Tối ưu hóa hệ thống lọc nước khử nitơ có trong nguồn nước ăn

Giai đoạn oxy hoá Nitrit(Nitrat hoá)

Đa số các nhóm vi khuẩn này đều có cấu tạo tế bào hình que, hình cầu, hình bầu dục…, đây là nhóm vi khuẩn Gram (-). Tất cả các chủng đều có khả năng sử dụng nitrat làm nguồn năng lượng và sử dụng CO2 làm nguồn cacbon (theo chu trình Calvin) cho chúng sinh trưởng. Nếu pH của môi trường nhỏ hơn 7.0 thì tốc độ sinh trưởng và khả năng nitrat hoá của các vi khuẩn này bị giảm.

Điện tử sinh ra trong quá trình này lại đi vào mạch truyền điện tử tới Cytochrom a, Cytochrom c đến Cytochrom oxydaza (aa3) và kết hợp với oxy phân tử tạo thành nước trong nguyên sinh chất. Khi proton (H+) chuyển ngược từ ngoài màng qua màng để vào vùng nguyên sinh chất năng lượng được giải phóng ở dạng ATP. - Ngoài các vi khuẩn tự dưỡng ra, quá trình nitrat hoá còn được thực hiện bởi một nhóm vi khuẩn dị dưỡng có khả năng oxy hoá NH4+ và các hợp chất hữu.

Quá trình phản nitrat hoá

- Quá trình phản nitrat hoá được thực hiện trong điều kiện thiếu khí với sự tham gia của các enzyme nitrit và nitrat – reductara. Sự có mặt của oxy phân tử ức chế hoạt động của các enzyme này và dẫn đến sự kìm hãm quá trình phản nitrat hoá. - Quá trình phản nitrat hoá được thực hiện nhờ các loại vi khuẩn kị khí tuỳ tiện như : Pseudomonas, Alcaligenes, Micrococcus,.

Thiobacillus denitrificans .Các vi khuẩn có vai trò quan trọng trong quá trình xử lý các nguồn nước thải chứa hàm lượng NO3- cao. + Nồng độ nitrat:Trong quá trình phản nitrat hoá, nitrat được sử dụng như là chất nhận điện tử, do đó nồng độ của nó ảnh hưởng đến tốc độ quá trình phản nitrat hoá. + Nồng độ oxy: Hàm lượng oxy hoà tan phải nhỏ hơn 0.1 mg/l vì O2cạnh tranh mạnh mẽ với NO3- trong vai trò là chất nhận điện tử, đồng thời nó còn kìm hãm.

Các phương pháp sinh học loại bỏ nitơ liên kết trong nước

Loại hồ này thường dùng để xử lý nước thải công nghiệp có độ nhiễm bẩn lớn, ít được sử dụng để xử lý nước thải sinh hoạt, vì nó gây mùi thối khó chịu (3). Đặc điểm của các hồ này là tảo và các vi sinh vật khác cùng sinh trưởng và phát triển, ở lớp nước trên của hồ các vi sinh vật hiếu khí sẽ sử dụng oxy hoà tan (một phần do tảo tạo ra) để hô hấp, các chất hữu cơ chứa nitơ sẽ được vi sinh vật oxy hoá thành CO2, H2O, NH4+, NO3-, NO2-. - Kỹ thuật lọc sinh học nói chung dựa trên quá trình hoạt động của vi sinh vật bám trên vật liệu rắn tạo ra màng sinh học.

- Các vi khuẩn này liên kết với nhau trên bề mặt chất mang tạo thành lớp màng vi sinh vật goị là màng sinh học, các chất hữu cơ và vô cơ trong nước sẽ được hấp thụ lên bề mặt màng và được các vi sinh vật sử dụng hoặc chuyển hoá. - Đối với các hợp chất chứa nitơ : Đây là quá trình xử lý bằng vi sinh vật ưa khí bám trên bề mặt chất mang Nitrosomonas, Nitrobacter… .Trong quá trình khử nitơ liên kết ở lọc sinh học, amoni có trong nước sẽ bị hấp thụ lên lớp ngoài của màng, màng này thường dày khoảng 0,1-0,4 mm. - ở lớp trong của màng, lượng oxy bị giảm do các vi khuẩn hiếu khí lớp ngoài sử dụng nên đây là vùng thiếu khí, tạo điều kiện cho các vi khuẩn kỵ khí phát triểnvà xẩy ra quá trình phản nitrat hoá.

Tình hình nghiên cứu công nghệ khử nitơ liên kết ở Việt Nam

Ở nước ta hiện nay nguồn nước cung cấp cho sinh hoạt ở nông thôn cũng như đô thị phần lớn là nước ngầm. - Về nguyên tắc, so với nguồn nước mặt thì thì nước ngầm sạch hơn về mặt vi sinh, về các chất lơ lửng và ít khả năng bị ô nhiễm bởi các chất thải. Trong khi đó nitơ liên kết trong nước ngầm ở Hà Nội chủ yếu tồn tại dưới dạng amôni (22) với hàm lượng cao đáng báo động.

Hơn thế nữa ở một số nhà máy nước mới xây dựng như Cáo Đỉnh, Nam Dư cũng bị nhiễm nặng amôni. - Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thiết bị lọc sinh học sử dụng chất mang này để xử lý nước ăn uống nhiễm amôni. Trong quá trình sử dụng chúng tôi đã thấy suất hiện một số hạn chế cần khắc phục như: Hiệu suất xử lý chưa cao,chưa tự động hoá,và chưa loại được asen, mangan và thiết bị còn cồng kềnh.

Vật liệu

• Dụng cụ và hoá chất

Thiết bị khử nitơ liên kết NIREF Các dụng cụ khác phục vụ quá trình 2.2 Hoá chất và cách pha chế. Các hoá chất có độ tinh khiết cao, một số hoá chất nhập ngoại được sử dụng trong báo cáo này. Bổ sung thêm 30g KOH, khuấy cho tan hết sau đó thêm 10ml dung dịch HgCl2 bão hoà.

Để lắng tránh ánh sáng, sau đó lọc qua giấy lọc và bảo quản trong lọ thuỷ tinh mầu nâu có nút nhám để chỗ tối.

Phương pháp nghiên cứu

Trước khi sử dụng phương pháp Nessler, dung dịch mẫu phải được khử tạp chất. Sau đó nhỏ một giọt EDTA, lắc đều dung dịch.Thêm 2 ml thuốc thử Nessler vào dung dịch mẫu, lắc đều. Nếu trong mẫu nghiên cứu có mặt NH4+ , hỗn hợp dung dịch thuốc thử với Nessler sẽ có màu vàng.

Đo độ hấp thụ màu của dung dịch nghiên cứu và dung dịch chuẩn trên máy quang phổ kế ở bước sóng 420 nm. Đo độ hấp thụ của phản ứng mầu của dung dịch nghiên cứu và dịch chuẩn trên máy quang phổ kế ở bước sóng 520 nm. Hàm lượng NO3- được xác định bằng phương pháp so mầu trên máy quang phổ kế.

Tìm hiểu về thiết bị lọc nước khử nitơ liên kết NIREF

Chất này gay bệnh đường hô hấp ở trẻ nhỏ và kết hợp với một số axit amin trong thức ăn tạo ra một số sản phẩm có thể gây bệnh ung thư cho cả người lớn. NIREF hoạt động theo nguyên lý sinh học nhờ các vi khuẩn nitrat hoá thuộc chi Ntrosomonasse,Ntrobacter và nhóm vi khuẩn nitrat được cố định trên vật liệu lọc (các hạt lọc) chứa đầy trong hai khoang của máy. Nước được chẩy vào khoang I ở đây nước được chẩy quay vòng nhiều lần qua vật liệu lọc nhờ một máy bơm ngầm và ở đây xẩy ra quá trình nitrat hoá NH4+ → NO2- → NO3-, trong khoang này ở đầu ra của máy bơm được lắp một ống hút khí để làm tăng hàm lượng O2 tạo điều kiện cho quá trình nitrat hoá hoạt động tốt hơn.

Trong khi tuần hoàn ở khoang I thì một phần nước được chẩy sang khoang số II, đây là khoang khử nitrat lên ở đây dùng máy bơm đẩy hồi lưu không hút không khí và nước ở đây cũng được quay vòng nhiều lần qua vật liệu lọc nhờ máy bơm rồi chẩy ra ngoài để sử dụng. Sau đó cấp điện cho máy hoạt động liên tục trong khoảng 6-8 giờ để có định vi khuẩn lên vật liệu lọc(trong thời gian này không cho nước ra vào máy ). Chất lượng nước về nitơ liên kết được đánh giá bán định lượng bằng thuốc thử Nessler cho NH4+ ( nếu nước bị nhiễm thì có màu vàng) và Griss cho NO3- (nếu nước bị nhiễm thì có màu hồng ) (xem hình), nếu khách hàng có nhu cầu thì có thể đưa nước đi phân tích để đánh giá ở một cơ quan có thẩm quyền khác.

Thiết bị lọc nước khử nitơ liên kết NIREF đã cải tiến

• Những cải tiến mới

Cũng giống thiết bị lọc nước chưa cải tiến, nguyên lý hoạt động của máy NIREF cải tiến sau khi chẩy qua hai khoang nitrat hoá và khử nitrat thì khong chẩy ra ngoài sử dụng mà qua khoang lọc cơ học III rồi mới ra sử dụng. Về quy trình lắp đặt và vận hành cũng giống thiết bị cũ chỉ khác ở công đoạn cuối cùng thì ta lắp thêm van từ để để quá trình cấp nước được tự động. Máy lọc nước khử nitơ liên kết hiện tại (2006 – 2007) đã có nhiều cải tiến so với trước đây như : Cải tiến được từ máy điều kiển bằng tay sang máy tự động hoàn toàn, thiết bị đơn giản hơn, bớt cồng kềnh mà hiệu quả vẫn cao, công suất ngày càng cao hơn ….

Nh vậy ta thấy kết quả đạt đợc rất tốt nớc đầu ra của hai thiết bị cũ và mới gần nh không thay đổi chứng tỏ việc lắp thêm phần tự động cho máy không ảnh h- ởng tới quá trình làm việc của máy mà phần tự động đã giúp cho ngời sử dụng rất thuận tiện( trong khâu cấp nớc, điện cho máy) và máy hoạt động ổn định hơn. Trong trờng hợp này, cần phải lắp thêm cột lọc phụ bên trong máy, có tác dụng khử Mn và As, vật liệu lọc MF 97 (do viên hoá học Viện khoa học và công nghệ Việt Nam sản xuất ) là chất xúc tác quá trình oxy hoá và hấp phụ As, Mn. - Bình lọc phụ hoạt động nh sau : Nớc sau khi đợc khử nitơ liên kết đợc chẩy theo ống dẫn chẩy vào đáy của bình này và từ đó nớc tự dâng lên qua lớp MF 97 ở đó Mn & As đợc oxy hoá, sản phẩm oxy hoá chúng bị giữ lại trên hạt xúc tác môi trờng (hạt lọc MF 97).