1.3. Các phương pháp xử lý N và P trong nước tiểu
1.3.3. Xử lý đồng thời nitơ và photpho
Một số nguồn thải chứa đồng thời photphat và amoni với hàm lượng khá cao như nước thải chế biến thủy sản, nước giết mổ, nước thải chuồng trại hay từ các bể phốt, đặc biệt là nước chiết ra từ các bể ủ (phân hủy) bùn vi sinh yếm khí hoặc hiếu khí.
Các phương pháp áp dụng để xử lý hợp chất nitơ thực chất là áp dụng giải pháp phân hủy hợp chất mà chính con người phải tốn công sức để chế tạo, vì vậy việc thu hồi đồng thời cả thành phần nitơ và photpho để tái sử dụng là
phương hướng rất hấp dẫn. Một số phương pháp khi sử dụng, đồng thời xử lý cả hợp chất nitơ và photpho, có biện pháp chỉ là hệ quả kèm theo và có những biện pháp được xây dựng trên kết quả nghiên cứu công phu và chủ động áp dụng.
Những phương pháp mang tính hệ quả có thể kể ra là: quá trình xử lý đơn lẻ như lắng thứ cấp, xử lý bậc hai, xử lý với thủy thực vật. Các quá trình trên luôn liên quan đến các quá trình sinh hóa mà thành phần tế bào của chúng luôn chứa N, P, nguồn chất mà vi sinh vật hay thực vật lấy từ nguồn nước. Quá trình lắng sơ cấp loại bỏ được một phần hợp chất nitơ, photpho ở dạng không tan, không có tác động đến dạng tan. Hiệu quả loại bỏ nitơ, photpho trong các quá trình đơn lẻ trên không cao, đạt mức [27]:
- Trong quá trình xử lý sơ cấp: 5 - 10% N, P.
- Trong xử lý thứ cấp: 10 - 20% N, P.
- Xử lý thứ cấp + nitrat hóa: 20 - 30% N, P.
1.3.3.1. Phương pháp sử dụng thủy thực vật
Dựa vào khả năng hấp thu nitơ và photpho của thủy thực vật, phụ thuộc trực tiếp vào hiệu suất sinh khối thực, tức là phụ thuộc vào điều kiện ngoại cảnh và loài thực vật cụ thể. Tuy nhiên, phương pháp này có hạn chế khi nguồn thải đầu vào có nitơ và photpho với hàm lượng cao như nguồn nước chiết qua quá trình ủ bùn yếm khí, nước thải chuồng trại sau bể ủ biogas..
1.3.3.2. Phương pháp sử dụng kỹ thuật mẻ
Một hệ thống xử lý nước thải tiên tiến là một tổ hợp của các đơn vị công nghệ xử lý yếm khí, hiếu khí, thiếu khí được bố trí theo một trật tự nào đó phụ thuộc vào mục tiêu xử lý đặt ra. Trật tự bố trí tổ hợp yếm khí - thiếu khí - hiếu khí thích hợp cho phép loại bỏ đồng thời hợp chất nitơ, photpho trong quá trình xử lý, ví dụ trong các quá trình A2O, Bardenpho năm giai đoạn, Biodenpho, UCT, VIP. Thứ tự thực hiện các giai đoạn xử lý hiếu khí - thiếu khí - yếm khí cũng có thể thực hiện được trong cùng một thiết bị phản ứng theo kỹ thuật
mẻ kế tiếp giai đoạn, tức là thực hiện phương thức vận hành theo thời gian.
1.3.3.3. Phương pháp kết tủa Struvite
Đồng thời loại bỏ hợp chất nitơ và photphat bằng cách kết tủa chúng với ion magie tạo thành hợp chất có độ tan thấp là struvite, MgNH4PO4- một dạng phân bón tổng hợp (N, P) nhả chậm có chất lượng cao.
Phương pháp này thích hợp cho nước thải có nồng độ cao, ví dụ nước chiết ra từ quá trình phân hủy bùn (vi sinh) yếm khí, nước thải chuồng trại sau bể ủ biogas...
Với mục tiêu thu hồi, mục tiêu ―làm sạch hợp chất nitơ hoặc photpho hoặc cả hai cũng là đối tượng đáng quan tâm: khi ưu tiên một đối tượng nào đó, ví dụ photpho thì cần sử dụng dư các hóa chất khác, (NH4+ và Mg2+). Phản ứng kết tủa struvite theo kỹ thuật mẻ có thể thực hiện trong thời gian 4 phút ở nhiệt độ thường, tại pH = 8,5, tỉ lệ mol Mg/P = 1, nồng độ struvite trong khối sản phẩm đạt 10 - 20%. Hiệu quả loại bỏ photpho là 92% với nồng độ dư là 17 mg/l [28].
Kết tủa struvite cũng có thể thực hiện theo kỹ thuật phản ứng dòng chảy hoặc dạng lưu thể (fluidized bed) [28,29]. Struvite có cấu trúc tinh thể, cấu trúc tinh thể hình thành từ lúc bắt đầu cho tới sau 18 giờ với kích thước khác nhau tùy điều kiện kết tủa.
Kết tủa struvite trên cơ sở đưa mầm kết tinh ban đầu (là struvite) trong kỹ thuật tầng lưu thể cho thấy hiệu quả xử lý (tốc độ) đạt cao khi tinh thể ban đầu có kích thước nhỏ, tức là cần duy trì diện tích tiếp xúc lớn giữa mầm tinh thể và những tiểu phần tan trong dung dịch, mặt khác dạng tinh thể nhỏ (0,3 mm) dễ sử dụng làm phân bón hơn loại có kích thước lớn (0,5-1,5 mm) [29].
Thu hồi amoni và photphat dưới dạng chất kết tủa struvite tỏ ra hấp dẫn về nhiều phương diện, về mặt kỹ thuật nó thích hợp cho nước thải chứa các hợp chất trên với nồng độ cao (ví dụ 100 - 5000 mgN/l) nhưng giá thành xử lý cao [9].
Trong quá trình ủ bùn yếm khí tại hệ thống xử lý nước thải Virginia (sinh khối dư từ quá trình xử lý bùn hoạt tính), xác vi sinh bị phân hủy, tiết ra amoni và photphat. Sau thời gian ủ 9 tháng, nồng độ photphat tan tăng từ 50 lên 300 mgP/l, photpho tổng tăng từ 350 lên 1100 mgP/l, amoni tăng từ 316 lên 390 mgN/l cho thấy hàm lượng photpho chủ yếu nằm ở dạng lắng (ví dụ apatit). Kết tủa thành phần tan, kết hợp với phần cặn lắng tạo ra loại phân bón NutraGreen lưu hành trên thị trường địa phương với giá 1USD/18,2 kg.