Quỏ trỡnh chuyển NO3- NO2- NO N2O N2 với việc sử dụng metanol làm nguồn cacbon được biểu diễn bằng cỏc phương trỡnh sau đõy:
2.5.2 Nitrat húa
Nitrat hoỏ là một quỏ trỡnh tự dưỡng (năng lượng cho sự phỏt triển của vi khuẩn được lấy từ cỏc hợp chất oxy hoỏ của Nitơ, chủ yếu là amoni. Ngược với cỏc vi sinh vật dị dưỡng cỏc vi khuẩn nitrat hoỏ sử dụng CO2 (dạng vụ cơ) hơn là cỏc nguồn cacbon hữu cơ để tổng hợp sinh khối mới. Sinh khối của cỏc vi khuẩn nitrat hoỏ tạo thành trờn một đơn vị của quỏ trỡnh trao đổi chất nhỏ hơn nhiều lần so với sinh khối tạo thành của quỏ trỡnh dị dưỡng.
Quỏ trỡnh Nitrat hoỏ từ Nitơ amoni được chia làm hai bước và cú liờn quan tới
hai loại vi sinh vật, đú là vi khuẩn Nitơsomonas và vi khuẩn Nitơbacteria. Ở giai
đoạn đầu tiờn amoni được chuyển thành nitrit và ở bước thứ hai nitrit được chuyển thành nitrat.
41
Bước 2. NO-2 + 0,5 O2 NO3-
Cỏc vi khuẩn Nitơsomonas và vi khuẩn Nitơbacteria sử dụng năng lượng lấy từ
cỏc phản ứng trờn để tự duy trỡ hoạt động sống và tổng hợp sinh khối. Cú thể tổng hợp quỏ trỡnh bằng phương trỡnh sau :
NH4- + 2 O2 NO3- + 2H+ + H2O (*)
Cựng với quỏ trỡnh thu năng lượng, một số ion amoni được đồng hoỏ vận chuyển vào trong cỏc mụ tế bào. Quỏ trỡnh tổng hợp sinh khối cú thể biểu diễn bằng phương trỡnh sau :
4CO2 + HCO3- + NH+4 + H2O C5H7O2N + 5O2
C5H7O2N tạo thành được dựng để tổng hợp nờn sinh khối mới cho tế bào vi khuẩn.
Toàn bộ quỏ trỡnh oxy hoỏ và phản ứng tổng hợp được thể hiện qua phản ứng (*) : NH4++1,83O2+1,98 HCO3- 0,021C5H7O2N + 0,98NO3-+1,041H2O+1,88H2CO3
Lượng oxy cần thiết để oxy hoỏ amoni thành nitrat cần 4,3 mg O2/1mg NH4+. Giỏ trị này gần bằng với giỏ trị 4,57 thường được sử dụng trong cỏc cụng thức tớnh toỏn thiết kế. Giỏ trị 4,57 được xỏc định từ phản ứng (*) khi mà quỏ trỡnh tổng hợp sinh khối tế bào khụng được xột đến.
2.5.3 Khử nitrit và nitrat:
Trong mụi trường thiếu oxy cỏc loại vi khuẩn khử nitrit và nitrat Denitrificans
(dạng kị khớ tuỳ tiện) sẽ tỏch oxy của nitrat (NO3-) và nitrit (NO2-) để oxy hoỏ chất hữu cơ. Nitơ phõn tử N2 tạo thành trong quỏ trỡnh này sẽ thoỏt ra khỏi nước.
+ Khử nitrat :
NO3- + 1,08 CH3OH + H+ 0,065 C5H7O2N + 0,47 N2 + 0,76CO2 + 2,44H2O + Khử nitrit :
42
NO2- + 0,67 CH3OH + H+ 0,04 C5H7O2N + 0,48 N2 + 0,47CO2 + 1,7H2O Như vậy để khử nitơ cụng trỡnh xử lý nước thải cần :
- Điều kiện yếm khớ ( thiếu oxy tự do ) - Cú nitrat (NO3- ) hoặc nitrit (NO2-) - Cú vi khuẩn kị khớ tuỳ tiện khử nitrat; - Cú nguồn cacbon hữu cơ
- Nhiệt độ nước thải khụng thấp.
2.6 Cỏc dõy chuyền và cụng trỡnh xử lý nitơ trong nước thải
2.6.1 Dõy chuyền cụng nghệ xử lý nitơ
- Quỏ trỡnh hậu phản (Post - denitrification)
Nitrat húa (Xử lý sinh học bậc 2) Phản nitrat(Xử lý bậc 3)
Hỡnh 2.3: Sơ đồ dõy chuyờn xử lý Nitơ trong nước thải - Quỏ trỡnh hậu phản - Quỏ trỡnh tiền phản (Pre – denitrification)
Khử nitrat (Oxi húa hợp chất hữu cơ trong điều kiện kỵ khớ) nitrat húa (xử lý bậc 2) (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Nước thải sau xử lý Nước thải trước xử lý
Bùn tuần hồn
Có thể bổ sung nguồn cácbon hữu cơ
Bể lắng Anoxic
Aeroten (XLSH hồn tồn hay thổi khí kéo dài) + Ơxy hóa hiếu khí chất hữu cơ + Nitrat hóa
+ Khử nitrat hóa
Bùn dư
NO3
43
Hỡnh 2.4: Sơ đồ dõy chuyờn xử lý Nitơ trong nước thải – Quỏ trỡnh tiền phản - Quỏ trỡnh kết hợp 2 phương phỏp trờn bằng cỏch trỏo đổi cỏc quỏ trỡnh nitrat - Quỏ trỡnh kết hợp 2 phương phỏp trờn bằng cỏch trỏo đổi cỏc quỏ trỡnh nitrat
húa và phản nitrat
Nước thải sau xử lý Nước thải sau xử lý bậc I
Bùn tuần hồn Cấp khí Bể lắng Aerobic Anoxic Bùn dư NO3
(thổi khí kéo dài)
Bùn dư Anoxic
Aerobic
Bể lắng
Bùn tuần hồn
Nước thải sau xử lý bậc I Nước thải sau xử lý
A B C1 C2 B A
Nước thải sau xử lý
Bùn tuần hoàn
Bể lắng Aerobic
Bùn dư Aerobic
44
Hỡnh 2.5: Sơ đồ dõy chuyờn xử lý Nitơ trong nước thải – Kết hợp 2 quỏ trỡnh tiền phản và hậu phản
C3
B A
Nước thải sau xử lý Nước thải sau xử lý bậc I
Bùn tuần hoàn Bể lắng Aerobic Anoxic Bùn dư Bùn dư Aerobic Bể lắng Bùn tuần hoàn (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Nước thải sau xử lý bậc I Nước thải sau xử lý
A
B C4
45
2.6.2 Một số dạng cụng trỡnh kết hợp xử lý BOD/N
2.6.2.1 Kờnh oxy hoỏ tuần hoàn
Hỡnh 2.6: Sơ đồ dõy chuyờn xử lý Nitơ trong nước thải – Kờnh oxy húa tuần hoàn
Kờnh oxy hoỏ tuần hoàn hoạt động theo nguyờn lý thổi khớ bựn hoạt tớnh kộo dài. Quỏ trỡnh thổi khớ đảm bảo cho việc khử BOD và ổn định bựn nhờ hụ hấp nội bào. Vỡ vậy bựn hoạt tớnh dư ớt gõy hụi thối và khối lượng giảm đỏng kể.
Cỏc chất hữu cơ trong cụng trỡnh hầu như được oxy hoỏ hoàn toàn, hiệu quả khử BOD đạt 8595%. Trong vựng hiếu khớ diễn ra quỏ trỡnh oxy hoỏ hiếu khớ cỏc chất hữu cơ và nitrat hoỏ. Trong vựng thiếu khớ (hàm lượng oxy hoà tan thường dưới 0,5 mg/l) diễn ra quỏ trỡnh hụ hấp kỵ khớ và khử nitrat.
Để khử N trong nước thải, người ta thường tạo điều kiện cho quỏ trỡnh khử nitrat diễn ra trong cụng trỡnh. Kờnh ụxy hoỏ tuần hoàn hoạt động theo nguyờn tắc của aerotank đẩy và cỏc guồng quay được bố trớ theo một chiều dài nhất định nờn dễ tạo cho nú được cỏc vựng hiếu khớ (aerobic) và thiếu khớ (anoxic) luõn phiờn thay
46
đổi. Quỏ trỡnh nitrat hoỏ và khử nitrat cũng được tuần tự thực hiện trong cỏc vựng này Hiệu quả khử nitơ trong kờnh oxy hoỏ tuần hoàn cú thể đạt từ 4080%
2.6.2.2 Aerotank hoạt động giỏn đoạn theo mẻ (hệ SBR)
Hỡnh 2.7: Sơ đồ dõy chuyờn xử lý Nitơ trong nước thải – Bể SBR
Cỏc giai đoạn hoạt động diễn ra trong một ngăn bao gồm: làm đầy nước thải, thổi khớ, để lắng tĩnh, xả nước thải và xả bựn dư.
Hỡnh 2.8: Cỏc giai đoạn hoạt động trong bể SBR
Nước thải Bể lắng cát đợt một Bể lắng vào Bể SBR 1 Bể SBR 2 Xả bùn hoạt tính dư Khử trùng
Xả nước thải ra sơng, hồ
Nước thải vào
Làm đầy nước thải 1 2 Thổi khí Lắng 3 5 Xả bùn dư Xả nước thải 4
47
Trong bước một, khi cho nước thải vào bể, nước thải được trộn với bựn hoạt tớnh lưu lại từ chu kỳ trước. Sau đấy hỗn hợp nước thải và bựn được sục khớ ở bước hai với thời gian thổi khớ đỳng như thời gian yờu cầu. Quỏ trỡnh diễn ra gần với điều kiện trộn hoàn toàn và cỏc chất hữu cơ được oxy hoỏ trong giai đoạn này. Bước thứ ba là quỏ trỡnh lắng bựn trong điều kiện tĩnh. Sau đú nước trong nằm phớa trờn lớp bựn được xả ra khỏi bể. Bước cuối cựng là xả lượng bựn dư được hỡnh thành trong quỏ trỡnh thổi khớ ra khỏi ngăn bể, cỏc ngăn bể khỏc hoạt động lệch pha để đảm bảo cho việc cung cấp nước thải lờn trạm XLNT liờn tục.
Cụng trỡnh hoạt động giỏn đoạn, cú chu kỳ. Cỏc quỏ trỡnh trộn nước thải với bựn, lắng bựn cặn,... diễn ra gần giống điều kiện lý tưởng nờn hiệu quả xử lý nước thải cao. BOD của nước thải sau xử lý thường thấp hơn 20 mg/l, hàm lượng cặn lơ lửng từ 3 đến 25 mg/l và N-NH3 khoảng từ 0,3 đến 12 mg/l.
Hệ thống aerotank hoạt động giỏn đoạn SBR cú thể khử được nitơ và photpho sinh hoỏ do cú thể điều chỉnh được cỏc quỏ trỡnh hiếu khớ, thiếu khớ và kỵ khớ trong bể bằng việc thay đổi chế độ cung cấp oxy.
KẾT LUẬN: Qua một số cụng trỡnh xử lý Nitơ hiện nay ta thấy một số nhược điểm như sau:
- Nhiều cụng trỡnh đơn vị. - Tốn diện tớch xõy dựng.
- Tốn phớ đầu tư và chi phớ vận hành. - Hiệu quả xử lý chưa cao.
Vỡ vậy, để khắc phục những nhược điểm đú thỡ mụ hỡnh kỵ - hiếu khớ kết hợp cải tiến được đưa ra.
48 CHƯƠNG 3:
Mễ HèNH NGHIấN CỨU, PHƯƠNG PHÁP NGHIấN CỨU VÀ KẾT QUẢ (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
3.1 Mụ hỡnh nghiờn cứu
3.1.1 Cấu tạo mụ hỡnh
Hỡnh 3.1: Bản phỏc thảo 3D mụ hỡnh thớ nghiệm và mụ hỡnh thực tế xõy dựng tại phũng thớ nghiệm
Mụ hỡnh cú kớch thước L ì B ì H = 50 ì 32 ì 35 (cm) với 3 ngăn: ngăn kỵ khớ, ngăn hiếu khớ và ngăn lắng. Ngăn hiếu khớ cung cấp khớ bằng thổi khớ nộn đỏ sủi bọt. Ngăn lắng cú bơm đặt dưới đỏy cú nhiệm vụ đem nước và bựn tuần hoàn về ngăn kỵ khớ qua van một chiều. Và mụ hỡnh cú những ưu điểm sau:
• Cụng trỡnh hợp khối.
• Tạo dũng tuần hồn cục bộ trong cụng trỡnh. • Tiết kiệm diện tớch và chi phớ xõy dựng.
3.1.2 Nguyờn tắc hoạt động
3.1.2.1 Giai đoạn thớch nghi
Nước thải được đưa vào mụ hỡnh với hệ thống đường ống đặt bờn trỏi bể hoạt động liờn tục. Khi quỏ trỡnh xử lý đạt mức ổn định thỡ nước được thỏo ra ngoài
49
thụng qua van xả đỏy ở ngăn lắng. Để thỳc đẩy quỏ trỡnh phỏt triển của vi sinh vật, trong giai đoạn này ở thời điểm ban đầu nước thải được bổ sung bựn lấy từ bể SBR
của nhà mỏy xử lý nước thải tập trung khu cụng nghiệp Tõn Bỡnh. 3.1.2.2 Giai đoạn xử lý
Từ giai đoạn thớch nghi, vi sinh vật kỵ khớ ở ngăn kỵ khớ và vi sinh vật hiếu khớ ở ngăn hiếu khớ phỏt triển và thớch nghi dần với nước thải. Ở giai đoạn xử lý, nước thải được đưa vào mụ hỡnh thụng qua bơm với lưu lượng được điều chỉnh bằng tay. Nước thải đầu vào được bơm vào bể theo đường ống dẫn xuống đỏy của mụ hỡnh vào ngăn kỵ khớ rồi đi qua ngăn hiếu khớ với hệ thống sục khớ bằng đỏ sủi bọt luụn hoạt động để cung cấp oxy cho vi sinh vật, tạo điều kiện cho vi sinh vật phỏt triển. Sau đú nước được đưa qua ngăn lắng bằng vỏch răng cưa để lắng bựn vi sinh dư. Tại đõy cú một bơm tuần hoàn bựn và nước vào ngăn kỵ khớ để tiếp tục xử lý. Nước
sau xử lý được thu bằng mỏng răng cưa tại ngăn lắng của mụ hỡnh.
3.2 Phương phỏp nghiờn cứu
3.3.1 Giai đoạn chuẩn bị 3.2.1.1 Cỏc bước chuẩn bị 3.2.1.1 Cỏc bước chuẩn bị
- Xõy dựng mụ hỡnh bể xử lý với cỏc thụng số như trờn.
- Tại ngăn hiếu khớ đặt hệ thống sục khớ bằng đỏ bọt.
- Nước thải được lấy từ doanh nghiệp tại KCN Long Hậu.
- Bựn được lấy từ bể SBR của nhà mỏy xử lý nước thải tập trung khu cụng
nghiệp Tõn Bỡnh.
3.2.1.2 Chuẩn bị nước thải
Tiến hành kiểm tra thành phần của nước thải sau khi đem về tại phũng thớ nghiệm, ta cú kết quả thu được như sau:
50 Bảng 3.1: Thành phần nước thải thuỷ sản
STT Chỉ Tiờu Đơn vị Giỏ trị
1 2 3 4 5 6 pH SS COD BOD5 Ntổng Ptổng - mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l 7 – 8 650 800 – 1386 600 – 1000 241,4 683 – 1260 3.2.1.3 Chuẩn bị bựn
Bựn hoạt tớnh dựng cho việc xử lý được lấy từ nhà mỏy xử lý nước thải tập trung khu cụng nghiệp Tõn Bỡnh. Bựn được lấy trực tiếp tại cỏc bể SBR của nhà mỏy, sau đú đem về tiến hành xỏc định nồng đo bựn: Cb = 172950 (mg/l).
Bựn cho vào mụ hỡnh với MLSS khoảng 2000 – 3500 mg/l (ở đõy chọn 2000 mg/l). Thể tớch bể (ngăn kỵ khớ và ngăn hiếu khớ) là V = 40 lớt. Muốn hàm lượng
bựn trong nước thải là 2000mg/l thỡ thể tớch bựn cần lấy là:
Vb = . = . ≈ 0,5 lớt 3.3.2 Giai đoạn thớch nghi (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Giai đoạn thớch nghi được tiến hành ở nồng độ COD đầu vào khoảng 960mg/l.
Giai đoạn thớch nghi được thực hiện theo cỏc bước sau:
- Cho nước thải vào mụ hỡnh cú nồng độ COD đầu vào khoảng 960mg/l cựng
với bựn tạo thành hỗn hợp cú MLSS khoảng 2000 – 3000 mg/l.
- Chạy mụ hỡnh và hàng ngày thường xuyờn kiểm tra cỏc thụng số COD, pH,
51
- Giai đoạn thớch nghi kết thỳc khi hiệu quả khử COD tương đối ổn định (COD khụng tiếp tục giảm nữa).
3.3.3 Giai đoạn xử lý
Ở giai đoạn này, nước thải được đưa vào mụ hỡnh liờn tục thụng qua bơm, với lưu lượng bơm cú thể điều chỉnh được. Nước được đưa vào qua đường ống dẫn vào
mụ hỡnh và được chảy tràn ra ngoài thụng qua mỏng răng cưa của ngăn lắng
- Tăng tải trọng dần lờn ứng với thời gian lưu nước 24h, 12h, 6h, 4h, và 2h.
Khi hiệu quả xử lý ở tải trọng đú ổn định ta mới tăng tải trọng tiếp theo.
- Ở mỗi tải trọng ta cũng tiến hành kiểm tra cỏc chỉ tiờu pH, COD, SS, N, P.
Quỏ trỡnh tăng tải trọng kết thỳc khi hiệu quả khử COD giảm vỡ xảy ra hiện
tượng quỏ tải.
3.3 Kết quả nghiờn cứu và thảo luận
3.3.1 Giai đoạn chạy thớch nghi
Bảng 3.2: Số liệu chạy mụ hỡnh giai đoạn thớch nghi Ngày Thời gian Ngày Thời gian
(h) Tải trọng (kgCOD/m3.ngđ) CODvào (mg/l) CODra (mg/l) Hiệu suất (%) 1 24 0.96 960 640 33.33 2 24 0.96 960 560 41.67 3 24 0.96 960 400 58.33 4 24 0.96 960 256 73.33 5 24 0.96 960 128 86.67 6 24 0.96 960 128 86.67
52
Hỡnh 3.2: Đồ thị biểu diễn hiệu quả xử lý COD ở giai đoạn thớch nghi
Nhận xột: Ở giai đoạn thớch nghi, VSV trong 2 ngăn của mụ hỡnh phỏt triển và thớch ứng với nước thải. Với ngăn hiếu khớ, để VSV phỏt triển và tạo bựn hoạt tớnh cần phải bổ sung lượng khụng khớ thiếu hụt bằng cỏch thổi khớ nộn. Chỉ số COD giảm theo từng giai đoạn kiểm tra và tương đối ổn định ở mức 128 mg/l với hiệu suất xử lý đạt 86.67%.
3.3.2 Quỏ trỡnh chạy tĩnh
3.3.2.1 Tải trọng 24h
Bảng 3.3: Số liệu xử lý COD giai đoạn xử lý tải trọng 24h
Ngày Thời gian (h) Tải trọng (kgCOD/ m3.ngđ) CODvào (mg/l) CODra (mg/l) Hiệu suất (%) SS (mg/l) 1 24 0,8 800 532 46.00 2580 2 24 0,8 800 432 33.50 2230 3 24 0,8 800 320 60.00 2540 4 24 0,8 800 240 70.00 2740 5 24 0,8 800 160 80.00 2240 1 2 3 4 5 6 CODvào (mg/l) 960 960 960 960 960 960 CODra (mg/l) 640 560 400 256 128 128 Hiệu suất (%) 33.33 41.67 58.33 73.33 86.67 86.67 0 200 400 600 800 1000 1200
53
6 24 0,8 800 80 90.00 1860
7 24 0,8 800 48 94.00 3460
Hỡnh 3.3: Đồ thị biểu diễn hiệu quả xử lý COD giai đoạn xử lý tải trọng 24h Nhận xột: Ở giai đoạn tăng tải trọng ứng với 24h, khi VSV đó thớch nghi tốt với Nhận xột: Ở giai đoạn tăng tải trọng ứng với 24h, khi VSV đó thớch nghi tốt với nước thải và tạo bựn hoạt tớnh, lượng COD trong nước thải giảm thớch ứng theo từng lần kiểm tra và đạt ổn định về cuối giai đoạn với hiệu suất xử lý 94%. Lượng bựn trong ngăn hiếu khớ tương đối ổn định và phự hợp để duy trỡ xử lý. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Bảng 3.4: Số liệu xử lý P giai đoạn xử lý tải trọng 24h
Ngày Thời gian (h) Pvào (mg/l) Pra (mg/l) Hiệu suất (%)
1 24 683 573 16.11 2 24 683 515 24.60 3 24 683 503 26.35 4 24 683 496 27.38 5 24 683 485 28.99 6 24 683 434 36.46 7 24 683 419 38.65 1 2 3 4 5 6 7 CODvào (mg/l) 800 800 800 800 800 800 800 CODra (mg/l) 532 432 320 240 160 80 48 Hiệu suất (%) 33.5 46 60 70 80 90 94 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900
54
Hỡnh 3.4: Đồ thị biểu diễn hiệu quả xử lý P giai đoạn xử lý tải trọng 24h Nhận xột: Lượng hàm lượng P đầu vào quỏ cao, sau giai đoạn thớch nghi đến xử lý Nhận xột: Lượng hàm lượng P đầu vào quỏ cao, sau giai đoạn thớch nghi đến xử lý với tải trọng 24h, VSV trong bể vẫn chưa xử lý hiệu quả hàm lượng P và chỉ đạt