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

Trang 1

Nitrat hoá

Quá trình sinh học 2 bậc:

Ammonia (NH 4 -N) oxi hoá thành nitrit (NO 2 -N) và

Nitrit oxi hoá thành nitrat (NO3-N).

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 thải/xả

thải vào nước ngầm.

Tổng nồng độ N-hữu cơ và ammonia trong nước thải

đô thị = 25 -45 mg N/l;

Tiêu chuẩn nước thải: Tổng N = 60 mg/l; N-ammonia =

10 mg/l

Mô tả quá trình

Giống như khử BOD, nitrat hoá có thể áp dụng quá trình sinh

học sinh trưởng lơ lửng và sinh trưởng dính bám.

Đối với quá trình sinh trưởng lơ lửng:

Quá trình một bậc bùn (single–sludge): Nitrat hoá kết hợp

với khử BOD trong một hệ thống: bể aeroten và lắng có tuần

hoàn bùn Đây là dạng áp dụng phổ biến.

Đầu ra Đầu vào

Bùn tuần hoàn

Kết hợp loại bỏ BOD và

Nitrat hoá Bể lắng

Trang 2

Sơ đồ quá trình 2 bậc bùn

Khử BOD Bể lắng II Nitrat hoá Bể lắng II

Bùn thải

Đầu vào

Đầu ra Đường rẻ nhánh

Mô tả quá trình

Quá trình sinh trưởng lơ lửng:

Quá trình hai bậc bùn (two-sludge):

Áp dụng trong những trường hợp có khả năng gây độc và

chất ức chế

Gồm 2 hệ thống riêng biệt (mỗi hệ thống có 1 bể làm thoáng

và 1 bể lắng):

Hệ thống I: hoạt động ở SRT ngắn để khử BOD

Hệ thống II: Vi khuẩn nitrate hoá, vi khuẩn tự

dưỡng, phát triển chậm hơn nhiều so với vi khuẩn tự dưỡng  đòi hỏi thời gian lưu nước và lưu bùn dài hơn

Một phần nước thải đầu vào có thể được dẫn tắt (by-pass) đến hệ thống II để tạo điều kiện cho việc kết bông và lắng cặn hiệu quả hơn.

Trang 3

Vi sinh vật

Nitrosomonas europea Nitrosomonas sp Nitrosocystic oceanus

Nitrosolobus multiformis

Nitrobacter winogradskyi

Nitrosospira briensis Nitrospina gracilis

Nitrococcus mobilis

Đẳng lượng của nitrat hoá sinh học

Qúa trình oxi hoá ammonia thành nitrat xảy ra theo 2

bậc:

Vi khuẩn Nitrosomonas

Vi khuẩn Nitrobacter:

Tổng phản ứng oxi hoá

Nhu cầu oxi cần cho oxi hoá hoàn toàn ammonia là 4.57 g

O 2 /g N



NH +2O NO +2H +2H O

Trang 4

Lượng kiềm cần để thực hiện phản ứng oxy hoá

ammonia:

Một gram nitơ-ammonia (N) được chuyển hoá thì cần

7.14 g kiềm (CaCO 3 ) = [2 x (50g CaCO 3 /eq)/14].

Cùng với năng lượng thu được, 1 phần ion ammonium

được tiêu hoá vào trong tế bào Phản ứng tổng hợp sinh

khối:

Công thức hoá học C 5 H 7 O 2 N được sử dụng để mô tả sự

tổng hợp tế bào vi khuẩn



NH +2HCO +O NO +2CO +3H O



4CO +HCO +NH +H O C H O N+5O

Công thức tổng hợp mô tả oxi hoá và tổng hợp tế bào:

Mỗi gram N-ammonia (N) được chuyển hoá sử

dụng 4.25g O 2 , 0.16 g tế bào mới được tạo thành, 7.07

g kiềm (CaCO3) được loại bỏ, 0.08 g cacbon vô cơ

được sử dụng trong việc hình thành tế bào mới.



+

NH +1,863O +0,098CO

0,0196C H O +0,98NO +0,0941H O+1,98H

Trang 5

Động học sinh trưởng

µ n: Tốc độ sinh trưởng riêng của vk nitrat hoá,

(g tế bào mới/g tế bào.ngày)

µ nm: Tốc độ sinh trưởng riêng tối đa của vk nitrat hoá,

(g tế bào mới/g tế bào.ngày)

N: Nồng độ nitơ, g/m 3

Kn:Hằng số bán vận tốc, g/m 3

K dn :Hệ phân huỷ nội bào cho vi khuẩn nitrat hoá,

gVSS/gVSS.

µ nm : 0.25 - 0.77 gVSS/gVSS ở nhiệt độ 20 o C

SRT : 7 - 20 ngày

nm

n

μ N

K =N

Ảnh hưởng của DO tới tốc độ nitrat hóa

DO = nồng độ oxi hoà tan, g/m3

Ko = Hệ số bán bão hoà đối với DO, mg/L.

nm

K +N K +DO



        

Trang 6

Những yếu tố môi trường

pH

Độc tính

Kim loại

Ammonia không phân ly (khí NH 3 hòa tan)

pH:

Ở giá trị pH gần 5.8 -6.0, tốc độ nitart hóa có thể

bằng 10 – 20% so với tốc độ nitrat ở giá trị pH 7

Tốc độ nitrat hoá tối ưu xảy ra ở giá trị pH trong

khoảng 7.5 – 8.0.

Độ kiềm cần được thêm vào hệ thống xử lí nước

thải để duy 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 dưới dạng vôi,

soda, natri bicacbonnat (NaHCO3).

Trang 7

Độc tính:

Vi khuẩn nitrate hoá nhạy cảm với các hợp chất

hữu cơ/vô cơ độc ở nồng độ thấp hơn nhiều so

với vi khuẩn hiếu khí khử CHC.

Những hợp chất gây độc như những hợp chất hữu

cơ dể bay hơi (dung môi), amin, protein, tanin,

phenolic, rượu, xianua, ete, cacbamat và benzen.

Kim loại

Oxi hoá ammonia bị ức chế ở nồng độ 0.25 mg/l

Nikel, 0,25 mg/l Chrom và 0.1 mg/l chì

Ammoniac

Nitrat hoá cũng bị ức chế bởi NH3 hoặc ammonia

tự do, và acid nitrous (HNO2) Qúa trình bị ức chế

phụ thuộc vào nồng độ nitơ tổng, nhiệt độ và pH

Trang 8

Các quá trình bùn hoạt tính khử BOD và nitrate

hoá

Bể xáo trộn hoàn toàn:

Hoạt động đơn giản;

Chỉ áp dụng tải trọng thấp (F/M thấp)  dể sinh ra các vi sinh

sợi  bùn khối khó lắng;

Bể dòng chảy nút:

DO thấp ở đầu bể

Hệ thống thổi khí được thiết kế đáp ứng nhu cầu oxy theo

chiều dài bể (bằng cách áp dụng giảm dần tốc độ thổi khí

theo chiều dài bể)

Có thể áp dụng tải trọng cao (F/M cao), chất lượng nước ra

tốt hơn.

Nitrate hoá tốt hơn so với BHT xáo trộn hoàn toàn

Sử dụng năng lượng thổi khí ít hơn

Có hai dạng:

Dòng chảy nút thông thường: Có một đầu vào,

Dòng chảy nút cấp vào theo bậc: Có 3-4 điểm NT vào dọc theo

chiều dài.

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 trong

ngăn tiếp xúc Thời gian tiếp xúc ngắn (30-60 phút đối

với NT đô thị) và MLSS của ngăn tiếp xúc thấp hơn so

với ngăn ổn định;

BOD hoà tan được xử lý nhanh trong vùng tiếp xúc;

Cặn và keo hữu cơ bị bông bùn bắt giữ và được phân

huỷ ở vùng ổn định sau đó

Thời gian lưu trong vùng ổn định = 1-2 giờ

Thích hợp khử BOD đối với NT có BOD hoà tan thấp,

BOD keo cao

Không thích hợp cho nitrate hoá.

Trang 9

Bể oxi nguyên chất

hoá

Bể BHT tăng cường:

Tương tự BHT dòng chảy nút, hoạt động trong

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 ra thấp;

Bùn ổn định tốt (không cần bể metan)

Năng lượng thổi khí cao;

Khối tích công trình lớn  Áp dụng công suất

nhỏ

Trang 10

Bể bùn hoạt tính tăng cường

hoá

Mương oxy hóa

Áp dụng quá trình bùn HT tăng cường;

Dạng hình oval/vòng có trang bị thiết bị trộn và

khuếch tán khí cơ khí tạo dòng chảy có tốc độ

0.25-0.3 m/s trong mương, đủ duy trì BHT lơ lững;

Kết hợp nitrate hoá và khử nitrate

Hoạt động đơn giản

Sử dụng ít năng lượng hơn

Sản lượng bùn sinh ra thấp

Trang 11

Mương oxi hoá

hoá

BHT ngược dòng

Áp dụng quá trình bùn HT tăng cường;

Hệ thống cấp khí là cầu quay trên đó có gắn các

ống/đĩa khuếch tán khí;

Cầu quay với tốc độ đủ lớn cung cấp khuấy trộn

giử cho BHT lơ lững.

Trang 12

hoá

Bể BHT từng mẽ

Hệ thống gồm 1 bể xáo trộn hoàn toàn duy nhất

trong đó tấc cả quá trình BHT xảy ra;

Chu kỳ mỗi mẽ gồm: Làm đầy – Thổi khí – Lắng –

Rút nước.

Thời gian: 3 giờ cho làm đầy; 2 giờ thổi khí (cho

NT sinh hoạt), 0,5 giờ lắng và 0.5 giờ rút nước.

Hoạt động đơn giản

Không cần bể lắng và bơm bùn tuần hoàn;

Đòi hỏi bể điều hòa lớn

Định dạng
Số trang	12
Dung lượng	798,58 KB