Cơ sở của phương pháp này là dựa vào quá trình khử nitrat và quá trình canon nhằm làm giảm nồng độ nitơ trong nước thải đầu ra. Các quá trình này khi được áp dụng vào xử lý nước thải chăn nuơi heo, sẽ loại bỏ được nitơ trong nước thải sau xử lý.
Quá trình khử nitrat:
Quá trình này xảy ra trong điều kiện thiếu khí.
Khử nitrat xảy ra trong quá trình sinh học theo 2 cách là quá trình đồng hĩa và dị hĩa. Quá trình đồng hĩa bao gồm sự khử nitrat thành ammonia sử dụng cho tổng hợp tế bào. Chúng xảy ra khi N-NH4
+ khơng cĩ s n và khơng phụ thuộc vào nồng độ DO. Dị hĩa khử nitrat hoặc khử nitrat sinh học kết hợp là một chuỗi chuyển hĩa điện tử và nitrat hoặc nitrit được sử dụng như là chất nhận điện tử cho việc oxi hĩa hợp chất hữu cơ khác hoặc chất cho điện tử vơ cơ.. Quá trình cĩ bể thiếu khí, nitrat được đưa vào bể thiếu khí sau quá trình nitrat hĩa tại bể hiếu khí. Tại ngăn thiếu khí này chất hữu cơ trong nước thải là chất cho điện tử để phản ứng oxi hĩa sử dụng nitrat.
Phản ứng khử nitrat bao gồm những bước sau: từ nitrat thành nitrit, oxit nitrit, oxit nitrous và thành khí nitơ
NO3 -
→ NO2
-
→ NO → N2O → N2
Trong quá trình khử nitơ, chất cho điện tử là 1 trong 3 nguồn: (1) bsCOD trong nước thải đầu vào, (2) bsCOD sinh ra trong quá trình phân hủy nội bào, và (3) nguồn từ bên ngồi như methanol hay acetate. Phản ứng khử nitrat mơ tả như phương trình sau, với C10H19O3N được sử dụng để mơ tả như là hợp chất hữu cơ phân hủy sinh học.
Với nước thải: C10H19O3N + 10NO3 - → 5N2 + 10CO2 + 3H2O + NH3 + 10OH- Với methanol: 5CH3OH + 6NO3 - → 3N2 + 5CO2 + 7H2O + 6OH- Với acetate: 5CH3COOH + 8NO3 - → 4N2 + 10CO2 + 6H2O + 8OH-
Trong tất cả các phản ứng khử nitrat dị dưỡng ở trên, 1 đương lượng của độ kiềm sinh ra trên đương lượng của N-NO3
-
bị khử, tương đương là 3.57g của độ kiềm CaCO3 sinh ra trên g N-NO3
- bị khử. Trong quá trình nitrat hĩa thì 7.14g kiềm CaCO3 bị tiêu thụ trên g N-NH4
+ bị oxi hĩa.
Trong quá trình khử nitrat, mục tiêu quan trọng là khử nitrat bằng sinh học. Do đĩ, những thơng số thiết kế quan trọng cho quá trình khử ntrat là số lượng bsCOD hoặc BOD cần để cung cấp đủ lượng chất cho điện tử đối với việc khử nitrat. Theo quy luật chung ước lượng rằng 4g BOD thì cần cho mỗi g NO3
-
bị khử. Tuy nhiên, giá trị thực tế sẽ phụ thuộc vào điều kiện hoạt động của hệ thống và dạng của chất cho điện tử được sử dụng cho khử nitrat. Số lượng oxi được sử dụng trên mỗi đơn vị bsCOD cĩ mối quan hệ đến tăng trưởng sinh khối, tỉ số bsCOD/N-NO3
-
cũng cĩ mối quan hệ đến sự tăng trưởng sinh khối.
Quá trình Canon
Qúa trình này xảy ra trong điều kiện hiếu khí và thiếu khí đan xen nhau trong cùng một bể xử lý.
Vi khuẩn hiếu khí tự dưỡng chịu trách nhiệm nitrit hĩa trong bùn hoạt tính và quá trình màng sinh học. Trong quá trình này, ammonia sẽ oxi hĩa thành nitrit bởi một nhĩm vi khuẩn tự dưỡng Nitrosomonas. Sau đĩ, nitrit sẽ phản ứng với amoni tạo thành N2. Đây được gọi là phản ứng oxy hĩa kỵ khí amonium. Chủng vi khuẩn khuẩn đảm nhận vai trị này là Planctomycetables. (13)
Phản ứng diễn ra: NH4 + + NO2 - → N2+ 2H2O Phản ứng diễn ra tốt nhất khi tỉ lệ NH4 + : NO-2 = 1 : 1. Các vi khuẩn Planctomycetables cĩ thể hoạt động trong các điều kiện như sau.
- Khoảng nhiệt độ từ 20 – 430C ( tối ưu 400
C). - pH: 6,4 – 8,3 ( tối ưu pH 8,0).
- DO < 0,01mg/l