a. Cụng nghệ oxy húa kỵ khớ Amoni
Phương phỏp xử lý nitơ truyền thống dựa trờn sự kết hợp 2 giai đoạn nitrat húa và khử nitrat (hỡnh 3.11). Năm 1995, một phản ứng chuyển húa nitơ mới cả về lý
thuyết và thực nghiệm đó được phỏt hiện. Đú là phản ứng oxy húa kỵ khớ ammoni
(Anaerobic Ammonium Oxidation - Anammox). Trong đú amoni được oxi húa bởi nitrit trong điều kiện kỵ khớ, khụng cần cung cấp chất hữu cơ, để tạo thành nitơ
phõn tử (Strouss và cs.,1995). Quỏ trỡnh anammox xảy ra theo phương trỡnh phản ứng dưới đõy (Van Der Graaf và cs..,1995-1996, Strous và cs..,1997):
NH4+ + 1.32 NO2- + 0.066 HCO3- + 0.13 H+ 1.02 N2 + 0.26NO3- + 0.066 CH2O0.5N0.15 + 2.03 H2O
Tỷ lệ mol giữa NH4+/NO2-= 1/1,32. Cần bổ sung nitrit vào, hoặc là chuyển hoỏ một
nửa amụni ban đầu thành nitrit rồi chớnh nitrit sinh ra phản ứng với phõn nửa amụni
cũn lại. Hướng thứ hai là nguyờn lý cho cỏc ứng dụng cụng nghệ anammox.
Đến nay đó cú 3 chi của vi khuẩn anammox được phỏt hiện, gồm Brocadia,
Kuenenia và Scalindua. Về mặt phõn loại, cỏc vi khuẩn anammox là những thành viờn mới tạo thành phõn nhỏnh sõu của ngành Planctomycetes, bộ Planctoycetales
(Schmid và cs.., 2005). Mặc dự vi khuẩn anammox tồn tại trong tự nhiờn và trong
mụi trường hệ thống xử lý nước thải giàu ammoni, nhưng việc nuụi cấy, phõn lập và làm giàu rất khú khăn do chỳng sinh trưởng chậm (thời gian nhõn đụi >10 ngày).
b. Ưu điểm của cỏc quỏ trỡnh mới trong xử lý nitơ
Quỏ trỡnh xử lý amoni trong nước thải được thể hiện qua sơ đồ sau:
Hỡnh 2.11: Sơ đồ quỏ trỡnh xử lý N-NH4+
+ Quỏ trỡnh loại bỏ amoni thụng thường:
Quỏ trỡnh Nitrat húa: 2 NH4+ + 4 O2 2 NO3- + 4 H+ + 2 H2O Quỏ trỡnh khử Nitrat: 2 NO3- + 8g COD + 2 H+ N2 + 3g Bựn
2 NH4++4 O2+8 COD N2+2 H++3g Bựn
+ Quỏ trỡnh oxy húa kỵ khớ amoni (Anammox):
Quỏ trỡnh Nitrit húa bỏn phần: 2NH4+ + 1.5O2= NH4+ + NO2- + H2O + 2H+ Quỏ trỡnh Anammox: NH4+ + NO2-= N2 + 2H2O 2NH + + 1.5O= N + 3H O + 2H+ NH4-N NO2-N NO3-N N2 75%O2 25%O2 1 0 0 % C a r b o n K h ử n i t r a t 6 0 % C a r b o n K h ử N i t r i t Nitrit húa NO2-N
+ Quỏ trỡnh SHARON - Single reactor High activity Ammonia Removal Over Nitrite (Hellinga và cs.., 1998; Van Loosdrecht và Jetten, 1998) nitrit hoỏ hoàn toàn.
Quỏ trỡnh Nitrit húa: 2 NH4+ + 4 O2 2 NO2- + 4 H+ + 2 H2O Quỏ trỡnh khử Nitrit: 2 NO2- + 4.8g COD + 2 H+ N2 + 1.8g Bựn
2 NH4++3 O2+4.8 COD N2+2 H++1.8g Bựn
+ So sỏnh quỏ trỡnh Anammox với cỏc quỏ trỡnh xử lý N truyền thống:
- Quỏ trỡnh diễn ra nhanh hơn do đú giảm thời gian lưu đồng nghĩa với giảm
khối tớch cụng trỡnh;
- Giảm 62,5% lượng ụxy cung cấp;
- Khụng cần C hữu cơ;
- Khụng cú bựn sinh ra;
+ So sỏnh quỏ trỡnh SHARON với cỏc quỏ trỡnh xử lý nitơ truyền thống: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Quỏ trỡnh diễn ra nhanh hơn do đú giảm thời gian lưu;
- Giảm 25% lượng ụxy cung cấp so với quỏ trỡnh loại bỏ amoni thụng thường;
- Giảm 40% lượng C hữu cơ yờu cầu;
- Lượng bựn sinh ra chỉ bằng 40% so với phương phỏp xử lý thụng thường.
c. Cỏc giải phỏp để tạo sản phẩm oxy húa amoni là nitrit
Cú 2 cỏch tiếp cận khỏc nhau để trỏnh oxy húa hoàn toàn ammoni thành nitrat và ngừng quỏ trỡnh chuyển húa ở mức độ nitrit [16]:
- Dựa vào đặc điểm là ở nhiệt độ cao (trờn 300C), cỏc vi khuẩn oxy hoỏ
amụni sẽ sinh trưởng nhanh hơn cỏc vi khuẩn oxy hoỏ nitrit và giảm thời gian lưu
trong hệ thống và khụng duy trỡ sinh khối để cho vi khuẩn oxy hoỏ nitrit bị rửa trụi
khỏi bể phản ứng và quỏ trỡnh oxy hoỏ amụni chỉ dừng ở nitrit.
- Khụng tạo điều kiện tớch lũy dạng Nitribacter bằng cỏch giảm thời gian lưu tế bào ngang bằng với thời gian lưu nước (khụng hồi lưu bựn), kiểm soỏt cấp
khớ trong quỏ trỡnh oxy húa (giảm cụng suất cấp khớ, bố trớ cỏc điểm cấp khớ xa
nhau)... như vậy sẽ ngăn cản quỏ trỡnh hỡnh thành nitrat, tớch lũy nitrit trong hệ.
Nghiờn cứu về cụng nghệ anammox và cỏc ứng dụng vào xử lý nitơ vẫn cũn là lĩnh vực khỏ mới mẻ trờn thế giới, vỡ vậy cũng là vấn đề rất mới ở Việt Nam. Hiệnở
Việt Nam chưa cú cụng trỡnh nào về ứng dụng cụng nghệ anamox xử lý nước thải chăn nuụi lợn. Hiện nhúm nghiờn cứu ở Viện Sinh học Nhiệt đới tại TP Hồ Chớ Minh đó cú cỏc kết quả ban đầu về làm giàu vi khuẩn anammox từ bựn kỵ khớ của
bể biogas nước thải nuụi lợn [9].
Tuy nhiờn, kỹ thuật này chỉ ỏp dụng cho xử lý nước thải giàu nitơ, với yờu cầu nước thải đầu vào cụng trỡnh: amoni>200mg/l và nồng độ chất hữu cơ thấp (tỷ lệ
C/N<0,15) (Banashri Sinha và Ajit P. Annachhatre, 2005). Đối với nước thải chăn
nuụi lợn nồng độ N_tổng 200mg/l -> COD200*0,15=30mg/l, để giảm nồng độ COD trong nước thải chăn nuụi lợn xuống dưới 30mg/l là khụng khả thi. Như vậy
cụng nghệ anammox là một hướng mới xử lý N trong nước thải, nhưng hiện tại
khụng phự hợp với xử lý N trong nước thải chăn nuụi lợn với điều kiện Việt Nam.