Đang tải... (xem toàn văn)
Các bài giảng cho sinh viên lớp cao học về xử lý nước cấp của PGS. TS. Nguyễn Việt Anh trường Đại học xây Dựng, Hà Nội.Chuong 1. Chat luong nuocChuong 2. Keo tuChuong 3. Lang nuocChuong 4. Loc nuoc Khu trungChuong 5. Xu ly Fe MnChuong 6.Toi uu hoa VHBD...
Một số phơng pháp loại bỏ hợp chất Nitơ nớc ngầm PGS TS Nguyễn Việt Anh Bộ môn Cấp thoát nớc Trờng Đại học Xây dựng H) Nội 1 Dạng tồn hợp chất Nitơ Khí N2 Nitơ nguyên chất 79% khí + Nitơ Amôn NH4 Sản phẩm phân huỷ hợp chất hữu chứa Nitơ L) nguồn dinh dỡng dễ hấp thụ trồng Ammoniac NH3: Khí (độc), tan nhiều nớc Tạo từ NH4+ nớc pH cao Sản phẩm oxy hoá Tạo muối với NO3M kim loại Dạng trồng dễ hấp thụ M NO2 Sản phẩm trung gian trình oxy hoá Nitơ Ammôni th)nh Nitrat Đạm (Protein) Hợp chất hữu Hydrocacbon CxHyOzNn Có phân tử lợng cao, l) th)nh phần quan trọng để xây dùng tÕ b)o cđa bÊt kú c¬ thĨ sèng n)o Các hợp chất Nitơ nớc ngầm • Nit¬ Humic (25 M 60%), Axit Amin (21 M 35%), Clorophyl (1 M 3%), Peptite, vv • Chúng l) sản phẩm trình hóa M sinh học, xâm nhập v)o nớc ngầm từ nớc thải hay số trình địa hóa đặc biệt N#NH4+ nớc ngầm: Nớc thải sinh hoạt, trình Amôn hóa M phân hủy HCHC: đạm, nớc tiểu, axit nucleic vi sinh vật, hay việc sử dụng phân bón nông nghiệp Quá trình amon hóa (nhờ vi khuẩn amon, men, ): Protein Pepton Peptit Axit Amin Ammoniac (NH2)2CO + H2O NH3 + CO2 BOD and N in the sewer O2 Input O NH O2 + NH4+ C N2 NH NO3- Các hợp chất Nitơ nớc: Phát triển vi sinh vật đờng ống v) l)m tăng nhanh trình ăn mòn đờng ống Gây nên số bệnh nguy hiểm cho ngời sử dụng nớc NO2# tác dụng với Amin hay Alkyl Cacbonat thể ngời, tạo th)nh hợp chất chứa Nitơ gây ung th Lọt v)o thể, NO3# chuyển hóa th)nh NO2# nhờ vi khuẩn đờng ruột Các NO2# tác động lên Hemoglobin (Hb), biến th)nh Methemoglobin (MetMHb), khả vận chuyển oxy đến mô NO3# tạo chứng thiếu Vitamin v) kết hợp với Amin để tạo nên Nitrosamin gây ung th ngời cao tuổi N Nớc pha Sữa cho Trẻ em M men d)y cha phát triển M NO3# dễ biến th)nh NO2# M chiÕm lÊy Hb M biÕn th)nh MetM Hb M Các mô thiếu oxy M Trẻ xanh xao 1329/2002#BYT#QĐ 18/04/2002 NO3M < 50 mg/l NO2M < mg/l NH4+ < 1,5 mg/l Nitơ Amôn NMNH4+ số giếng khoan khai thác nớc ngầm H) nội: 10 M 20 mg/l cao Analytical Analytical results results of ofwater water quality qualityin inHanoi Hanoi (2000/11) (2000/11) Temp., o C pH NO3#N, mg/L NH4#N, mg/L Fe, mg/L SO42#, mg/L SiO2, mg/L Ca, mg/L Mg, mg/L Na, mg/L K, mg/L TOC, mg/L Bach khoa 26.1 6.84 4.3 12.4 11.5 1.6 52.8 25.1 12.4 29.0 3.0 1.4 Ha Dinh 26.0 6.82 3.3 12.3 15.6 2.2 41.3 25.5 14.8 27.4 3.1 2.5 Ha Dinh 26.3 6.88 3.2 11.6 12.1 2.6 37.9 23.8 12.7 30.8 3.6 1.3 Ha Dinh 26.0 6.86 3.7 13.1 15.0 2.1 44.6 23.4 13.5 28.7 3.8 1.7 Van Dien * 21.3 7.80 10.2 13.3 1.5 29.2 29.3 33.5 14 47.9 21.1 4.6 Lu RiverMin * 22.3 7.72 8.5 37 1.2 5.0 34.9 36.1 12.9 40.2 17.5 5.9 Lu RiverMout * 21.3 8.11 6.5 10.1 0.7 23.4 23.0 30.8 10.6 31.2 14.0 3.2 Quynh Mai 25.3 6.80 0.9 3.6 4.3 4.2 35.0 15.2 10.9 9.1 1.7 0.5 HoanKiem Lake * 19.9 10.30 4.3 0.3 1.0 1.6 21.8 13.7 1.4 8.3 6.1 8.3 10 Yen Phu 12 25.0 7.38 1.7 1.1 2.5 2.1 22.1 32.8 8.6 7.2 1.9 0.5 11 Yen Phu 20 25.2 7.10 3.6 4.6 9.1 2.6 45.1 40.5 13.8 18.2 6.7 0.6 12 Dong Tam ** 25.3 6.60 5.0 25.0 20.5 0.8 23.7 51.8 15.9 26.2 2.5 2.8 13 Minh Khai ** 34.3 6.70 9.7 7.6 24.0 14.4 42.6 45.9 20.8 72.4 2.3 1.7 14 Cau Moi * 22.0 7.43 7.2 31.0 1.0 11.7 90.9 33.1 16.6 44.4 14.8 5.4 15 Phap Van No.1 27.0 6.90 3.2 28.0 9.5 2.8 30.9 25.3 13.2 32.6 5.7 3.2 16 Phap Van No.2 26.3 6.80 2.8 19.0 9.7 2.4 44.0 21.2 12 34.2 5.3 3.0 17 Phap Van No.3 26.3 6.80 2.9 15.4 9.5 2.1 41.4 20.9 11.8 36.2 5.4 2.8 18 Kim Nguu canal * 23.4 7.00 12.0 34.0 3.3 18.2 41.7 37.2 14.3 44.6 20.2 13.8 19 HUCE 25.3 6.69 7.8 10.0 31.6 5.2 53.8 42.8 18 44.0 1.9 1.6 20 Univ tap 20.3 8.06 6.5 0.1 0.1 5.3 15.8 26.9 6.3 3.0 1.7 No Name of well 0.4 * Surface water ** Personal well H m l− ỵ n g N H ( m g /l) Aug 12 Aug 25 16 Aug 20 22 Aug 15 21 Aug Sep 10 16 Sep Apr 12 Apr PV1 PV2 PV3 PV4 Sampling Locations 20 Apr 27 Apr 10 18 May H $m l− î n g N O ( m g /l) 2.5 Aug 16 Aug 1.5 22 Aug 31 Aug Sep 0.5 16 Sep PV1 PV2 PV3 PV4 Sampling Locations 11 H $m l− ỵ n g N O ( m g /l) 2.5 Aug 16 Aug 1.5 22 Aug 31 Aug Sep 0.5 16 Sep PV1 PV2 PV3 PV4 Sampling Locations 12 20 15 10 H m l− ỵ n g N O (m g /l) H m l− ỵ n g N H (m g /l) 25 20 18 16 14 12 10 4 Apr 12 Apr 20 Apr 27 Apr 18 Apr H§1 H§2 H§3 H§1 NH4 HĐ2 HĐ3 NO3 Sampling Locations 13 Loại bỏ hợp chất Nitơ nớc • • L)m tho¸ng (sơc khÝ) Clo hãa, Nitrat hãa + khử Nitrat phơng pháp sinh hóa Trao đổi ion Điện hóa, Điện thẩm tách, điện thẩm tách đảo chiều, Chng cất,vv BOD/N không thích hợp cho xö lý b»ng pp Sinh häc 14 2.1 L7, cân chuyển dịch sang phải Với pH >10, 85% Amoniac chuyển dịch sang dạng khí l)m thoáng • pH = 10 M 11: c¸c ion Hydroxyt d− sÏ chun c¸c ion NH 4+ th)nh Hydroxit Amon NH4+ NH4OH + ↔ OHM ↔ NH4OH NH3 ↑ + H2O 15 Th¸p l 95%) l$ HRT = h Gi¶m thêi gian l−u n−íc xng h v$ 0,5 h dẫn đến hiệu xử lý thấp v$ không ổn định (90 95%) Việc bổ sung thêm Kiềm v$o trình Nitrat hoá giúp cho trình Khử Nitrat đợc ổn định (pH tối u = – 8) 45 NLR = 0.04 – 0.16 g N NO3/(g VSS.ngđ), cho phép đạt hiệu suất xử lý theo NO3 cao v$ ổn định (90.1 98.4%, trung bình 94.2% 2.5 (SD)) Các nghiên cứu khác giới: 0.03 0.11 g N NO3/(g VSS.ngđ) Khi có đủ chất, vật liệu mang Acrylic cho phép đạt mật độ sinh khối cao, hiệu suất xử lý cao kể với tải trọng NLR lớn (tới 48%) so với nghiên cứu trớc Tuy nhiên, NLR > 0.15 g N NO3/(g VSS.ngđ) cho phép đạt hiệu suất E < 95% Tải trọng NLR đơn vị khối tích bể phản ứng đợc xác định NLR = 0.09 0.39 kg N NO3/(m3.ngđ) 46 23 Trong trình Khử Nitrat, lợng kiềm sinh nhỏ so với lý thuyết Điều n$y chứng tỏ lợng OH sinh đq để bù v$o lợng H+ từ trình Nitrat hoá trớc Nh vậy, thân nớc xử lý thể đq có đủ kiềm cho trình Nitrat hoá, việc bổ sung thêm chất kiềm để đảm bảo môi trờng thích hợp cho trình Khử Nitrat vÉn l$ cÇn thiÕt 47 Mét sè tr−êng hợp NO2 đầu > mg/l: phản ứng Khử Nitrat cha xảy ho$n to$n, điều kiện môi trờng không thích hợp (pH, nhiệt độ, chất ức chế, ), Nitrit hoá NH4+ d (DO mô hình Khử Nitrat l$ 0.5 1.4 mg/l) ' Giải pháp: Tăng thời gian lu nớc v$ điều chỉnh tỷ lệ F/M phù hợp; bổ sung thêm Axetat Natri để sử dụng hết oxy ho$ tan nớc; sục khí bổ sung sau công đoạn Khử Nitrat Kiểm soát mùi l$ lý cần thiết ph¶i sơc khÝ bỉ sung sau Khư Nitrat 48 24 (2) Xư lý sinh ho¸, nhê c¸c vi khn khư Nitrat tù d−ìng • Methanogenic, Homoaceotogenic, vi khn khư Sulfat, Sử dụng Hydro Cathode (từ trình oxy hoá sắt): Fe(0) + H2O H2 + Fe2+ + OHM Hydrogen: chất nhờng điện tử, tạo lợng cho trình dinh dỡng 2NO3M + H2 N2 + H2O + OHM Fe(0) + NO3# + H2O → Fe2+ + N2 + 12 OH# 49 (3) Advanced Oxidation, Fenton‘s Reagent Raw wastewater Activ sludge Sedimentation Fe2+ or Fe3+ Fe2+ + H2O2 ES Runoff 50 25 (4) Khư Nit¬ bĨ läc sinh häc nhá giät 51 C¬ chÕ khư Nit¬ bĨ läc sinh häc nhá giät 52 26 (5) C«ng nghệ Anammox ĐHTH Delft, H lan Viện Môi trờng Liên bang Thụy sĩ EAWAG ĐHTH Kumamoto, Nhật ĐHTH Hannover, CHLB Đức TT NC CN Cao, Australia (50M60% Q) (40M50% Q) NH4+ + O2 NH4+ + NO2# H+ + NO2 + H2O N2 + 2H2O Vi khuẩn kỵ khí nhóm Planktomyces Environment (pH, to, ) 53 Công nghệ Anammox Nitrification/Denitrification NH4+ Nitritation/ANAMMOX NH4+ O2 40% 0.4 NH4+ NO3CH3OH 3.4 kgkg-1N 0.5 N2 0.75 O2 60% 0.6 NO2no CH3OH 0.5 N2 54 27 NH4+ + 1.32 NO2- + 0.066 HCO3- + 0.13 H+ 1.02 N2 + 0.26 NO3- + 0.066 CH2O0.5N0.15 + 2.03 H2O WWT: Save 25% Oxygen demand, 40% Carbon demand 55 Chemostat/SBR Supernatant SBR Ammonium-NitritMixture NH4 > NO2 Effluent NH4 , NO2 > N2 , NO3 PE- Reactor: V = m3 O2 Nitritation ANAMMOX Scheme of Pilot plant 56 28 Nitrogen Cycle HNO3 NO HNO2 N2O gas aqueous N2 Nitrification Denitrification Anammox NH2OH N2H4 Org-N NH3/NH4+ Anammox: + - NH4+ NO2- NH4 + 1.32NO2 + 0.066HCO3 + 0.13H N2 + 2H2O 1.02N2 + 0.26NO3- + 0.066Biomass+2.03H2O + Reaction Ratios NO NO22－ Rem Rate Rem & Pro Rate ( mg-N/L/h) 35 NO NO33－ prod Rate 30 y = 1.20x 25 20 15 10 y = 0.22x 0 10 15 20 25 30 NH4-N Rem Rate (mg-N/L/h) Anammox NH4+ + 1.32NO2- + 0.066HCO3- + 0.13H + 1.02N2 + 0.26NO3- + 0.066Biomass+2.03H2O 29 Time Course of Nitrogen Conversions Inf NH Inf NO Inf NO Eff N H4 Conc (mg-N/L) Eff N O Eff N O Time ( days) 14 L Reactor and Carrier Gas tank 処理水 effluent 流入水 influent 30 Denitrification treatment of groundwater using poly#β#hydroxybutylate (PHB) as H#donor for denitrification 61 PHB? PHB （Poly-β-Hydroxy Butyrate） ） CH3 H OH O－ －CH―CH2―C O n Powder form Pellet form 62 31 Soil Column Experimental Equipment and Materials Nonwoven fabric PHB “Masa”soil gravel 63 " ! # + #$ $ %#$& '(() * Nitrogen(mg/ Lj Nitrogen Conversions in Batch tests with PHB １３． １３． ６g 64 32 ）ｌ （ "! " - ""! " - "- + " + # NO3-N(mg/l* NO3-N mg/ !!!!!- !!!!!- "! " - ""! " - "- , #+ #+ , 65 TOC Availability in Continuous Flow Soil Column Experiments "! " - ""! " - "- + " + # i nf l ue nt ef f l ue nt of s oi l col umn wi t h 171g PHB ef f l ue nt of s oi l col umn wi t h 85g PHB / #%-00 / #%' * !!!!!- , 66 33 2.5 §iƯn hãa Hòa nớc cần xử lý với nớc muối hay nớc biển cho qua ngăn điện phân với điện cực than Do khác tỷ träng cđa n−íc biĨn (mi) v) dung dÞch, n−íc mi dồn chảy tới đáy Anod v) tạo kết tủa MgNH4PO4 + Mg(OH)2 Các bọt khí H2 xuất Katod lên, theo bọt v) tách Cl2 tạo th)nh Anod đợc tận dụng ®Ĩ khư trïng n−íc xư lý p dơng ®Ĩ khư Nitơ nớc thải công đoạn xử lý bậc 67 Các công nghệ 2.6 Chng cất 2.7 Lọc m)ng: Điện thẩm tách, Điện thẩm tách đảo chiều, thẩm thấu ngợc, Một số trình tự nhiên 2.8 Sử dụng thực vật nớc (tảo, rong, ) hồ / kênh sinh học, 2.9 Lọc nớc qua đất, vv 68 34 ... trình xử lý đạt hiệu suất cao, từ 93.2 – 99.9% (trung b×nh 98.7%) víi thêi gian l−u n−íc HRT tèi thiĨu = h H$m l−ỵng NH4+ sau mô hình xấp xỉ 0.7 mg/l Mô hình đạt đợc độ ổn định theo hiệu xử lý. .. NO3/(m3.ng®) 46 23 Trong trình Khử Nitrat, lợng kiềm sinh nhỏ so với lý thuyết Điều n$y chứng tỏ lợng OH sinh đq để bù v$o lợng H+ từ trình Nitrat hoá trớc Nh vậy, thân nớc xử lý thể đq có đủ kiềm... chun ho¸ NH4+ v$ ®é kiÒm, theo lý thuyÕt dao ®éng tõ 0,8 – 1,1 đợc kiểm chứng từ kết thực nghiệm Lợng bùn d nhiều, h$m lợng CO2 cao l$ yếu tố ảnh hởng đến hiệu qủa xử lý Việc sơc khÝ trùc tiÕp v$