1.2. QUY TRÌNH SẢN XUẤT CỦA CÔNG TY VISSAN
1.3.3. Quá trình khử nitrat
Khử Nitrat là quá trình chuyển Nitrat thành Nitơ tự do thông qua nitrit và các chất trung gian khác dưới điều kiện thiếu khí. Việc chuyển hóa này có thể đạt được do một vài loại vi khuẩn như Achromobacter, Aerobacter, Bacillus, Micrococcus, Proteus, v.v...(Tchobanoglous, 1991). Quá trình này đòi hỏi nguồn cacbon (ví dụ methanol, etanol, acetate, glucose) cho sự phát triển của vi khuẩn do chúng là vi khuẩn dị dưỡng. Do đó, giá thành xử lý sẽ tăng cao, nhất là khi nước thải có hàm lượng nitơ cao và nguồn cacbon hữu cơ có trong nước thải thấp (ví dụ lg N-NO3 sẽ cần tiêu tốn 2,47g methanol). Việc giảm
15
Nitrat này bao gồm 2 bước chính: Nitrat chuyển thành Nitrit và Nitrit chuyển thành một số sản phản trung gian trước khi được khử thành khí Nitơ.
NO' --- >NO2 --- >NO ---- >0,5N2O --- >0,5N2 (2 5)
Phương trình của quá trình khử nitrat sử dụng nguồn cacbon là methanol diễn ra như sau: (Tchobanoglous, 1991).
Bước 1: Phản ứng năng lượng sử dụng methanol làm chất nhận electron 6 NO3- + CH3OH -ỳ 6 NO2 + 2 CO2 + 4 H2O (2.6) Bước 2: Phản ứng tổng hợp sinh khối
NO3- + 1.08 CH3OH + 0.24 H2CO3
-ỳ 0.056 C5H7O2N + 0,47 N2 + 1,68 H2O + HCO3- (2.7)
Phản ứng năng lượng sử dụng methanol, nitơ amoni làm chất nhận electron:
NO3- + 2.5 CH3OH + 0.5 NH4+ + 0.5 H2CO3
-ỳ 0.5 C5H7O2N + 0.5 N2 + 4.5 H2O + HCO3- (2.8)
Giống như quá trình nitrat hóa, có một vài yếu tố ảnh hưởng đến quá trình khử nitrat.
Sự hiện diện của oxy tự do sẽ cản trở sự hoạt động hệ thống enzim cần cho quá trình khử nitrat. Thông thường thì giá trị pH tăng lên trong suốt quá trình khử nitrat thành khí nitơ do tạo ra độ kiềm. pH thích hợp cho quá trình này dao động từ 7 đến 8 tùy thuộc vào vi khuẩn tham gia vào quá trình khử nitrat. Tốc độ loại bỏ nitrat và tốc độ sinh trưởng của vi sinh cũng bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ, và nhiệt độ thích hợp là từ 35 - 50°C. Hơn nữa, vi sinh vật rất nhạy cảm với sự thay đổi của nhiệt độ (Tchobanoglous, 1991).
Nguyên lý của các quá trình chuyển hóa Nitơ bao gồm: Nitrat hóa, khử Nitrat truyền thống và các quá trình mới được thể hiện như hình 2.4.
16
Hỉnh 1-5 Chu trình chuyển hóa Nitơ
1.3.4. Tồng quan về quá trình xử lý photpho
Phospho là một trong các yếu tố gây ra hiện tượng phú dưỡng vì vậy nước thải chứa phospho thường được kiểm soát trước khỉ xả thải vào các nguồn tiếp nhận.
Các dạng phospho trong nưởc thải:
Phospho vô cơ: orthophosphate dạng hòa tan và polyphosphate dạng hòa tan.
Phospho hữu cơ: dạng hòa tan và dạng hạt.
Các phương pháp khử phospho:
Phương pháp sinh học: áp dụng quá trình bùn hoạt tính.
Phương pháp hỏa lý: keo tụ hỏa học bằng ion Ca2+, ion Fe3+ và ion Al3+, Phương trình xử lý phospho bằng kết tủa với muối canxỉ:
5 Ca2+ + 7 OH- + 3 H2PO4 -► Ca5OH(PO4)3 + 6 H2O
Tuy nhiên thông thường trong nước thải phospho thường được xử lý bằng phương pháp sinh học nhờ vào cảc vi khuẩn chuyển hóa phospho. Việc xử lý phospho bằng phương pháp sinh học có ưu điểm không tạo ra lượng bùn nhiều như phương pháp hóa học.
Nguyên tắc xử lý phospho thường được diễn ra trong các quả trình xen kẽ giữa kị khí, hiếu khí và thiếu khí
Hình 1-6 Quá trình chuyển hóa phospho bằng phương pháp kỉ khí và hiếu khí/thỉếu khí Dưới điều kiện kị khí, quá trình chuyển hóa và lưu trữ acetat của vỉ khuẩn cần nhu
17
cầu năng lượng nhất định, tại đây vi khuẩn sẽ chuyển hóa những sản phẩm lên men như acid béo bay hơi thành những sản phẩn dự trữ bên trong tế bào, đồng thời giải phỗng phospho từ những polyphotphat được dự trữ. Dưới điều kiện thiếu khí, năng lượng được sinh ra từ phản ứng oxy hóa những sản phẩm và khi đó polyphotphat tích lũy trong tế bào tăng lên.
Dạng đơn giản của quá trình xảy ra trong bể phản ứng kị khí và hiếu khí/thỉếu khí.
Trong nhiều ứng dụng cho việc khử phospho, bể phản ứng kị khí, đến bể phản ứng thiếu khí và tiếp theo là bể phản ứng hiếu khí. Phần lớn PAOs (Tế bào tích lũy Photpho) có thể sử dụng nitrỉt thay cho oxy để oxỉ hoá nguồn cacbon chứa trong chúng.
Quá trình diễn ra trong quá trình thiếu khí:
Acetate là sản phẩm lên men của bsCOD (COD hòa tan dễ phân hủy sinh học), những hợp chất hữu cơ hoà tan có thể được tiêu thụ dễ dàng bởi sinh khối. Dựa trên giá trị T của vùng kị khí, COD chất keo và COD cặn cũng được thuỷ phân và chuyển hoá thành acetate, nhưng khối lượng thường nhỏ hơn so với sự chuyển hoá bsCOD.
Sử dụng năng lượng sẵn có từ polyphotphate tích lũy, vỉ sinh vật tích lũy phospho đồng hoá acetate và sản sinh ra những sản phẩm tích lũy PHB (intracellular
polyhydroxybutyrate). Một số glucogen chứa trong tế bào cũng được sử dụng. Đồng thời với sự hấp thu acetate là việc giải phóng orthophosphate (O-PO4), cũng như Mg2+, K+ và Ca2+.
PHB trong vi sinh vật tích lũy phospho tăng trong khi polyphosphate giảm.
Quá trình diễn ra trong điều kiện thiếu khí/hiếu khí:
PHB tích lũy được chuyển hóa, cung cấp năng lượng từ phản ứng oxi hoá và cung cấp cacbon cho sinh trưởng tế bào mới. Một số glucogen được tạo ra từ sự chuyển hoá PHB.
Năng lượng được giải phóng từ phản ứng oxi hoá PHB được sử dụng tạo thành các cầu nối polyphosphate trong tế bào dự trữ, orthophosphate hoà tan (o-PO4) được khử khỏi dung dịch và tạo thành polyphosphate trong tế bào vi khuẩn.
Cũng như một phần sinh khối được thải bỏ, phospho tích lũy được khử từ bể phản ứng xử lí sinh học từ việc thải bỏ bùn.
18
1.4. TỔNG QUAN VÈ CÔNG NGHỆ ICEAS
1.4.1. Công nghệ ICEAS
Do SBR có dòng đầu vào gián đoạn, nên có những điểm bất lợi sau (ƯSEPA, 1992):
Cần ít nhất 2 bể hoạt động hoặc cần bể điều hòa.
Khi thiết kế 2 bể mà cần phải ngừng 1 bể để bảo dưỡng, rất khó để bể còn lại hoạt động độc lập.
Dòng đầu vào và tải trọng thay đổi liên tục trong ngày nên có thể diễn ra tình trạng quá tải hoặc thấp tải trong bể.
Hệ thống kiểm soát bể dựa vào chiều cao mực nước trong bể và do mực nước trong bể thay đổi nhiều, nên ảnh hưởng đến thời gian phản ứng thực tế.
Nguồn carbon đầu vào bị ngắt quãng, ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý.
Vì vậy, để khắc phục những điểm yếu trên, người ta đã tìm ra công nghệ SBR với dòng nước thải vào liên tục ra đời. Đặt tên: ICEAS (Intermittent Cycle Extended Aeration System).
Quá trình ICEAS là quá trình cải tiến của quá trình SBR, được bắt đầu nghiên cứu ở Úc vào những năm 80 (Ouyang., 1995). Hiện tại, công nghệ ICEAS được phát triển bới công ty SANITAIRE và đã có gần 1000 bể ICEAS được lắp đặt trên toàn thế giới (SANITAIRE, 2015). Quá trình ICEAS cho phép quá trình nạp nước đầu vào trong suốt toàn bộ các pha (kể cả pha lắng và pha rút nước). Và như vậy, ICEAS làm giảm số lượng pha từ 5 xuống 3. Ngoài ra, nếu hệ thống cần có quá trình khử nitrate thì nên thêm quá trình thiếu khí.
19
Main
Chamber
Hình 1-7 Cẩu tạo bể ICEAS.
Thông thường, bể SBR có thể kốo dài thời gian làm đày khi cho phép việc vừa làm đầy vừa sục khí (pha làm đầy kiều sục khí). Tuy nhiên, SBR thông thường không cho phép vừa làm đầy vừa lắng hoặc vừa làm đày vừa rút nước. Và ICEAS giải quyết vấn đề trên
bằng cách thêm 1 vách ngăn trong bể phản ứng. ICEAS gồm cố 3 pha chíhh:
Hình 1-8 Pha phản ứng của bể ICEAS.
Pha phản ứng: Tương tự như SBR, pha phản ứng sẽ diễn ra quá trình khuấy trộn và sục khí đồng nước nước thải chảy liên tục vào ngăn tiền phản ứng. Trong bể lúc này sẽ xảy ra các quá trình hiểu khí, thiếu khí kết hợp, yếm khí.
Diffusers
Decanter
Effluent Discharge Pre-react
Chamber
Baffle Screened
Influent I
20
Hình 1-9 Pha lẳng của bể ỈCEAS.
Pha lắng: Ngưng sục khí hoàn toàn, các bông bùn sẽ được lắng xuống đáy bể (nước thải đầu vào vẫn chảy vào ngăn tiền phản ứng).
Hình 1-10 Pha rút nước của bể ỈCEAS.
Pha rút nước: Rút nước ra khỏi hệ thống (nước thải vẫn chảy vào ngăn tiền phản ứng). Đùn dư sẽ được bơm ra định kì trong giai đoạn này.
Một số thông số thiết kế và vận hành bể ICEAS:
- Thông số thiết kế cơ bản: (Phuoc N.V., 2014) - Tỷ lệ F/M: 0.05 đến 0.12 lb BOD/lb MLSS/ngày - SVI (sau lắng 30 phút): 150 đến 200
- Thời gian lưu nước (HRT): 0.35 - 0.6 ngày - Thời gian lưu bùn (SRT): 25 ngày
- Thông số vận hành.
Bảng 1-4 Một sổ thông sổ vận hành bề ICEAS
Thông số Đon vị Giá trị
Nhỏ nhất Lổn nhất
Chu kỳ H 3 6
21
Chu kỳ điển hình H 3.6 4.8
Phản ứng H 1 4
Lắng H 0.4 1
Lượng nước lấy ra % 8.3 33
DO pha phản ứng mg/1 1 3
DO để nitrate hóa xảy ra mg/1 >1
DO để khử nitrate hóa xảy ra mg/1 <1
HRT Ngày 0.35 12
Nguồn: p 1UOC V.N. Class Lecture, Topic: “ASBR”, 2014
1.4.2. So sánh giữa công nghệ ICEAS và SBR thông thường
ICEAS cố đầu vào liên tục khác với SBR thông thường vì vậy việc kiểm soát lưu lượng đầu vào sẽ đơn giản hơn nhiều so với SBR thông thường. Nếu lưu lượng đầu vào hệ thống ICEAS dòng liên tục thay đổi, cách giải quyết đơn giản là thay đổi tốc độ bơm nước vào và ra hệ thống. Trong khỉ ở hệ thống SĐR thông thường, nếu lượng nước đầu vào thay đổi, thì cần phải thay đổi thời gian giữa các pha trong chu kỳ.
Trong bể SBR thông thường, lượng sinh khối chỉ tăng lên trong pha làm đầy và giảm dần ở các pha sau, vì vậy cỏ thề dẫn đến tỉ lệ F/M giảm và cỏ thề xuất hiện hiện tượng bung bủn. Tuy nhiên, ICEAS thì lượng sinh khối trong bể sẽ đều hơn và cố thể giúp giảm hiện tượng trên.
Đối với những nhà máy nhỏ, hệ thống SBR thông thường đều có 2 bể hoạt động song song. Tuy nhiên, đồi khi cần phải ngưng hoạt động 1 bể để bảo dưỡng, làm vệ sinh định kỳ. Và với chỉ một bể SĐR còn lại, việc vận hành sẽ rất khó khăn. Trong khỉ đỗ, 1 bể ICEAS vẫn có thể hoạt động bình thường trong khỉ bể còn lạỉ phải ngừng. Điều này sẽ là một giải pháp tốt đối với những nhà máy xử lý nhỏ.
Be ICEAS có thể đươc làm đầy bằng việc chảy tràn và không cần van đầu vào tự động với mỗi bề. Điều này sẽ giảm chi phí và những trục trặc phát sinh so với hệ thống SBR thông thường.
Nhờ vào dòng chảy đầu vào liên tục, hệ thống ICEAS cỏ thể tăng tải trọng dễ dàng nếu như cần mở rộng thêm một hoặc nhiều bể trong tương lai. (ITT WWW, 2009).
Tuy nhiên, theo (USEPA, 1999), có nguy cơ xảy ra hiện tượng bùn khó lắng trong