Chế tạo thiết bị lọc nước khử nitơ trong nước ăn uống

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 lợng và sử dụng CO2 làm nguồn cacbon (theo chu trình Calvin) cho chúng sinh trởng. - Quá trình oxy hoá nitrit thành nitrat do enzym nitritoxydaza và Cytochrom oxydaza xúc tác.

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 nớc trong nguyên sinh chất. Khi proton (H+) chuyển ngợc từ ngoài màng qua màng để vào vùng nguyên sinh chất năng l- ợng đợc giải phóng ở dạng ATP. - Ngoài các vi khuẩn tự dỡng ra, quá trình nitrat hoá còn đợc thực hiện bởi một nhóm vi khuẩn dị dỡng có khả năng oxy hoá NH4+ và các hợp chất hữu cơ thành NO2-, NO3- nh : Methylococcus capsulata, Methylomonas.

Quá trình phản nitrat hoá

- Quá trình phản nitrat hoá đợc thực hiện nhờ các loại vi khuẩn kị khí tuỳ tiện nh : Pseudomonas, Alcaligenes, Micrococcus,. Thiobacillus denitrificans .Các vi khuẩn có vai trò quan trọng trong quá trình xử lý các nguồn nớc thải chứa hàm lợng NO3- cao. + Nồng độ nitrat:Trong quá trình phản nitrat hoá, nitrat đợc sử dụng nh là chất nhận điện tử, do đó nồng độ của nó ảnh hởng đến tốc độ quá trình phản nitrat hoá.

+ Nồng độ oxy: Hàm lợng 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. Do đó sự có mặt của oxy tự do sẽ gây ức chế và ức chế hoàn toàn quá trình phản nitrat hoá.

Các phơng pháp sinh học loại bỏ nitơ liên kết trong nớc

Loại hồ này thờng dùng để xử lý nớc thải công nghiệp có độ nhiễm bẩn lớn, ít đợc sử dụng để xử lý nớc 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 trởng và phát triển, ở lớp nớc 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 đợc 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 nớc sẽ. - Đối với các hợp chất chứa nitơ : Đây là quá trình xử lý bằng vi sinh vật a khí bám trên bề mặt chất mang Nitrosomonas, Nitrobacter… .Trong quá trình khử nitơ liên kết ở lọc sinh học, amoni có trong nớc sẽ bị hấp thụ lên lớp ngoài của màng, màng này thờng dày khoảng 0,1-0,4 mm. - ở lớp trong của màng, lợng 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

- Về nguyên tắc, so với nguồn nớc mặt thì thì nớc ngầm sạch hơn về mặt vi sinh, về các chất lơ lửng và ít khả năng bị ô nhiễm bởi các chất thải sinh hoạt và công nghiệp hơn. Trong khi đó nitơ liên kết trong nớc ngầm ở Hà Nội chủ yếu tồn tại dới dạng amôni (22) với hàm lợng cao đáng báo động. - Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thiết bị lọc sinh học sử dụng chất mang này để xử lý nớc ăn uống nhiễm amôni.

Trong quá trình sử dụng chúng tôi đã thấy suất hiện một số hạn chế cần khắc phục nh: Hiệu suất xử lý cha cao,cha tự. Vì vậy để góp phần giải quyết một số vấn đề nêu trên chúng tôi đã tiến hành nghiên cứu : “Hoàn thiện thiết bị lọc nớc khử nitơ liên kết trong nứơc ăn uèng“. 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.

Phơng pháp nghiên cứu

Hàm lợng NH4+ trong dung dịch đợc xác định bằng phơng pháp Nessler có cải tiến[18]. Trớc khi sử dụng phơng pháp Nessler, dung dịch mẫu phải đợc khử tạp chất Tỷ lệ pha loãng dung dịch. 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 bớc 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 bớc sóng 520 nm.

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

NIREF hoạt động theo nguyên lý sinh học nhờ các vi khuẩn nitrat hoá thuộc chi Ntrosomonasse,Ntrobacter và nhóm vi khuẩn nitrat đợc cố định trên vật liệu lọc (các hạt lọc) chứa đầy trong hai khoang của máy. Nớc đợc chẩy vào khoang I ở đây nớc đợc 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 đợc lắp một ống hút khí để làm tăng hàm lợng O2 tạo điều kiện cho quá trình nitrat hoá hoạt động tốt hơn. Trong khi tuần hoàn ở khoang I thì một phần nớc đợc chẩy sang khoang số II, đây là khoang khử nitrat lên ở đây dùng máy bơm đẩy hồi lu không hút không khí và nớc ở đây cũng đợc 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 nớc ra vào máy ). Tiếp theo cấp nớc vào máy với lu lợng nớc nhỏ khoảng 2-3 l/h và để máy chạy khởi động liên tục trong vòng một tuần (mục đích là để vi khuẩn phát triển đầy trên bề mặt hạt lọc). Chất lợng nớc về nitơ liên kết đợc đánh giá bán định lợng bằng thuốc thử Nessler cho NH4+ ( nếu nớc bị nhiễm thì có màu vàng) và Griss cho NO3- (nếu nớc bị nhiễm thì có màu hồng ) (xem hình), nếu khách hàng có nhu cầu thì có thể đa nớc đi phân tích để đánh giá ở một cơ quan có thẩm quyền khác.

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

• Những cải tiến mới

Về cấu tạo thiết bị không có gì khác nhiều so với thiết bị cũ: Thiết bị NIREF có hình trụ gồm ba khoang : khoang nitrat hoá (I), khoang khử nitrat (II) và khoang lọc cơ học (III). 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 nớc đợc tự động. - Lắp đặt hệ thống điều khiển tự động: Hoạt động nh sau :Nớc đợc cấp vào máy sau đó qua từng khoang lọc I và II sau đó chẩy vào khoang III .ở khoang III này có lắp rơne phao điện để ngắt nguồn điện vào máy và vào van từ khi n- ớc trong khoang chứa III đạt mức độ nhất định (quá 2/3 khoang).

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. 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).