S : nồng độ chất nền trong nước thải ở thời điểm tăng trưởng bị hạn chế K s : hằng số bán tốc độ
6.2. Loại bỏ nitrogen bằng nitrate hĩa/phản nitrate hĩa sinh học
Trong tất cả các phương pháp được sử dụng cho việc loại bỏ nitrogen, thì nitrate hĩa/ phản nitrate hĩa sinh học là tốt nhất vì những lý do sau: (1) hiệu suất loại bỏ cao, (2) tính ổn định và độ chính xác của quá trình cao, (3) dễ điều khiển, (4) diện tích đất yêu cầu thấp, và giá thành hợp lý. Việc loại bỏ nitrogen bằng quá trình nitrate hĩa/phản nitrate hĩa sinh học là một quá trình gồm hai bước. Bước thứ nhất, ammonia được chuyển hĩa hiếu khí thành nitrate (nitrate hĩa). Bước thứ 2, nitrate được chuyển hĩa thành khí nitrogen (phản nitrate hĩa).
6.2.1. Mơ tả quá trình
Việc loại bỏ nitrate bởi sự chuyển hĩa thành khí nitrogen cĩ thể được thực hiện bằng các quá trình sinh học trong điều kiện thiếu khí. Việc làm giảm NO3--N được thực hiện thơng qua đồng hĩa và dị hĩa. Trong quá trình đồng hĩa làm giảm nitrate, NO3--N được chuyển hĩa thành ammonia cho việc sử dụng của tế bào trong tổng hợp sinh học và xảy ra khi NO3--N chỉ là một dạng nitrogen duy nhất cĩ sẵn. Trong quá trình dị hĩa làm giảm nitrate, khí nitrogen được hình thành từ NO3--N: đây là kết quả của quá trình phản nitrate hĩa trong nước thải. Trong hầu hết các hệ thống nitrate hĩa/phản nitrate hĩa, nước thải được nitrate hĩa phải chứa đủ hàm lượng carbon (carbon hữu cơ) để cung cấp nguồn năng lượng cho việc chuyển hĩa nitrate thành khí nitrogen bởi vi khuẩn. Nhu cầu carbon cĩ thể được cung cấp từ các nguồn bên trong như nước thải và nguyên liệu tế bào hoặc từ bên ngồi (ví dụ như methanol).
Bảng 6.3. Sự so sánh việc lựa chọn quá trình nitrate hĩa
Loại hệ thống Thuận lợi Khơng thuận lợi
Nitrate hĩa oxy hĩa carbon kết hợp
Tăng cường chất lơ lửng
Việc xử lý kết hợp carbon và ammonia trong một giai đoạn đơn; ammonia nước thải thấp; dễ kiểm sốt sự ổn định dung dịch trộn nhờ vào tỷ số BOD5/TKN cao.
Khơng cĩ sự bảo vệ đối với các độc chất; sự ổn định trung bình; việc ổn định phải được liên kết với ứng dụng của việc làm sạch cấp hai để thu hồi sinh khối; bể phản ứng yêu cầu phải lớn trong thời tiết lạnh.
Tăng cường kết dính
Xử lý kết hợp carbon và ammonia trong một giai đoạn đơn; việc ổn định khơng cần liên kết với việc làm sạch thứ cấp vì các sinh vật đã được bám vào giá bám.
Khơng cĩ sự bảo vệ chống lại các độc chất; chỉ ổn định trung bình; ammonia nước thải thường 1-3mg/l; khơng ứng dụng được trong mùa lạnh trong tất cả mọi trường hợp.
Nitrate hĩa giai đoạn kép
Tăng cường chất lơ lửng
Cĩ sự bảo vệ tốt chống lại hầu hết các độc chất; hoạt động ổn định; ammonia thấp là cĩ thể được
Nước thải địi hỏi phải cĩ sự kiểm sốt cẩn thận khi tỉ số BOD5/TKN thấp; sự ổn định của hoạt động phải liên kết với hoạt động của việc làm sạch thứ cấp để thu hồi sinh khối; địi hỏi nhiều hạng mục xử lý hơn so với nitrate hĩa oxy hĩa carbon kết hợp.
Tăng cường kết dính
Cĩ sự bảo vệ tốt chống lại với hầu hết các độc chất; hoạt động ổn định; việc ổn định khơng cần liên kết hệ làm sạch thứ cấp vì các sinh vật được kết dính vào chất mang.
Ammonia nước thải thường thấp 1- 3mg/l; địi hỏi nhiều hạng mục xử lý hơn so với nitrate hĩa oxy hĩa carbon kết hợp.
Tốc độ nitrate hĩa cĩ thể được mơ tả bởi cơng thức sau:
U1: tốc độ nitrate hĩa tổng số
U0: tốc độ nitrate hĩa xác định. kg NO3--N/kg chất rắn.d T: nhiệt độ nước thải. 0C.
DO: oxy hịa tan trong nước thải. mg/l.
Giá trị DO trong cơng thức trên cho thấy tốc độ nitrogen giảm đến tiệm cận khơng khi nồng độ oxy hịa tan tiến đến 1mg/l. Tốc độ nitrate hĩa xác định tùy thuộc vào nguồn carbon được cho ở bảng 6.4. ) 1 ( 09 . 1 ( 20) 0 1 U DO U = × T− −
Bảng 6.4. Các tốc độ nitrate hĩa điển hình tùy theo nguồn carbon.
Nguồn carbon Tốc độ nitrate hĩa, U0, kg NO3--N/kg chất rắn.ngày Nhiệt độ, 0C
Methanol 0.21 - 0.32 25
Methanol 0.12 - 0.90 20
Nước thải 0.03 - 0.11 15 - 27
Trao đổi chất nội sinh 0.017 - 0.048 12 - 20