Công nghệ xử lý nước thải CXNT-M3226A-C08-120305.doc

Công nghệ xử lý nước thải

CHƯƠNG 8CÁC CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NITƠ VÀ PHOSPHO8.1CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NITƠ8.1.1 Khử Nitơ Bằng Phương Pháp Sinh HọcQUÁ TRÌNH NITRATE HÓADưới tác dụng của Nitrosomonas và Nitrobacter, quá trình nitrate hóa xảy ra theo các phương trình phản ứng sau đây:NH3 + 3/2O2  NO2- + H+ + H2O + sinh khối : NitrosomonasNO2- + ½O2  NO3- + sinh khối : NitrobacterCác yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến quá trình nitrate hóa:- Nhiệt độ;- pH;- Nồng độ oxy hòa tan (DO);- NH4+ và NO2-- BOD5/TKN.Quá trình nitrate hóa có thể thực hiện trong:- Hệ thống xử lý hiếu khí với vi sinh vật tăng trưởng lơ lửng;- Hệ thống xử lý hiếu khí với vi sinh vật tăng trưởng dính bám.Trong hệ thống Hệ thống xử lý hiếu khí với vi sinh vật tăng trưởng lơ lửng:NH4+ + HCO3- + 4CO2 + H2O  C5H7O2N + 5O2Trong hệ thống bùn hoạt tính hiếu khí quá trình nitrate hóa bị hạn chế vì mật độ vi sinh vật nitrate hóa thấp hơn nhiều so với nhóm vi sinh vật hetero-trophs. Hay nói cách khác, quá trình nirate hóa tách riêng với quá trình khử BOD5 sẽ cho hiệu quả cao hơn. 55NH4+ + 76O2 + 109HCO3-  C5H7O2N + 54NO2- + 57H2O + 104 H2CO3 (1)400NO2- + NH4+ + 4H2CO3 + HCO3- + 195O2  C5H7O2N + 3H2O + 400NO3-(2)-----------------------------------------------------------------------------------------------------------NH4+ + 1,855O2 + 1,979HCO3-  0,021C5H7O2N + 0,979NO3- + 1,041H2O + 1,874H2CO3Từ phương trình trên có thể xác định cần khoảng 4,23 mg O2 để oxy hóa 1 mg N-NH4+Để quá trình nitrate hóa xảy ra hiệu quả cần:- DO > 2 mg/L;- pH ~ 7,5-8,6- Duy trì độ kiềm (8,62 mg HCO3-/mg N-NH4+)8-1 QUÁ TRÌNH KHỬ NITRATE - NO3-  NO2-  NO  N2O  N2- Quá trình thiếu khí- pHop ~ 7-8- Phải bổ sung đủ nguồn carbon:+ sẵn có trong nước thải;+ bổ sungBảng 8.1 Nguồn cung cấp carbon trong quá trình khử nitrateNguồn carbon Tốc độ khử nitrate(lb NO3-/lb VSS.d)Nhiệt độ (oC)Methanol 0,21-0,32 25Methanol 0,12-0,20 20Nước thải 0,03-0,11 15-27Trao đổi chất nội bào 0,017-0,048 12-20- Tốc độ khử nitrate:U’DN = UDN x 1,09(T-20)(1-DO)+ U’DN = Tốc độ khử nitrate+ UDN = Tốc độ khử nitrate đặc biệt (lb NO3-/lb VSS.d)+ T = Nhiệt độ (oC)+ DO = Nồng độ oxy hòa tan trong nước thải (mg/L)- Quá trình: vi sinh vật tăng trưởng lơ lởng hoặc dính bám- Hai hệ enzyme tham gia vào quá trình khử nitrate: Đồng hóa (assimilatory): NO3-  NH3, tổng hợp tế bào, khi N-NO3- là dạng nitơ duy nhất tồn tại trong môi trường  Dị hóa (dissimilatory)  quá trình khử nitrate trong nước thải.+ Quá trình đồng hóa:3NO3- + 14CH3OH + CO2 + 3H+  3C5H7O2N + H2O+ Quá trình dị hóa:Bước 1: 6NO3- + 2CH3OH  6NO2- + 2CO2 + 4H2OBước 2: 2NO2- + 3CH3OH  3N2 + 3CO2 + 3H2O + 6OH- ------------------------------------------------------------ 6NO3- + 5CH3OH  5CO2 + 3N2 + 7H2O + 6OH-+ Tổng quá trình khử nitrate:NO3- + 1,08CH3OH + H+  0,065C5H7O2N + 0,47N2 + 0,76CO2 + 2,44H2O8-2 - Nhu cầu methanol:Cm = 2,47N0 + 1,53N1 + 0,87D0+ Cm = nồng độ methanol u cầu (mg/L)+ N0 = nồng độ N-NO3- ban đầu (mg/L)+ N1 = nồng độ N-NO2- ban đầu (mg/L)+ D0 = Nồng độ oxy hòa tan ban đầu (mg/L)- Thơng số động học q trình khử nitrateBảng 8.2 Thơng số động học q trình khử nitrateHằng số Đơn vị Khoảng dao động Giá trị đặc trưngµmNgày-10,3-0,9 0,3Ks mg N-NO3-/L 0,06-0,20 0,1Y mgVSS/mgN-NO3-0,4-0,9 0,8kd Ngày-10,04-0,08 0,04KẾT HỢP Q TRÌNH NITRATE HĨA VÀ KHỬ NITRATEƯu Điểm- Giảm thể tích khí cần cung cấp cho q trình nitrate hóa và khử BOD5;- Khơng cần bổ sung nguồn carbon cho q trình khử nitrate;- Giảm cơng trình lắng cho riêng mỗi q trình;- Có khả năng khử 60-80% tổng lượng nitơ trong nước thải.Hình 8.1 Hệ thống kết hợp nitrate hóa và khử nitrate 4 giai đoạn.Hình 8.2 Hệ thống kết hợp nitrate hóa và khử nitrate bằng mương oxy hóa.Tỷ lệ tuần hồn8-3Vùng thiếu khíKHƯÛ NITRATEVùng hiếu khíNITRATE HÓAVùng thiếu khíKHƯÛ NITRATEVùng hiếu khíNITRATE HÓANTTuần hoàn bùn + nước thảiBể lắng Tuần hoàn bùn Xả bùnNTVùng hiếu khíVùng thiếu khíMáythổikhíBể lắngTuần hoàn bùnXả bùn (NH4+-N)0 – (NH4+-N)eR = ----------------------------- - 1 (NO3--N)e - R = tỷ lệ tuần hoàn (h2 nước và bùn + bùn tuần hoàn)- (NH4+-N)0 – (NH4+-N)e= nồng độ ammonia trong NT trước và sau xử lý (mg/L)- (NO3--N)e = nồng độ nitrate trong NT sau xử lý (mg/L)Thời gian lưu bùn đối với quá trình nitrate hóa trong hệ thống kết hợpθc: Thời gian lưu bùn đối với qt nitrate hóa trong hệ thống cổ điểnθc’ = --------- Vhiếu khí: tỷ lệ phần thể tích hiếu khíNồng độ sinh khối trong thiết bị: Thời gian lưu nước vùng hiếu khí: θc. Y.(S0 – S) θc’. Yh. (S0 – S)X = ----------------- θa = ----------------------- θ (1 + kdθc) Xa [1 + kdfVSSθc’]θa= tổng thời gian lưu nước trong vùng hiếu khí (ngày);Yh= hệ số thu hoạch đối với vi sinh vật dị dưỡng (mgVSS/mgBOD5) (thường= 0,55)S0-S = BOD bị khử trong hệ thống (mg/l)Kd = hệ số tốc độ phân hủy nội bào (ngày-1)Xa= MLVSS (mg/L)fVSS = tỷ lệ phân hủy MLVSS trong điều kiện hiếu khí fVSS’fVSS = ----------------------- 1 + (1- fVSS’)kdθc’fVSS’= tỷ lệ phân hủy VSS, dao động trong khoảng 0,75 - 0,80Thời gian lưu nước vùng thiếu khí được ước tính bằng: θDN = (1 – Vhiếu khí)θaThời gian lưu nước để thực hiện quá trình khử nitrate được tính theo công thức sau: Nkhử nitrate: lượng nitrate bị khử (mg/L)θDN’ = ----------- UDN Xa: UDN = tốc độ khử nitrate (ngày-1)Nếu θDN = θDN’  hoàn tất quá trình tính toán.Nếu θDN ≠ θDN’  giả sử lại tỷ lệ thể tích vùng hiếu khí Vhiếu khí và tính lại.BÀI TẬP 8.1Tính thời gian lưu nước vùng hiếu khí và vùng thiếu khí cần thiết cũng như tỷ lệ tuần hoàn trong thiết bị nitrate hóa và khử nitrate kết hợp, giả sử rằng:- BOD của nước thải trước xử lý = 200 mg/L- N-NH3 của nước thải trước xử lý = 25 mg/L- N-NH3 của NT sau xử lý = 1,5 mg/L - N-NO3 của NT sau xử lý = 5 mg/L8-4 - Nhiệt độ = 150C- Yh = 0,55 mgVSS/mgBOD- kd(150C)= 0,04 ngày_1- UDN(150C = 0,042 mg N-NO3/mgVSS.d- DO trong vùng hiếu khí = 2,0 mg/l- Xa = 2500 mg/L- θc = 8,9 ngày (đối với q trình nitrate hóa), Vhiếu khí = 0,71- fVSS’ = 0,88.1.2 Khử Nitơ Bằng Phương Pháp Hóa Lý- Áp dụng q trình trao đổi ion;- Oxy hóa bằng hóa chất.8.2 CƠNG NGHỆ XỬ LÝ PHOSPHO8.2.1 Khử Phospho Bằng Phương Pháp Sinh Học- A/O - PhoStrip- SBRHình 8.3 Hệ thống A/O (Anaerobic/Oxic).Hình 8.4 Hệ thống PhoStrip.8-5 Giai đoạn kỵ khí NT Giai đoạn Hiếu khí Bể lắng Tuần hoàn bùn Xả bùn Giai đoạn Hiếu khí NT Bể tác P kỵ khí Bể lắng Tuần hoàn bùn trực tiếp Xả bùn Bùn đã tách P Bể lắng Bể phản ứng – lắng: kết tủa hóa học Nước bề mặt giàu P Nước bề mặt Bùn hóa học Vôi Hình 8.5 Hệ thống SBR.SBR khử carbon, nitơ và phosphor:- Giải phóng P và tiêu thụ BOD: giai đoạn kỵ khí- Tiêu thụ P : giai đoạn hiếu khí- Chu kỳ : 3-24 giờ :Bảng 8.3 Thông số thiết kế hệ thống khử P bằng phương pháp sinh họcThông số Đơn vị Quá trìnhA/O PhoStrip SBRF/M Ngày -10,2-0,7 0,1-0,5 0,15-0,5SRT (θc)Ngày -12-25 10-30MLSS mg/L 2.000-4.000 600-5.000 2.000-3.000HRT (θ):Giờ- Kỵ khí 0,5-1,5 8-12 1,8-3,0- Hiếu khí 1-3 4-10 1,0-4,0Tuần hoàn bùn hoạt tính % Lưu lượng xử lý 25-40 20-50Tuần hoàn nước % Lưu lượng xử lý 10-208.2.2 Khử Phospho Bằng Phương Pháp Hóa HọcBẲNG VÔI5Ca2+ + 3PO43- + OH- ↔ Ca5(PO4)3(OH)Mg2+ + 2OH- ↔ Mg(OH)2Ca2+ + CO32- ↔ CaCO3BẰNG PHÈN NHÔMAl3+ + PO43+ ↔ AlPO4Al3+ + 3OH- ↔ Al(OH)3BẰNG PHÈN SẮTFe3+ + PO43- ↔ FePO4Fe3+ + 3OH- ↔ Fe(OH)38-6 Fill Anaerobic Stir Aerobic Stir Anoxic Stir Settle Decant . BOD của nước thải trước xử lý = 200 mg/L- N-NH3 của nước thải trước xử lý = 25 mg/L- N-NH3 của NT sau xử lý = 1,5 mg/L - N-NO3 của NT sau xử lý = 5 mg/L8-4 -. CHƯƠNG 8CÁC CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NITƠ VÀ PHOSPHO8.1CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NITƠ8.1.1 Khử Nitơ Bằng Phương Pháp Sinh HọcQUÁ TRÌNH