(ii) Q trình nitrat hóa (ơxi hóa) N-amoni:
Nếu phản ứng hiếu khí phân hủy hữu cơ (pt.1) được thực hiện đủ sâu sẽ xảy ra quá trình tiếp theo là nitrat hóa:
(11/20)NH4+ + (15/20)O2 + (4/20)CO2 + (1/20)HCO3
(10/20)NO3 + (20/20)H+ + (9/20)H2O + (1/20)C5H7NO2 (12)
Nghiên cứu nhận thấy sản phẩm của quá trình là N-NO3 và sinh khối đi kèm. Điều kiện của phản ứng này là phải cấp đủ DO (ơxi hịa tan) và nguồn cácbon vơ cơ (độ kiềm). Nếu xem xét kĩ hơn sẽ thấy (12) là tổng của hai quá trình: trước tiên NH4+ sẽ được ơxi hóa thành NO2 (q trình nitrit hóa được thực hiện bởi tập hợp các chủng Nitrosomonas), tiếp theo NO2 sẽ được ơxi hóa tiếp thành NO3 (q trình nitrat hóa được thực hiện bởi tập hợp các chủng Nitrobacter). Để đơn giản hóa ta thể hiện hai quá trình này dưới dạng phương trình tổng (12).
Trong thực tế N-amơni được xử lí qua hai giai đoạn: nitrat hóa (pt.2) và tiếp theo khử nitrat sinh ra theo (pt.3), ở đây khơng có ơxi nên q trình này được gọi là q trình thiếu khí:
23
thải :
(1/5)NO3 + (0,5/50)NH4+ + (2/50)C10H19NO3 + (0,5/50)HCO3 + (1/5)H+
(8/50)CO2 + (5/50)N2 + (16,5/50)H2O + (2,5/50)C5H7NO2 (13)
Trong các hệ bùn hoạt tính, ba phương trình trên là đủ khái qt q trình xử lí nước thải đối với các thành phần hữu cơ (thể hiện qua COD và BOD5) và N (thể
hiện qua N-amơni và N-nitrat). Nếu thực hiện cả q trình khử nitrat nghĩa là làm giảm tổng N (pt.3) ta có mức xử lí cấp 3 về khía cạnh T-N.
Kết quả của q trình hiếu khí ở (11) là các chất ơ nhiễm hữu cơ bị phân hủy thành CO2 + H2O, giảm các thông số BOD/COD nghĩa là q trình (11) chỉ xử lí ơ nhiễm hữu cơ, quá trình này chỉ được thực hiện tốt khi DO 2mg/L. Nếu tiếp tục
sục khí cấp ơxi, q trình nitrat hóa sẽ được thực hiện (12), khi đó N-amơni sẽ chuyển hóa thành N-nitrit rồi thành N-nitrat. Để thực hiện phản ứng (12) hệ cần được cấp đủ DO như trên và độ kiềm (HCO3-). Một số hệ xử lí cấp 2 cũng đạt đến mức độ nitrat hóa này.
Các q trình đã nêu sẽ được VSV thực hiện hồn hảo khi các điều kiện sống của chúng được đảm bảo, đó là các điều kiện về: pH (phải trung tính hoặc gần); khơng có chất độc hoặc có ở mức khơng nguy hiểm (các kim loại nặng, nhiều loại hóa chất); tỷ lệ các chất (tỷ lệ C:N:P) tạo nên tế bào vi sinh, mật độ vi sinh phải phù hợp; phải có đầy đủ các nguyên tố vi lượng; nồng độ ôxi (DO), nhiệt độ phù hợp… Trong các điều kiện kể trên thì nước thải từ q trình ni tơm STC đáp ứng hầu hết các yêu cầu đối với q trình VSV. Ở đây nhu cầu hóa chất là tối thiểu, chi phí cơ bản là điện năng thực hiện các cơng tác cấp khí và vận hành các bơm, máy khuấy, chi phí xử lí bùn … Đây là lí do chính để lí giải tại sao cơng nghệ vi sinh ln là sự lựa chọn hàng đầu. Chi phí vận hành chủ yếu là chi phí nhân cơng, điện năng, chi phí sát trùng và xử lí sản phẩm phụ (ln có) là bùn – chủ yếu là sinh khối dư phát sinh do bản chất q trình chuyển hóa.
Để hiện thực hóa các q trình trên một cách hiệu quả nhất người ta đã phát minh ra hàng loạt các kĩ thuật, trong đó thuộc lâu đời nhất, hồn chỉnh nhất về mặt lí luận và phổ biến nhất là cơng nghệ bùn hoạt tính. Bản thân cơng nghệ là khái niệm bao gồm các quá trình cần thực hiện và hệ thống thiết bị, kĩ thuật phù hợp để thực hiện các q trình đó. Về khía cạnh này bùn hoạt tính sẽ được thực hiện theo sơ đồ cơng nghệ Hình 1.4.
Theo sơ đồ Hình 1.4, nước thải lần lượt phải trải qua các bước (các đơn vị xử lí) sau: 1) Tách rác, 2) Tách cát, dầu mỡ và rác nổi (điều hịa khơng thể hiện trên hình, đây được coi là các bước tiền xử lí) 3) Bể lắng cấp một (quy mơ nhỏ có
qua, đây được coi là xử lí cấp 1) 4) Bể phản ứng vi sinh 5) Bể lắng cấp hai
6) Sát trùng (khơng thể hiện trên hình). Đến đây, về nguyên tắc, nước thải đã đạt các tiêu chuẩn về hữu cơ, về sinh học.
Để các quá trình vi sinh trong hệ bùn hoạt tính được thực hiện hồn hảo, mật
độ vi sinh X cần có trong Bồn phản ứng (4) phải ổn định (X thường có các giá trị nằm trong khoảng 2-3 g/L, tối đa là 5g/L). Để ổn định X, bùn lắng từ Bể lắng cấp hai (5) phải được tuần hoàn một phần về đầu vào Bể phản ứng (4), phần bùn dư từ (5) sẽ được tách ra và cùng với bùn từ Bể lắng cấp một (2) đi xử lí bùn hoặc thải bỏ đúng cách.