Hướng dẫn tính toán quá trình khử Nitrat trong xử lý nước thải

Hướng dẫn tính toán quá trình khử Nitrat trong xử lý nước thải Thủy Sản QUÁ TRÌNH NITRAT HOÁ SINH HỌC Nitrat hoá: Quá trình sinh học 2 bậc: – Ammonia (NH4N) oxi hoá thành nitrit (NO2N) và – Nitrit oxi hoá thành nitrat (NO3N). Nitrat hoá cần thiết trong quá trình xử lý nước thải vì: – Ammonia tiêu thụ DO của nguồn tiếp nhận và gây độc cho cá, – Để kiểm soát quá trình phú dưỡng hoá, – Để kiểm soát Nitơ cho việc sử dụng lại nước thảixả thải vào nước ngầm. Tổng nồng độ Nhữu cơ và ammonia trong nước thải đô thị = 25 45 mg Nl; Tiêu chuẩn nước thải: Tổng N = 60 mgl; Nammonia = 10 mgl

5/2/2015 Nitrat hố Q trình sinh học bậc: Ammonia (NH4-N) oxi hoá thành nitrit (NO2-N) Nitrit oxi hoá thành nitrat (NO3-N) Nitrat hố cần thiết q trình xử lý nước thải vì: Ammonia tiêu thụ DO của nguồn tiếp nhận gây độc cho cá, Để kiểm sốt q trình phú dưỡng hố, Để kiểm sốt Nitơ cho việc sử dụng lại nước thải/xả thải vào nước ngầm Tổng nồng độ N-hữu và ammonia nước thải đô thị = 25 -45 mg N/l; Tiêu chuẩn nước thải: Tổng N = 60 mg/l; N-ammonia = 10 mg/l Mơ tả q trình Giớng khử BOD, nitrat hố có thể áp dụng q trình sinh học sinh trưởng lơ lửng và sinh trưởng dính bám Đới với q trình sinh trưởng lơ lửng: Quá trình mợt bậc bùn (single–sludge): Nitrat hoá kết hợp với khử BOD hệ thớng: bể aeroten và lắng có t̀n hoàn bùn Đây là dạng áp dụng phổ biến Đầu vào Kết hợp loại bỏ BOD và Nitrat hoá Bể lắng Đầu Bùn tuần hoàn Bùn thải 5/2/2015 Sơ đờ q trình bậc bùn Đường rẻ nhánh Khử BOD Bể lắng II Nitrat hoá Bể lắng II Đầu vào Đầu Bùn tuần hoàn Bùn tuần hồn Bùn thải Bùn thải Mơ tả q trình Quá trình sinh trưởng lơ lửng: Quá trình hai bậc bùn (two-sludge): Áp dụng trường hợp có khả gây độc và chất ức chế Gồm hệ thớng riêng biệt (mỡi hệ thớng có bể làm thống bể lắng): Hệ thớng I: hoạt động SRT ngắn để khử BOD Hệ thống II: Vi khuẩn nitrate hoá, vi khuẩn tự dưỡng, phát triển chậm nhiều so với vi khuẩn tự dưỡng  đòi hỏi thời gian lưu nước và lưu bùn dài Một phần nước thải đầu vào có thể được dẫn tắt (by-pass) đến hệ thống II để tạo điều kiện cho việc kết và lắng cặn hiệu 5/2/2015 Vi sinh vật Nitrosomonas europea Nitrosomonas sp Nitrosolobus multiformis Nitrococcus mobilis Nitrosocystic oceanus Nitrobacter winogradskyi Nitrospina gracilis Nitrosospira briensis Đẳng lượng của nitrat hoá sinh học Qúa trình oxi hố ammonia thành nitrat xảy theo bậc: Vi khuẩn Nitrosomonas 2NH+4 +302  2NO2- +4H+ +2H2O Vi khuẩn Nitrobacter: 2NO-2 +O2  2NO3Tổng phản ứng oxi hoá NH+4 +2O2  NO3- +2H+ +2H2O Nhu cầu oxi cần cho oxi hoá hoàn toàn ammonia là 4.57 g O2/g N 5/2/2015 Đẳng lượng của nitrat hoá sinh học Lượng kiềm cần để thực phản ứng oxy hoá ammonia: NH+4 +2HCO3- +O2  NO3- +2CO2 +3H2O Một gram nitơ-ammonia (N) được chủn hố cần 7.14 g kiềm (CaCO3) = [2 x (50g CaCO3/eq)/14] Cùng với lượng thu được, phần ion ammonium được tiêu hoá vào tế bào Phản ứng tổng hợp sinh khối: 4CO2 +HCO3- +NH+4 +H2O  C5H7O2N+5O Công thức hố học C5H7O2N được sử dụng để mơ tả sự tổng hợp tế bào vi khuẩn Đẳng lượng của nitrat hố sinh học Cơng thức tổng hợp mơ tả oxi hoá và tổng hợp tế bào: NH+4 +1,863O2 +0,098CO2  0,0196C5H7 O2 +0,98NO3- +0,0941H2O+1,98H+  Mỗi gram N-ammonia (N) được chuyển hoá sử dụng 4.25g O2, 0.16 g tế bào được tạo thành, 7.07 g kiềm (CaCO3) được loại bỏ, 0.08 g cacbon vô được sử dụng việc hình thành tế bào 5/2/2015 Động học sinh trưởng μ N μn =  nm  -k dn  K n =N  µn:Tớc độ sinh trưởng riêng của vk nitrat hoá, (g tế bào mới/g tế bào.ngày) µnm: Tớc độ sinh trưởng riêng tới đa của vk nitrat hố, (g tế bào mới/g tế bào.ngày) N: Nồng độ nitơ, g/m3 Kn:Hằng số bán vận tốc, g/m3 Kdn :Hệ phân huỷ nội bào cho vi kh̉n nitrat hố, gVSS/gVSS µnm : 0.25 - 0.77 gVSS/gVSS nhiệt độ 20oC SRT : - 20 ngày Ảnh hưởng của DO tới tốc độ nitrat hóa  nmN   DO   -k dn   Kn +N  K o +DO  n =  DO = nồng độ oxi hoà tan, g/m3 Ko = Hệ số bán bão hoà đối với DO, mg/L 10 5/2/2015 Những yếu tố môi trường pH Độc tính Kim loại Ammonia khơng phân ly (khí NH3 hòa tan) 11 Những ́u tớ mơi trường pH: Ở giá trị pH gần 5.8 -6.0, tớc độ nitart hóa có thể bằng 10 – 20% so với tớc độ nitrat giá trị pH Tớc độ nitrat hố tối ưu xảy giá trị pH khoảng 7.5 – 8.0 Độ kiềm cần được thêm vào hệ thớng xử lí nước thải để trì giá trị pH cho phù hợp Lượng kiềm được thêm vào phụ thuộc độ kiềm ban đầu và lượng NH4-N oxi hoá Độ kiềm có thể được thêm vào dạng vơi, soda, natri bicacbonnat (NaHCO3) 12 5/2/2015 Những yếu tố mơi trường Độc tính: Vi kh̉n nitrate hố nhạy cảm với hợp chất hữu cơ/vô độc nồng độ thấp nhiều so với vi khuẩn hiếu khí khử CHC Những hợp chất gây độc hợp chất hữu dể bay (dung môi), amin, protein, tanin, phenolic, rượu, xianua, ete, cacbamat benzen 13 Những ́u tớ mơi trường Kim loại Oxi hố ammonia bị ức chế nồng độ 0.25 mg/l Nikel, 0,25 mg/l Chrom 0.1 mg/l chì Ammoniac Nitrat hố bị ức chế NH3 ammonia tự do, và acid nitrous (HNO2) Qúa trình bị ức chế phụ thuộc vào nồng độ nitơ tổng, nhiệt độ và pH 14 5/2/2015 Các quá trình bùn hoạt tính khử BOD nitrate hoá Bể xáo trộn hoàn toàn: Hoạt động đơn giản; Chỉ áp dụng tải trọng thấp (F/M thấp)  dể sinh vi sinh sợi  bùn khối khó lắng; Bể dòng chảy nút: DO thấp đầu bể Hệ thớng thổi khí được thiết kế đáp ứng nhu cầu oxy theo chiều dài bể (bằng cách áp dụng giảm dần tớc độ thổi khí theo chiều dài bể) Có thể áp dụng tải trọng cao (F/M cao), chất lượng nước tớt Nitrate hố tớt so với BHT xáo trộn hoàn toàn Sử dụng lượng thổi khí Có hai dạng: Dòng chảy nút thơng thường: Có đầu vào, Dòng chảy nút cấp vào theo bậc: Có 3-4 điểm NT vào dọc theo chiều dài 15 Các quá trình bùn hoạt tính khử BOD nitrate hoá Bể ổn định tiếp xúc: Có hai ngăn riêng biệt: (i) ngăn ổn định để ổn định bùn và (ii) ngăn tiếp xúc để xử lý nước thải; Bùn hoạt tính ổn định trộn với nước thải thô ngăn tiếp xúc Thời gian tiếp xúc ngắn (30-60 phút đối với NT đô thị) và MLSS của ngăn tiếp xúc thấp so với ngăn ổn định; BOD hoà tan được xử lý nhanh vùng tiếp xúc; Cặn và keo hữu bị bùn bắt giữ và được phân huỷ vùng ổn định sau Thời gian lưu vùng ổn định = 1-2 Thích hợp khử BOD đới với NT có BOD hoà tan thấp, BOD keo cao Khơng thích hợp cho nitrate hoá 16 5/2/2015 Bể oxi nguyên chất 17 Các quá trình bùn hoạt tính khử BOD nitrate hoá Bể BHT tăng cường: Tương tự BHT dòng chảy nút, hoạt động giai đoạn phân huỷ nội bào (tải trọng thấp, thời gian lưu nước dài); SRT dài = 20 – 30 ngày; Chất lượng nước xử lý cao; Sản lượng bùn sinh thấp; Bùn ổn định tốt (không cần bể metan) Năng lượng thổi khí cao; Khới tích cơng trình lớn  Áp dụng cơng śt nhỏ 18 5/2/2015 Bể bùn hoạt tính tăng cường 19 Các quá trình bùn hoạt tính khử BOD nitrate hoá Mương oxy hóa Áp dụng trình bùn HT tăng cường; Dạng hình oval/vòng có trang bị thiết bị trộn và khuếch tán khí khí tạo dòng chảy có tớc độ 0.25-0.3 m/s mương, đủ trì BHT lơ lững; Kết hợp nitrate hố và khử nitrate Hoạt động đơn giản Sử dụng lượng Sản lượng bùn sinh thấp 20 10 5/2/2015 Mương oxi hoá 21 Các quá trình bùn hoạt tính khử BOD nitrate hoá BHT ngược dòng Áp dụng q trình bùn HT tăng cường; Hệ thớng cấp khí là cầu quay có gắn ống/đĩa khuếch tán khí; Cầu quay với tốc độ đủ lớn cung cấp khuấy trộn giử cho BHT lơ lững 22 11 5/2/2015 Các quá trình bùn hoạt tính khử BOD nitrate hoá Bể BHT từng mẽ Hệ thống gồm bể xáo trộn hoàn toàn nhất tấc q trình BHT xảy ra; Chu kỳ mỡi mẽ gờm: Làm đầy – Thổi khí – Lắng – Rút nước Thời gian: cho làm đầy; thổi khí (cho NT sinh hoạt), 0,5 lắng và 0.5 rút nước Hoạt động đơn giản Không cần bể lắng và bơm bùn tuần hoàn; Đòi hỏi bể điều hòa lớn 23 12 ...5/2/2015 Sơ đờ q trình bậc bùn Đường rẻ nhánh Khử BOD Bể lắng II Nitrat hoá Bể lắng II Đầu vào Đầu Bùn tuần hoàn Bùn tuần hồn Bùn thải Bùn thải Mơ tả q trình Quá trình sinh trưởng lơ... khử BOD nitrate hoá Bể ổn định tiếp xúc: Có hai ngăn riêng biệt: (i) ngăn ổn định để ổn định bùn và (ii) ngăn tiếp xúc để xử lý nước thải; Bùn hoạt tính ổn định trộn với nước thải thô... ngắn để khử BOD Hệ thống II: Vi khuẩn nitrate hoá, vi khuẩn tự dưỡng, phát triển chậm nhiều so với vi khuẩn tự dưỡng  đòi hỏi thời gian lưu nước và lưu bùn dài Một phần nước thải