Quá trình khử các hợp chất nitơ trong nước thải

XỬ LÝ NƯỚC THẢI Đề tài: Quá trình khử hợp chất nitơ nước thải NỘI DUNG Tổng quan khử hợp chất nitơ nước thải Tác hại hợp chất nitơ Quá trình xảy khử nitơ ứng dụng Các phương pháp xử lý Kết luận TỔNG QUAN KHỬ CÁC HỢP CHẤT NITƠ TRONG NƯỚC THẢI • Trạng thái tồn nitơ nước thải: hợp chất nitơ tồn dạng: - Các hợp chất hữu Amoni Các hợp chất dạng oxy hóa (nitrit nitrat) * Các hợp chất nitơ chất dinh dưỡng, chúng vận động tự nhiên, chủ yếu nhờ q trình sinh hóa • Hợp chất hữu chứa nitơ phần cấu thành phân tử protein thành phần phân hủy protein peptid, axit amin, ure • Hàm lượng amoniac: lượng nitơ amon nước thải sinh hoạt, nước thải công nghiệp thực phẩm số loại nước thải khác cao Các tác nhân gây ô nhiễm nitơ nước thải công nghiệp chế biến sữa, rau quả, đồ hộp, chế biến thịt, sản xuất bia, rượu, thuộc da TÁC HẠI CỦA NITƠ • - Tác hại nitơ sức khỏe cộng đồng - Khi xử lý nitơ nước thải không tốt, để hợp chất nitơ vào chuỗi thức ăn hay nước cấp gây nên số bệnh nguy hiểm như: thiếu vitamin, ung thư người cao tuổi… Sự có mặt nitơ nước thải gây nhiều ảnh hưởng xấu đến hệ sinh thái sức khỏe cộng đồng Khi nước thải có nhiều Amoniac gây độc cho cá hệ động vật thủy sinh, làm giảm lương oxy hòa tan nước Tác hại nhiễm nitơ với mơi trường • Nitơ nước thải cao, chảy vào sông, hồ làm tăng hàm lượng chất dinh dưỡng Do gây phát triển mạnh mẽ loại thực vật phù du rêu, tảo gây tình trạng thiếu oxy nước, phá vỡ chuỗi thức ăn, giảm chất lượng nước, phá hoại môi trường thủy vực, sản sinh nhiều chất độc nước NH4+, H2S, CO2, CH4 tiêu diệt nhiều loại sinh vật có ích nước Hiện tượng gọi phú dưỡng nguồn nước   Hiện nay, phú dưỡng thường gặp hồ đô thị, sông kênh dẫn nước thải Đặc biệt khu vực Hà Nội, sông Sét, sông Lừ, sơng Tơ Lịch có màu xanh đen đen, có mùi thối khí H2S Hiện tượng tác động tiêu cực tới hoạt động sống dân cư đô thị, làm biến đổi hệ sinh thái nước hồ, tăng thêm mức độ ô nhiễm khơng khí khu dân cư Tác hại Nitơ q trình xử lý nước • •  Sự có mặt Nitơ gây cản trở cho trình xử lý làm giảm hiệu làm việc cơng trình Mặt khác kết hợp với loại hoá chất xử lý để tạo phức hữu gây độc cho người  Với đặc tính việc xử lý Nitơ giai đoạn vấn đề đáng nghiên cứu ứng dụng.Vấn đề nhà nghiên cứu, học giả sâu tìm hiểu Q TRÌNH XẢY RA KHI KHỬ HỢP CHẤT NITO VÀ ỨNG DỤNG • Nitơ mơi trường tồn nhiều dạng hóa học khác bao gồm nitơ hữu + như ammoni (NH4 ), nitrit (NO2), nitrat (NO3) nitơ ôxit (N2O), nitric ôxit (NO), nitơ vơ khí nitơ (N2) Nitơ hữu tồn sinh vật sống, đất mùn, sản phẩm trung gian trình phân hủy vật chất hữu • Các trình chu trình nitơ chuyển đổi nitơ từ dạng sang dạng khác Một số trình tiến hành các vi khuẩn, qua q trình để chúng lấy lượng để tích tụ nitơ thành dạng cần thiết cho phát triển chúng •  Trong q trình xử lý nước thải phương pháp sinh học hiếu khí, nitơ amơn chuyển thành nitrit nitrat nhờ loại vi khuẩn Nitrosomonas Nitrobacter Khi môi trường thiếu ôxy, loại vi khuẩn khử nitrat  Denitrificans (dạng kỵ khí tuỳ tiện) tách ôxy nitrát (NO3-) nitrit (NO2-) để ôxy hoá chất hữu Nitơ phân tử N2 tạo thành q trình khỏi nước Nitrat hóa • Nitrat hố q trình tự dưỡng (năng lượng cho phát triển vi khuẩn lấy từ hợp chất ơxy hố Nitơ, chủ yếu Amôni Ngược với vi sinh vật dị dưỡng vi khuẩn nitrat hoá sử dụng CO2 (dạng vô cơ) nguồn bon hữu để tổng hợp sinh khối Sinh khối vi khuẩn nitrat hoá tạo thành đơn vị trình trao đổi chất nhỏ nhiều lần so với sinh khối tạo thành trình dị dưỡng • Q trình Nitrat hố từ Nitơ Amơni chia làm hai bước có liên quan tới hai loại vi sinh vật , vi khuẩn Nitơsomonas Vi khuẩn Nitơbacteria giai đoạn amôni chuyển thành nitrit bước thứ hai nitrit chuyển thành nitrat • • Bước NH4-   + 1,5 O2  à NO2- + 2H+ + H2O Bước 2.    NO-2  +   0,5 O2     à     NO3- • Các vi khuẩn Nitơsomonas Vi khuẩn Nitơbacteria sử dụng lượng lấy từ phản ứng để tự trì hoạt động sống tổng hợp sinh khối Có thể tổng hợp q trình phương trình sau : • • NH4-   +  O2  à NO3- + 2H+ + H2O  (*) • 4CO2 +  HCO3- + NH+4 + H2O  à  C5H7O2N   +   5O2 Cùng với q trình thu lượng, số iơn Amơni đồng hố vận chuyển vào mơ tế bào Q trình tổng hợp sinh khối biểu diễn phương trình sau : • • • C5H7O2N tạo thành dùng để tổng hợp nên sinh khối cho tế bào vi khuẩn Tồn q trình ơxy hố phản ứng tổng hợp  thể qua phản ứng sau : NH4++1,83O2+1,98 HCO3- à0,021C5H7O2N + 0,98NO3+1,041H2O+1,88H2CO3 Lượng ôxy cần thiết để ơxy hố amơni thành nitrat cần 4,3 mg O2/ 1mg NH4+ Giá trị gần với giá trị 4,57 thường sử dụng cơng thức tính tốn thiết kế • • • Giá trị 4,57 xác định từ phản ứng (*) mà trình tổng hợp sinh khối tế bào khơng xét đến     Lắp đặt bồn composite xử lý nước thải sinh hoạt Công ty Ánh Dương sản xuất Toyota - Phố Nối - Hưng Yên Khử nitrit nitrat • • • • •   Trong mơi trường thiếu ơxy loại vi khuẩn khử nitrit nitrat Denitrificans (dạng kị khí tuỳ tiện) tách ơxy nitrat (NO3-) nitrit (NO2-) để ơxy hố chất hữu Nitơ phân tử N2 tạo thành trình thoát khỏi nước + Khử nitrat : NO3-  + 1,08 CH3OH + H+ à 0,065 C5H7O2N + 0,47 N2 + 0,76CO2 + 2,44H2O + Khử nitrit : NO2-  + 0,67 CH3OH + H+ à 0,04 C5H7O2N + 0,48 N2 + 0,47CO2 + 1,7H2O • • • • • • Như để khử nitơ cơng trình xử lý nước thải cần : Điều kiện yếm khí ( thiếu ơxy tự ) Có nitrat (NO3  ) nitrit (NO2 ) Có vi khuẩn kị khí tuỳ tiện khử nitrat; Có nguồn cácbon hữu Nhiệt độ nước thải khơng thấp • Khi mà Nitơ xâm nhập vào nguồn nước công cộng sông, vùng biển, ao hồ, … gây nên tượng phú dưỡng hóa nguồn nước kéo theo phát sinh triều đỏ tảo Nitơ tồn nhiều dạng nitơ amoni, nitơ nitric, nitơ hữu cơ,… việc sử dụng rộng rãi phương pháp sinh học khử dạng nitơ xem cách để xử lý chúng Tuy nhiên, phương pháp xử lý sinh học có bất lợi  đòi hỏi bể phản ứng cực lớn, diện tích lắp đặt rộng chi phí xây dựng cao • Để giải vấn đề trình bày trên, thiết bị khử nitơ hiệu suất cao (USB system) Hệ  thống có khả đào thải nitơ nitric trình xử lý bề mặt, sản xuất thuốc vơ chất xúc tác cho trình khử nitơ cách sử dụng bể phản ứng thể tích 1/10 đến 1/20 bể thơng thường • Hệ thống USB bao gồm đoạn phản ứng thực với bùn hạt (granule) thu cách cô đọng tập trung vi khuẩn khử nitơ tới mật độ cao, đoạn tách hơi-rắn có tác dụng tách khí nitơ từ bùn hạt, khí sinh từ q trình nitrat hóa cuối giai đoạn kết tủa để tách bùn hạt khỏi nước xử lý • Nước thải chứa axit nitric đưa vào hệ USB từ nơi thấp hệ thống qua vùng phản ứng, hình thành dòng hướng lên Ở trình này, nitơ nitric chuyển thành khí nitơ vi khuẩn khử nitơ chứa hạt nhỏ granule Sau đó, khí nitơ tạo thành bọt mịn bay lên trên, tách khỏi hạt granule phương pháp tách hơi-rắn phần bể • • Khí nitơ sau tách giải phóng vào bầu khí quyển, bùn hạt cũng được  tách khỏi nước xử lý giai đoạn kết tủa hoàn lưu qua bể phản ứng Trong trình khử nitrat, cần có nguồn cacbon hữu làm nguồn lượng cho vi khuẩn khử nitơ trường hợp nơi nước thải không chứa cacbon hữu cơ, ta phải thêm mêtan vào Xử lý nitơ hiệu • Bằng cách sử dụng bùn hạt giữ lại vi khuẩn khử nitơ mật độ cao, hệ USB chịu dao động tải trọng có mức độ thích ứng cao nước thải có mật độ nitơ nitric đến vài chục đến vài ngàn mg/l, có khả nước xử lý cuối giảm xuống 10mg/l cách ổn định KẾT LUẬN • Với tác động xấu hàm lượng nitơ nước thải sinh hoạt khu công nghiệp đến sức khỏe người cũng môi trường, phải xử lý đạt tiêu chuẩn xã thải trước xã thải môi trường ... quan khử hợp chất nitơ nước thải Tác hại hợp chất nitơ Quá trình xảy khử nitơ ứng dụng Các phương pháp xử lý Kết luận TỔNG QUAN KHỬ CÁC HỢP CHẤT NITƠ TRONG NƯỚC THẢI • Trạng thái tồn nitơ nước thải: ... thải: hợp chất nitơ tồn dạng: - Các hợp chất hữu Amoni Các hợp chất dạng oxy hóa (nitrit nitrat) * Các hợp chất nitơ chất dinh dưỡng, chúng vận động tự nhiên, chủ yếu nhờ trình sinh hóa • Hợp chất. .. trung gian trình phân hủy vật chất hữu • Các q trình chu trình nitơ chuyển đổi nitơ từ dạng sang dạng khác Một số trình tiến hành các vi khuẩn, qua q trình để chúng lấy lượng để tích tụ nitơ thành