b. Nhu cầu chất hữu cơ.
Quá trình khử nitrate địi hỏi phải cung cấp nguồn carbon phân hủy sinh
học. Điều này cĩ thể thực hiện bằng một trong ba cách sau đây:
- Cấp nguồn carbon từ bên ngồi như methanol, nước thải đơ thị hoặc
acectatẹ
- Sử dụng BOD của chính nước thải làm nguồn carbon, thực hiện bằng
cách:
> Tuần hồn lại phần lớn nước sau khi đã nitrate hĩa đến vùng thiếu khí ở vị trí đầu sơ đồ.
> Dẫn một phần nước thải thơ đầu vào hay đầu ra sau xử lý sơ bộ vào
vùng chứa nitratẹ
- _ Sử dụng nguồn carbon của chính tế bào do quá trình hơ hấp nội sinh. Ảnh hưởng của chất hữu cơ đến hiệu quả quá trình khử nitratẹ
- - Nồng độ chất nhận electron hiện diện gồm nitrate, nitrite, DO và sulfatẹ
Sư hiện diện của DO phải loại trừ trước khi tiến hành khử nitratẹ
- _ Bản chất tự nhiên của chất cho electron: Hợp chất hữu cơ được vi sinh vật sử dụng làm nguồn electron cho quá trình trao đổi năng lượng cũng như nguồn carbon cho tổng hợp tế bàọ Những hợp chất vơ cơ như H; và S“ chỉ cung cấp
electron cho trao đổi năng lượng.
- - Mức độ khử nitrate: Sự thiếu chất hữu cơ làm cho quá trình chuyển đổi bị ngưng, dẫn đến nitrate chuyển hĩa khơng hồn tồn.
- _ Ảnh hưởng của tốc độ sinh trưởng riêng của vi khuẩn khử nitrate đến nhu cầu chất hữu cơ. Ảnh hưởng này đáng kể đối với các hệ thống sử dụng nguồn
carbon bổ sung từ bên ngồị
Nghiên cứu, ng dụng quả trình ainh học nitrate hĩa và khử nitrate bằng mơ hình liên Lục xử lý nitØ Lrong nước rỏ rỉ bãi rác cũ
c. Độ kiềm sinh rạ
Theo McCarty (1969): Độ kiểm sinh ra được tính tốn phương trình phản ứng sau:
NO; + 1.0SCHOH +0.24H;CO; —> 0.065 C;H;O¿N + 0.47/N; +
1.44HO + 0.7ĩCO; + OH: (2.2.6
Do đĩ, độ kiểm sinh ra 3.57 mgCaCOz/mgNO:-N bị khử khi NO;-N được
sử dụng cho tổng hợp tế bàọ Trong nước thải cĩ sẵn ammonia thì độ kiểm sinh ra ít hơn do một phần nitrate chuyển thành ammonia cho tổng hợp tế bào được thay thế bởi ammonia cĩ sẵn.
2.2 _ Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình khử nitrate ạ Loại và nồng độ chất hữu cơ chứa carbon
Chất hữu cơ hịa tan, phân hủy sinh học nhanh thúc đẩy tốc độ khử nitrate nhanh nhất. Mặc dù methanol được sử dụng phổ biến, nhưng Monteith và cộng
sự (1980) tìm thấy 22-30 loại nước thải cơng nghiệp như chất thải bia và cồn rượu thúc đẩy tốc độ khử nitrate nhanh hơn methanẹ
b. Ơxy hịa tan (DO)
Quá trình khử nitrate xẩy ra trong điều kiện thiếu khí nên sự hiện diện
DO ảnh hưởng đáng kể đến hiệu quả quá trình vì sự hiện diện của ơxy ức chế các enzyme khử nitrite, làm chậm tốc độ khử nitritẹ Ơxy ức chế các enzyme
khử nitrite mạnh hơn các enzyme khử nitrate, nhưng quá trình vẫn cĩ thể xảy ra trong điều kiện hiếu khí như trường hợp của mương ơxy hĩa khử nitơ.
Theo các nghiên cứu của Skerman và MacRae (1957), Terai và Mori
(1975) cho biết lồi Pseudomonas bị ức chế ở DO > 0.2 mg/l. Nelson và
Knowles (1978) cho biết khử nitrate bị dừng khi DO = 0.13 mg/1. Wheatland et.
al (1959) cho thấy tốc độ khử nitrate ở DO = 0.2 mg/1 chỉ bằng một nửa tốc độ
Nghiên cứu, ứng dụng quá trình ainh học nitrate hĩa và khử nitratc bằng mơ hình liên tục xử lý niLơ trong nước rỏ rÏ bãi rác cũ khử nitrate ở DO = 0 mg/1. DO tăng lên 2 mg/1 thì tốc độ khử nitrate chỉ bằng
10% ở DO là 0 mgiỊ
c. Độ kiểm và pH
Quá trình khử nitrate sinh ra độ kiểm, acid carbonic chuyển thành
bicarbonatẹ Độ kiểm tạo ra trong phản ứng khử nitrate làm tăng pH, thay vì bị giảm trong phản ứng nitrate hĩạ Trái ngược với vi khuẩn nitrate hĩa, người ta ít
quan tâm đến ảnh hưởng pH lên tốc độ khử nitratẹ Một số nghiên cứu xác định pH tối ưu cho quá trình nằm giữa 7-8. Cụ thể cịn tùy thuộc vào lồi vi khuẩn
hiện diện và đặc tính nước thảị Phương trình sau được sử dụng để mơ tả ảnh hưởng pH lên tốc độ sinh trưởng riêng của vi khuẩn khử nitrate:
HxNo= HxNwomax[1/(1-1022:PP -10PE-®)]
Theo nghiên cứu của Dawson và Murphy (1972) cho biết tốc độ khử nitrate ở pH = 6 và 8 bằng một nửa ở pH = 7 cho cùng một mẻ nuơi cấỵ
Nommik (1956), Wiljer và Delwiche (1954), Bremner và Shaw (1958) cho thấy
tốc độ khử nitrate khơng bị ảnh hưởng khi pH từ 7-8. pH từ 8-9.5 và từ 4-7 thì
tốc độ khử nitrate hĩa giảm tuyến tính. Điều kiện pH trung hịa, sự chuyển đổi khí nitrous thành khí nitơ chiếm ưu thế.
d. Nhiệt độ
Nhiệt độ ảnh hưởng lên cả tốc độ sinh trưởng của vi khuẩn và tốc độ khử
nitratẹ Vi khuẩn khử nitrate phát triển ở nhiệt độ từ 5-25C. Ở khoảng nhiệt độ
này, tốc độ tăng gấp đơi khi nhiệt độ tăng 10C.
M#xr = Hx¿ọ 0” Trong đĩ :
xr› xao: tốc độ phần ứng khử nitrate hĩa ở T°C và 20C.
Nghiên cứu, ứng dụng quá trình ainh học niLrate hĩa và khử nitrate bằng mơ hình liên Lục xử lý nitơ trong nước rỏ r bãi rác cũ
ẹ Thời gian lưu bùn (SRT: Solid retention tỉme)
Lượng nitrate sẽ được khử trong quá trình ứng với lượng chất hữu cơ đã cho phụ thuộc vào thời gian lưu bùn. Thời gian lưu bùn lâu hơn, chất cho
electron (chất hữu cơ) sẽ đi đến chất nhận electron (nitrate) nhiều hơn là đi vào sinh khối, lượng nitrate sẽ bị khử nhiều hơn. Tỉ số AS/AN là lượng chất hữu cơ
sử dụng tính theo COD phải được cung cấp để loại bỏ lượng nitrate đã cho phụ
thuộc vào SRT. Số lượng chất cho electron sẽ giảm khi thời gian lưu bùn tăng
do xảy ra phân hủy nội bàọ
3.3... MỘT SỐ CƠNG TRÌNH SINH HỌC KHỬ NITƠ
Hai dạng cơng trình sinh học đã được ứng dụng để khử nitơ trong nước thải đĩ là cơng trình sinh học sinh trưởng lơ lững và bám dính.
3.3.1 QUÁ TRÌNH LUDZACK-ETTINGER HIỆU CHỈNH (1973)
Quá trình này được để nghị bởi Barnad (1973). Nitrate hĩa và khử nitrate hĩa xảy ra trong cùng một bể. Nitrate hố xảy ra trong vùng hiếu khí phía sau,
khử nitrate hố xảy ra trong vùng thiếu khí phía trước. Nguồn carbon hữu cơ cần thiết cho quá trình khử nitrate hố được lấy từ dịng nước thải đầu vàọ Quá trình này cĩ thể kiểm sốt tồn bộ phân khử nitrate bằng cách thay đổi tỉ số dịng tuần hồn. Tổng hiệu suất khử nitơ và tốc độ nitrate hĩa của quá trình được gia
tăng. Thể tích vùng khử nitrate hĩa nhỏ hơn khi so với quá trình Wuhrmann và Ludzack-Ettinger. Tuần hồn bùn lơng Bùn tuần hồn . | Bùn dự
Hình 3: Sơ đồ quá trình LUDZACK - ETTINGER hiệu chỉnh (1973)
Nghiên cứu, ứng dụng quả trình ainh học nitrate hĩa và khử nitrate bằng mơ hình liên tục xử lý niLơ trong nước rỏ rÏ bãi rác cũ 3.3.2 QUÁ TRÌNH BARDENPHOT*
Quá trình gồm 4 vùng hiếu khí và thiếu khí xen kẽ, dịng tuần hồn từ vùng hiếu khí đầu tiên đến vùng thiếu khí đâu chuỗi với lưu lượng 4-6 lần lưu
lượng vàọ Quá trình khử nitơ hồn thiện hơn so với quá trình một, hai, ba bậc.
Vùng thiếu khí thứ nhất khơng đạt được khử nitrate hồn tồn thì vùng thiếu khí
thứ hai khử bổ sung thêm và hầu như khử lượng nitrate từ vùng hiếu khí thứ hai
sang một cách hồn tồn và sử dụng carbon từ quá trình hơ hấp nội sinh của vi
sinh vật. Vùng hiếu khí sau cùng khử khí nitơ ra khỏi hỗn hợp bùn lỏng để ngăn
ngừa bùn nổi ở bể lắng đợt haị Tuần hồn bùn lỏng
Bùn tuần hồn
Hình 4: Sơ đồ quá trình Bardenpho”"
3.3.3. SBR (SEQUENCING BATCH REACTORS)
Nạp đầy Thổi khí Khuấy Lắng Tháo Chờ
Hình 5: Các giai đoạn của quá trình SBR
Các giai đoạn của quá trình SBR xảy ra nối tiếp nhau trong cùng một bể. Chuỗi nối tiếp các giai đoạn của quá trình xử lý gồm: Nạp đầy, phản ứng, lắng,
tháo ra và chờ.
Nghiên cứu, ứng dụng quá trình sinh học nitraLe hĩa và khử nitrate bằng mơ hình liên Lục xử lý niLƠ trong nước rị rỉ bãi rác cũ
Khử nitơ trong SBR cĩ thể chia thành hai giai đoạn sau:
- _ Giai đoạn 1: Giai đoạn đầu tiên là giai đoạn thổi khí nhằm kết hợp ơxy hĩa carbon và nifrate hĩạ
- - Giai đoạn2: Giai đoạn hai là giai đoạn thiếu khí thực hiện quá trình khử
nitratẹ
3.3.4. MƯƠNG ƠXY HĨA
Quá trình ơxy hĩa carbon, nitrate hĩa và khử nitrate xảy ra trong mương
trong các vùng hiếu khí và thiếu khí được tạo ra chạy dọc theo chiều dài mương. Trong mương ơxy hĩa, DO sẽ cao nhất trong vùng xáo trộn và giảm dần dọc theo chiều dài mương do sự tiêu thụ ơxy của sinh khối khi hỗn hợp bùn lỏng
di chuyển quanh mương. Sau khi đủ thời gian di chuyển, vùng thiếu khí sẽ được
tạo ra phía sau tính từ thiết bị xáo trộn cơ khí.
Nhược điểm của mương ơxy hĩa ứng dụng để khử nitơ là tốc độ nitrate hĩa và khử nitrate sẽ thấp do thời gian lưu bùn tương đối lâu cho quá trình nitrate hĩa, nỗng độ chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học thấp và do nồng độ DO tiếp giáp giữa hai vùng thiếu khí và hiếu khí. Do đĩ lượng sinh khối sẽ lớn để bù lại tốc độ phản ứng chậm.
Hình 6: Sơ đồ mương ơxy hĩa khử nitơ
Nghiên cứu, ứng dụng quá trình ainh học nitrate hĩa và khử nitrate bằng mơ hình liên Lục xử lý niLơ trong nước rị rÏ bãi rác cũ
3.3.5. BIOERG
Cơng nghệ BIOERG được đưa ra bởi cơng ty thiết bị mơi trường Nhật
Bản Ebara, ứng dụng để khử nitơ kết hợp với khử phosphọ Bể gồm 3 ngăn kị khí, thiếu khí và hiếu khí kế tiếp nhau và cĩ các đặc trưng sau:
- - Khử nitơ và phospho kết hợp.
- _ Kết hợp giữa sinh trưởng lơ lững và sinh trưởng dính bám bằng cách thêm
vào các giá thể dạng viên cĩ đường kính 3-5 mm chế tạo từ polyethylen
gølycol trong ngăn thổi khí để thúc đẩy và ổn định quá trình nitrate hĩạ
- - Giảm thời gian xử lý.
- _ Tiết kiệm năng lượng vận hành.
- _ Tách các giá thể ở đâu ra bằng lưới chắn cĩ kết cấu đặc biệt.
- _ Dễ áp dụng cho các trạm xử lý đang hoạt động. Tuần hồn bùn lỏng
Bùn tuần hồn | Bùn dư
Hình 7: Sơ đơ cơng nghệ BIOERG kết hợp khử nitơ và phospho
Nghiên cứu, ứng dụng quá trình sinh học nitratc hĩa và khử nitratc bằng mơ hỉnh liên tục xử lý nitơ trong nước rỏ rỉ bối rác cũ 25-30 vịng/phút sao cho khơng quá mạnh tránh phá vỡ bơng bùn và cũng khơng
quá yếu để bùn lắng. Lượng carbon bổ sung vào bể thiếu khí là mật rỉ đường, mật rỉ được bơm vào bể bằng bơm định lượng. Lượng mật rỉ bổ sung vào bể
được xác định bằng thực nghiệm. Thời gian lưu nước trong bể là 8 giờ, sau đĩ
nước sẽ tự chảy qua bể khử khí. Khí sinh ra trong bể thiếu khí sẽ được thu và
được hấp thu bằng dung dịch xút NaOH, khí sinh ra ở đây chủ yếu là khí Nitơ,
metan, CO, H;sS...
r? ° -
4.1.3 BÉ KHỨƯ KHÍ
Bể khứ khí hình chữ nhật cĩ thể tích hữu ích V = 2.5 lít. Thời gian lưu
nước trong bể là 5 giờ, sau đĩ nước sẽ tự chảy ra bể chứa sau xử lý, Khí được
cung cấp vào bể bằng máy thổi khí và khuếch tán vào nước thải bằng cục đá bọt phân phối khí. 8 ị 7] 798 9 1 CS. — ỜÌ Fl:IE= =— 1L. 2 xX ĩ 1D TH Lý 4 LÍ
Hình 8: Mơ hình khử niơ riêng biệt liên tực Ghi chú
1: Hồ chứa; 5: Ngăn lắng: 9: Bơm nước rác;
2: Bể hiếu khí; 6: Bể khử khí; 10: Bể chứa sau xử lý;
3: Ngăn lắng: 7: thùng chứa mật rỉ đường: 11: Motor, cánh khuấy;
4: Bể thiếu khí 8: Bơm mật rỉ đường: 12: Bình thu khí.