra trong bể lắng sau cùng bởi gia tăng nồng độ DO

Tuần hoàn hỗn dịch

Bể lắng 2

Đầu ra

Thiếu khí Hiếu khí

Thiếu khí Đầu vào

Tuần hoàn bùn

Hình 9 - Cơng nghệ BARDENPHOTM

Cả tiền thiếu khí và hậu thiếu khí khử nitrat được nhập chung trong quá trình Bardenpho, được phát triển và ứng dụng trên mơ hình lớn ở South Africa trong

những năm giữa 1970, trước khi được thực hiện ở Mỹ năm 1978 Thời gian lưu của bậc hậu thiếu khí bằng hoặc lớn hơn vùng tiền thiếu khí Trong vùng hậu thiếu khí, nồng độ NO3-N cịn lại bể làm thống đặc trưng khoảng từ 5 đến 7 mg/L cho đến thấp hơn 3 mg/L Trong thời gian thí nghiệm mơ hình pilot với nước thải cường độ cao, Barnard (1974) tìm thấy rằng khử photpho cũng xảy ra như khử nitơ Do đĩ tên của quá trình được ghép từ 3 chữ đầu tiên tên của người phát minh (Barnard), khử nitrat (denification), và photpho (phosphorus)

d Cơng nghệ mương oxy hĩa

Bể lắng 2

Bùn thải Đầu vào

Tuần hoàn bùn

Đầu ra

Thiếu khí

Hiếu khí

Máy làm thoáng

Hình 10 - Cơng nghệ mương oxy hĩa

Dựa trên sự sắp xếp hệ thống làm thống và chiều dài mương oxi hố, vùng khử nitrat cĩ thể được đặt trong mương oxi hố để khử nitơ hồn tồn trong 1 bể Vùng hiếu khí tồn tại sau làm thống, và như vậy lưu lượng hỗn dịch xuơi theo kênh theo hướng từ máy làm thống, nồng độ DO giảm do sự hấp thu oxi bởi sinh khối Ở điểm mà DO khơng cịn, một vùng thiếu khí được tạo thành trong mương và nitrat sẽ được sử dụng cho hơ hấp nội bào bởi hỗn dịch Phần lớn BOD phân hủy dễ dàng được tiêu thụ trước trong vùng hiếu khí Bởi vì thể tích bể lớn và SRT lâu được sử dụng trong quá trình mương oxi hố Tuy nhiên, cần thiết điều khiển DO để duy trì thể tích vùng thiếu khí đủ cho phép khử nitơ

2.1.3 Cơng nghệ nitrate hĩa / khử nitrate xảy ra đồng thời

a Cơng nghệ mương oxy hĩa với hàm lượng oxy thấp

Tuần hoàn bùn

Hình 11 - Cơng nghệ mương oxy hĩa với hàm lượng oxy thấp

Mương oxi hố thể tích đủ cĩ thể phù hợp cả nitrat hố và khử nitrat ở tốc độ thấp dưới điều kiện DO thấp Mương oxi hố cĩ thể được dung để duy trì nồng độ DO dưới 0.5 mg/L với DO điều khiển bằng thủ cơng hay tự động Ngồi điều khiển DO, những phương pháp cĩ thể được ứng dụng, và một trong những phương pháp sử dụng phép đo NADH lá quá trình Sym-Bio

Quá trình Sym-BioTM sử dụng cả điện cực DO và điện cực NADH để điều khiển cùng lúc nitrat hố/khử nitrat (Trivedi và Heinen, 2000) Máy dị NADH cĩ thể được ứng dụng để thực hiện SNdN bằng cách (1) để kiểm tra sự thay đổi NADH trong bùn hoạt tính và (2) điều khiển hoạt động của bùn hoạt tính hoạt động ở nồng độ DO thấp đến 0 Nồng độ NO3-N và NH4-N đầu ra thấp hơn 3.0 và 1.0 tương ứng được thực hiện

Đầu ra Đầu vào

Kênh thứ nhất

Kênh thứ hai Kênh thứ ba

Hình 12 - Cơng nghệ OrbalTM

Những kênh trong quá trình Orbal hoạt động theo một dãy với nồng độ từ 0 đến dưới <03 mg/L trong kênh thứ nhất, nồng độ từ 0.5 đến 1.5 trong kênh thứ hai, và nồng độ DO cao (2 đến 3) trong kênh thứ ba Kênh thứ nhất tiếp nhận nước thải đầu vào và bùn hoạt tính tuần hồn, thơng thường chiếm khoảng phân nữa tổng thể tích

bể Thể tích kênh thứ hai và thứ ba chiếm khoảng 1/3 và 1/6 tương ứng Những sự thay đổi của quá trình bao gồm hoạt động cĩ hoặc khơng cĩ lưu lượng tuần hồn nội

bộ (quá trình BionutreTM) từ kênh thứ ba đen kênh thứ nhất

2.1.4 Cơng nghệ MBR (Membrance BioReactor)

Ứng dụng cơng nghệ MBR để xử lý nitơ trong nước thải, Ying Wang, Xia Huang và Qipeng Yuan ở Department of Environmental Science and Engineering, Đại học Tsinghua, Beijing Trung Quốc nghiên cứu ứng dụng cơng nghệ xử lý nitơ và COD trong nước thải chế biến thực phẩm trong phịng thí nghiệm bằng cách cho nước thải qua một bể thiếu khí anoxic sau đĩ cho nước thải đi qua bể sinh học hiếu khí ứng dụng màng MBR Bể MBR sử dụng màng nhúng chìm (pore size: 0,22µm; vật liệu: PVDF; diện tích bề mặt lọc: 0,2m2), DO trong bể duy trì từ 2-3 mg/L Nồng độ MLSS của hệ duy trì trong khoảng 13.000 - 17.000 mg/L

Hình 13 - Mơ hình nghiên cứu ứng dụng MBR để khử nitơ

Với nước thải cĩ COD là 1.500 – 2.000mg/l, TN là 350 - 500mg/l, N-NH4+ là 300 - 450mg/l, kết quả cho thấy COD, NH4+–N và tổng nitơ TN bị khử lần lượt là trên

94,91 và 74% Tải lượng tối đa COD và TN của mô hình này có thể đạt đến 3,4 kgCOD/m3.ngày và 1,26 kgN/m3.ngày

Hình 14 - Kết quả nghiên cứu mô hình MBR

T K Chen và cộng sự ở Đại học Chiao Tung Trung Quốc Nghiên cứu ứng dụng MBR với mô hình pilot để khử nitơ trong nước thải Hệ thống gồm 2 bậc anoxic/aerobic,với thể tích bể anoxic là 3 m3 và thể tích bể hiếu khí là 10 m3 dùng để khử carbon và nitơ trong nứơc thải của quá trình sản xuất màn hình LCD với COD

là 500 – 2.000mg/l, TKN là 100 - 200mg/l, NH3-N 2 mg/l, NOx-N 0,2 mg/l Màng

sử dụn trong bể MBR được sản xuất bởi hãng Zenon (Model ZW-500, diện tích bề mặt 46 m2, pore size 0,4 µm)

Hình 15 - Mô hình nghiên cứu MBR khử nitơ

Sau xử lý COD của nước thải giảm 94%, còn 10 - 50 mg/l tổng nitơ T-N và TKN giảm 75% và 90% còn 30 - 40 mg/l

Hình 16 - Kết quả nghiên cứu MBR khử nitơ [11]

2.1.5 Công nghệ hybrid kết hợp bùn hoạt tính và RBC

Các tác giả Chaio-Fuei Ouyang, Shun-Hsing Chuang và Jau-Lang Su ở Đại học Đài Loan đã nghiên cứu ứng dụng kết hợp công nghệ bùn hoạt tính và RBC trong xử lý dinh dưỡng trong nước thải sinh hoạt(1998) Với nước thải có nồng độ nitơ hữu cơ đầu vào là 40mg/L, qua hệ thống xử lý kết hợp bùn hoạt tính và đĩa quay sinh học tiếp xúc, thời gian lưu nước HRT=10h, thời gian lưu bùn SRT=10-15 ngày, hiệu suất khử nitơ tổng của hệ thống là 70% và 96,7% đối với nitơ hữu cơ

Hình 18 - Mô hình và kết quả nghiên cứu của mô hình bùn hoạt tính và RBC

2.1.6 Công nghệ lọc sinh học kỵ khí dòng chảy ngược

Tác giả Zhang Shao-Hui và cộng sự ở Đại học Zhejiang, Trung quốc đã nghiên cứu ứng dụng nuôi cấy, chuyển hóa Anammox từ hệ vi sinh khử nitrate với công nghệ lọc sinh học kị khí dòng chảy ngược Kết quả cho thấy khi thời gian lưu nước HRT

≥ 12h, tải lượng theo thể tích 0,609 kgN/m3.ngày, nồng độ nitơ tổng cộng là 70mg/L thì hiệu quả xử lý của hệ thống có thể đạt nồng độ ammonium và nitrite là 8,5 mg/L

và 2,5mg/L sau 80 ngày thích nghi đến pha ổn định:

Hình 19 - Mô hình công nghệ sinh học kỵ khí dòng chảy ngược

2.1.7 Công nghệ Hybrid kềt hợp bùn hoạt tính + lọc sinh học

N Muller – 1998 – Đức đã ứng dụng 7 mô hình hybrid hiếu khí cho xử lý nước thải

ở miền nam nước Đức Hệ hybrid trên được nghiên cứu từ năm 1982 – 1988 bởi weber Ingenieur với tên gọi là quá trình bio 2 sludge, kết hợp lọc sinh học và bùn hoạt tính Mục đích chính của hệ hybrid là khử C và N

Hình 20 - Mô hình kết hợp bùn hoạt tính và lọc sinh học

Ưu điểm của hệ thống

- Giảm khối tích công trình

- Dễ vận hành

- Vi sinh cố định trên lớp vật liệu lọc có tuổi bùn cao hơn nên cho phép gia tăng

quá trình nitrat hoá đồng thời hệ vi sinh vật đa dạng trong phát triển theo chiều dày lớp màng sinh học cũng góp phẩn đẩy nhanh quá trình khử nitrat

- Bùn hoạt tính trong hệ thống khác bùn hoạt tính thông thường với hàm lượng

hữu cơ thấp hơn do một phần cơ chất đã được sử dụng trong hệ thống lọc sinh học Kết quả là chỉ số bùn thấp, khả năng lắng tốt hơn

- Khả năng chịu sốc tải do biến động và tải lượng ô nhiễm và nhiệt độ sẽ tốt hơn

Quá trình nitrat hoá ở tải 0,2 – 0,25 kg COD/kg bùn.ngđ

- Hạn chế lượng bùn sinh ra, giảm chi phí xử lý bùn, giảm 50% so với hệ thống

bùn hoạt tính

2.1.8 Công nghệ Biostyr

Là công nghệ ứng dụng quá trình lọc sinh học với giá thể là Styren

a Công nghệ khử nitơ cổ điển

Hình 21 - Thiết bị ứng dụng quá trình nitrate hóa

Hình 22 - Thiết bị ứng dụng quá trình khử nitrate

Hình 23 - Thiết bị kết hợp quá trình nitrat hóa và khử nitrate

b Công nghệ khử nitơ cải tiến

Hình 24 - Thiết bị kết hợp quá trình nitrat hóa và khử nitrate (cải tiến)

2.1.9 Một số công nghệ khử nitơ khác ứng dụng mương oxy hóa

Hình 25 – Một số công nghệ khử nitơ khác ứng dụng mương oxy hóa

2.2 Công nghệ/thiết bị ứng dụng quá trình Anommox

2.2.1 Công nghệ sử dụng bể nitrate hóa bán phần và anammox

Hình 26 – Sơ đồ công nghệ sử dụng bể nitrat bán phần và bể Anammox

Quá trình khử nitơ bằng hệ vi khuẩn Anammox có thể chia làm 2 giai đoạn:

- Giai đoạn 1: Quá trình nitrate hóa bán phần (partial nitrification)

- Giai đoạn 2 : Quá trình Anammox (anaerobic ammonia oxidation)

Quá trình nitrate hóa/nitrification là quá trình oxy hóa hiếu khí N-NH3 thành N-NO3

-dưới tác dụng của hệ bùn hoạt tính hiếu khí Một vài loài vi sinh vật dị dưỡng có thể oxy hóa trực tiếp ammonia thành nitrate nhưng số lượng này rất nhỏ và hiếm gặp (Pynaert, 2003) Quá trình nitrate hóa thường gồm 2 giai đoạn, trước tiên N-NH3 bị oxy hóa thành HNO2 bởi ammonia-oxidizing bacteria, quá trình này còn gọi là nitritation Tiếp theo, H-NO2 bị oxy hóa thành N-NO3 bởi nitrite oxidizing bacteria

và quá trình này gọi là nitritation Chưa có loài vi sinh vật dị dưỡng nào có khả năng oxy hóa N-NH3 trực tiếp thành N-NO3 được ghi nhận (Abeliovich, 1992) Ở đây ta ứng dụng quá trình nitrate hóa bán phần nhờ vi sinh vật tự dưỡng chuyển hóa N-NH3thành N-NO2

2.2.2 Công nghệ SHARON (Single Reactor High Activity Ammonia Removal Over Nitrite)

Tác giả SWH Van Hulle và các công sự ở Đại học Ghent, Bỉ đã nghiên cứu công nghệ xử lý nitơ nồng độ cao trong nước thải với công nghệ là SHARON (Single Reactor High Activity Ammonia Removal Over Nitrite) với nước thải đầu vào có nồng độ tổng nitơ ammonia (TAN) dao động từ 1.000 mg/L đến 3.000 mg/L, kết quả cho thấy khả năng khử nitơ của mô hình là rất cao và phụ thuộc không nhiều vào tỉ

lệ giữa nồng độ nitơ và nồng độ carbon vô cơ (TIC = CO32- + HCO3- + H2CO3)

Hình 27 – Công nghệ SHARON

Hình 28 – Kết quả khử nitơ của quá trình SHARON – Anammox

Bể phản ứng SHARON có thể tiếp nhận dòng vào với nước thải có nồng độ nitơ cao

và dòng ra có tỷ lệ tổng amonium và nitrite là 1:1 (TAN:TNO2), tùy thuộc vào tỷ lệ giữa tổng ammonium và tổng carbon vô cơ (TAN:TIC) trong dòng vào của bể phản

ứng SHARON (Van Hulle et al., 2003b) Dòng ra của bể phản ứng SHARON tiếp

heo được chuyển đến bể phản ứng Anammox Anammox tại đây những thành phần còn lại của TAN trong nước thải sẽ bị oxy hóa thiếu khí với chất nhận electron là TNO2 (Jetten et al., 1999) và sản phẩm là N2 tự do

Với sự kết hợp 2 quá trình SHARON-Anammox, dòng nitơ trong nước thải sau xử

lý có thể được giảm thiểu trong khi năng lượng dùng cho thổi khí giảm đáng kể

không cần nguồn bổ sung carbon và lượng bùn tạo ra rất ít (Jetten et al., 1997) Tuy

nhiên cũng như các quá trình Anammox khác, quá trình SHARON-Anamox gặp khó khăn trong việc làm giàu vi khuẩn Anammox và vận hành để bể phản ứng SHARON cho tỉ lệ tương đồng giữa TAN và TNO2 Một quá trình khử ammonium diễn ra trong bể lọc sinh học bám dính hiếu khí diễn ra đồng thời 2 quá trình nitrification

and ANAMMOX (hình 2.20), đã được phát hiện, nghiên cứu (Strous et al., 1997;

Dijkman and Strous, 1999) và nghiên cứu ứng dụng (Hippen, 1997; Siegrist, 1998; Helmer và Kunst, 1998; Helmer, 1999) Quá trình này được đặt tên là “CANON” (Completely Autotrophic N-removal Over Titrite, Strous, 2000)

2.2.3 Công nghệ CANON (Completely Autotrophic N-removal Over Nitrite)

Một quá trình khử ammonia diễn ra trong bể lọc sinh học bám dính hiếu khí diễn ra đồng thời 2 quá trình nitrate hóa và ANAMMOX đã được phát hiện, nghiên cứu (Strous, 1997; Dijkman và Strous, 1999) và nghiên cứu ứng dụng (Hippen, 1997; Siegrist, 1998; Helmer và Kunst, 1998; Helmer, 1999) Quá trình này được đặt tên là

“CANON” (Completely Autotrophic N-removal Over Nitrite, Strous, 2000)