Báo cáo nông nghiệp: "ảNH HƯởNG CủA TảI LƯợNG NH4+ ĐếN HIệU SUấT Xử Lý AMONI ĐốI VớI NƯớC NGầM TạI KHU VựC Bồ Đề (GIA LÂM)" pptx

Tp chớ Khoa hc v Phỏt trin 2010: Tp 8, s 2: 304 - 310 TRNG I HC NễNG NGHIP H NI
304

ảNH HƯởNG CủA TảI LƯợNG NH
4
+
ĐếN HIệU SUấT Xử Lý AMONI
ĐốI VớI NƯớC NGầM TạI KHU VựC Bồ Đề (GIA LÂM)
Effect of Mass Transfer NH
4
+
on Ammonion Treatment Efficiency of
Underground Water in the Area Bo De (Gia Lam)
Lờ Th Ngc Thy
Khoa Cụng ngh Hoỏ hc, Trng i hc Bỏch khoa H Ni
a ch email tỏc gi liờn lc:
TểM TT
Phng phỏp lc sinh hc ngp nc s dng cht mang l ht Keramzite x lý amoni trong
nc ngm nhim amoni (10 - 15 mg/l) cho hiu sut x lý cao. Trong khong ti lng t 0,27 n
0,75 kg/m
3
/ngy thỡ hiu sut x lớ amoni gim khi tng ti lng, tuy vy hiu sut x lý N-NH
4
+
ca
quỏ trỡnh nitrat hoỏ vn t trờn 96,5%. Quỏ trỡnh kh nitrat hoỏ gim khi ti lng cao nhng vn t
hiu sut trờn 82%. Trong khong ti lng nghiờn cu, hiu sut ton h t trờn 96,63%. Khi tng
ti lng, COD tng trong quỏ trỡnh kh nitrat hoỏ. Quỏ trỡnh tỏi sc khớ lm gim COD m bo t
tiờu chun COD cho phộp.
T khúa: Lc sinh hc, N-NH
4,

nc

ngm.
SUMMARY
A biochemical filtration using Keramzite granules as career substance for treatment of
ammonion in the underground water (with the ammonium strength between 10 - 15 mg/l) in Bodes
area was found highly efficient. The treatment efficiency decreased when the mass transfer increased
in the range between 0.27 to 0.75 kg/m
3
/day, however, the total N-NH
4
+
treatment efficiency remained
over 96.5%. The denitrification process decreased as at high mass transfer but still attained an NO
3
-

treatment with efficiency of 82%. COD values increased with the mass transfer increment. Re-aeration
was able to reduce COD value to COD standard value.
Key words: Biochemical filtration, N-NH
4
, underground water.
1. ĐặT VấN Đề
H Nội l thnh phố đang sử dụng hon
ton nguồn nớc ngầm để cung cấp nớc cho
sinh hoạt, ăn uống. Điều lo ngại l nhiều
nguồn nớc ngầm khai thác từ giếng khoan
không qua hệ thống lọc bị ô nhiễm amoni
(NH
4

+
) với hm lợng rất cao, lên tới hng
chục mg/l (Nguyễn Văn Khôi v Cao Thế H,
2000). Trong khi đó các tiêu chuẩn về nớc
cấp ở Việt Nam cũng nh thế giới đều yêu
cầu hm lợng amoni không quá 1,5 mg/l
(QĐ1392 - BYT, 2002). Vì vậy vấn đề xử lý
amoni trong nớc ngầm ở H Nội hiện nay l
rất cần thiết.
Hiện nay đã có một số công trình
nghiên cứu xử lý các hợp chất chứa nitơ
trong nớc cấp cũng nh nớc thải. Phần lớn
các đề ti khẳng định có thể xử lý tốt amoni
nhng đều liên quan đến nớc thải (Nguyễn
Thế Đồng, 2004; Lê Thị Ngọc Thụy, 2008).
Vấn đề xử lý amoni trong nớc ngầm với
hm lợng amoni cao thì ở Việt Nam, thậm
chí trên thế giới cũng cha có nhiều kinh
nghiệm (Siegrist v Gujer, 1987).
nh hng ca ti lng NH
4
+
n hiu sut x lý amoni i vi nc ngm ti khu vc B (Gia Lõm)
305
(
1
)
N
g
n nitrat hoỏ,

(
2
)
N
g
n kh nitrat,
(
3
)
N
g
n tỏi sc khớ
Lp Keramzite
Bm nh lng
B

m th

i khớ
Mu
nc ngm
th

c t


2
1
3
Nc ra

Do các phơng pháp khác không thuận
lợi, nên hiện nay việc xử lý amoni bằng
biện pháp lọc sinh học ngập nớc đang có
u thế v đợc quan tâm nghiên cứu
(Chandravathanam v Murthy, 1999). Khi
hm lợng amoni cao, việc xử lý đòi hỏi phải
tiến hnh đồng thời hai quá trình nitrat hoá
(chuyển amoni thnh nitrat) v khử nitrat
hoá (chuyển nitrat thnh nitơ). Cả hai quá
trình ny đều tạo thnh nitrit (NO
2
-
) rất độc
ở các bớc chuyển hoá trung gian.
Để đánh giá khả năng ứng dụng của
phơng pháp lọc sinh học ngập nớc trong
xử lý amoni, nghiên cứu ny tìm hiểu ảnh
hởng của tải lợng đến hiệu suất xử lý nớc
ngầm nhiễm amoni.
2. ĐốI TƯợNG V PHƯƠNG PHáP
NGHIÊN CứU
2.1. Đối tợng
Nớc giếng khoan của một số hộ gia
đình tại khu vực Bồ Đề (Gia Lâm) đợc sử
dụng để nghiên cứu. Đặc trng của mẫu
nớc giếng khoan nhiễm amoni dao động từ
10 - 12 mg/l.
Vật liệu lọc sinh học l hạt Keramzite
đợc sử dụng cho hệ thiết bị lọc sinh học.
Keramzite có độ xốp rất cao v bề mặt riêng

tiếp xúc lớn. Hai loại hạt đợc lựa chọn có
kích thớc từ 3,5 - 5,2 mm (trung bình 4,3
mm) v 8,2 - 8,6 mm (trung bình 8,4 mm).
Vi sinh vật gốc đợc lấy từ bùn hoạt tính
tại phòng thí nghiệm của phòng Công nghệ
xử lý ô nhiễm - Viện Công nghệ Môi trờng.
Sau đó đợc nuôi cấy lm giu bằng mẫu
nớc thực tế có bổ sung nguồn cacbon
(Na
2
CO
3
= 18 mg/l; pH = 7,5 - 8,0).
2.2. Thiết bị v phơng pháp nghiên cứu
2.2.1. Hệ thống thiết bị lọc sinh học ngập nớc
Thí nghiệm đợc tiến hnh trên hệ thiết
bị lm từ vật liệu mica trong suốt (Hình 1).
Hệ thiết bị thí nghiệm đợc chia lm ba
ngăn gồm: Ngăn nitrat hoá, khử nitrat hoá
v tái sục khí. ở dới đáy tại ngăn nitrat
hoá v tái sục khí có lắp hệ thống phân phối
khí để cung cấp khí cho hệ thống hoạt động.

Hình 1. Sơ đồ hệ thống thí bị thí nghiệm lọc sinh học ngập nớc
Lờ Th Ngc Thy
306
Bảng 1. Các thông số kỹ thuật của hệ thiết bị lọc sinh học

2.2.2. Thí nghiệm nghiên cứu quá trình nitrat
hoá v khử nitrat hoá
a) Khởi động hệ thống
Quá trình khởi động hệ thống trong 30
ngy nhằm cố định vi sinh vật vo lớp vật
liệu lọc đợc thực hiện nh sau:
Nguồn vi sinh vật gốc lấy từ bể nuôi
khoảng 0,2 lít. Bơm liên tục nớc chứa
(NH
4
)
2
SO
4
với nồng độ N-NH
4

+
cố định 10
mg/l (nớc pha chế) vo hệ thiết bị, nguồn
cacbon vô cơ Na
2
CO
3
đợc bổ sung trực tiếp
vo thùng chứa nớc nguồn, pH đợc điều
chỉnh từ 7,5 - 8,0. Nồng độ các thnh phần
N-NH
4
+
, N-NO
-
3
, N-NO
2
-
v COD đợc xác
định cho đầu vo v đầu ra tại các ngăn
hng ngy với lu lợng đầu vo 4 l/h.
b) Nghiên cứu khả năng nitrat hoá v
khử nitrat hoá đối với nớc ngầm thực tế
Sau quá trình khởi động, hệ thiết bị
đợc cấp nớc liên tục với lu lợng 6 l/h, 10
l/h v 15 l/h, chạy ở nhiệt độ thờng v có
kiểm tra theo dõi COD, N-amoni, N-NO
3
-

, N-
NO
2
-
ở các ngăn của hệ xử lý trong 30 ngy
tiếp theo.
Các thông số khác trong quá trình thí
nghiệm đợc kiểm soát nh sau: pH =7,0 -
8,0; DO ngăn hiếu khí 4 - 5,5 mg/l. Thí
nghiệm đợc thực hiện ở nhiệt độ phòng
trong khoảng 26 - 32
o
C. Điều kiện lu lợng
v thời gian lu trong thí nghiệm đợc tóm
tắt ở bảng 2.
Mục đích của nghiên cứu ny l đánh
giá khả năng nitrat hoá, khử nitrat hoá đối
với mẫu nớc nhiễm amoni thực tế ở các tải
lợng khác nhau, cũng nh đánh giá chất
lợng nớc sau xử lý.
Mẫu nớc thí nghiệm l nớc ngầm
nhiễm amoni lấy từ các giếng khoan gia đình
ở khu vực Bồ Đề - Gia Lâm, H Nội. Nớc
giếng đã xác định trớc bị ô nhiễm amoni
đợc bơm từ độ sâu 30 m vo các thùng nhựa
v can chứa, sau đó đợc vận chuyển bằng
xe tải về phòng thí nghiệm.
Các mẫu nớc ny có hm lợng Fe cao,
vì vậy đợc xử lý sơ bộ bằng sục khí v lọc
qua để loại bỏ Fe trớc khi sử dụng cho thí

nghiệm. Thí nghiệm đợc tiến hnh trên hệ
thiết bị với lu lợng thay đổi từ 4, 6, 10 v
15 l/h.
Nồng độ các thnh phần N-NH
4
+
, N-NO
3
,
N-NO
2
-
v COD đợc xác định cho đầu vo v
đầu ra tại các ngăn.
Bảng 2. Điều kiện thí nghiệm
Lu lng u vo Thi gian lu nc * (h)
STT Thi gian tin hnh
Qv (l/h) Ngn nitrat hoỏ Ngn kh nitrat hoỏ C hai ngn
1 30 ngy 4 (khi ng) 1,29 1,61 2,90
2 10 ngy 6 0,86 1,07 1,93
3 10 ngy 10 0,51 0,64 1,15
4 10 ngy 15 0,34 0,43 0,77
* Thi gian lu nc = V ngn/Qv
Cỏc thụng s k thut Ngn nitrat hoỏ Ngn kh nitrat húa Ngn tỏi sc khớ
Chiu rng (cm) 8 10 12
Chiu di (cm) 12 12 12,5
Chiu cao (cm) 64,5 64,5 64,5
Chiu cao ct nc (cm) 53,5 49 44,5
Th tớch ngn (lớt) 6,2 7,74 9,9
Kớch thc ht TB (mm) 4,3 8,4 4,3

Chiu cao lp m (cm) 32 32 32
nh hng ca ti lng NH
4
+
n hiu sut x lý amoni i vi nc ngm ti khu vc B (Gia Lõm)
307
2.3. Các phơng pháp phân tích
Amoni đợc xác định bằng phơng
pháp Phenat (theo ti liệu Standard
Methods 1995), đo quang tại bớc
sóng 640 nm trên thiết bị UV-Vis
spectrophotometer 2450 (Shimadzu-
Nhật bản).
Nitrat đợc xác định theo phơng pháp
trắc phổ dùng axit sunfosalixylic - đợc
hình thnh do phản ứng của natri
salixylat v axit sunfuric (dựa trên
TCVN 6180:1996 - ISO 7890-3:1988),
đo quang tại bớc sóng 410 nm trên
thiết bị UV-Vis spectrophotometer
2450, Shimadzu- Nhật Bản.
Nitrit đợc xác định theo phơng pháp
đo quang với hệ thuốc thử Griss (theo
Standard Method, 1995), đo quang tại
bớc sóng 520 nm trên thiết bị UV-Vis
spectrophotometer 2450 (Shimadzu-
Nhật Bản).
COD đợc xác định theo phơng pháp
bicromat TCVN 6491 : 1999.
3. KếT QUả NGHIÊN CứU V THảO

LUậN
3.1. Khởi động hệ thống
Quá trình khởi động hệ thống gắn vi
sinh vật vo lớp vật liệu lọc đợc tiến hnh
trong thời gian 30 ngy. Sự thay đổi nồng độ
N-NH
4
+
sau xử lý theo thời gian đợc biểu
diễn dới dạng các đồ thị (Hình 2, Hình 3).
Đồ thị trên hình 2 v 3 cho thấy, nồng
độ N-NH
4
+
đầu vo khá ổn định, dao động
trong khoảng 10 mg/l. Nồng độ N-NH
4
+
đầu
ra có xu hớng giảm dần theo thời gian xử lý
với hiệu suất trên 90% trong 5 ngy cuối.
Sau 30 ngy, amoni đợc xử lí với hiệu suất
trên 98% v khá ổn định. Quá trình nitrat
hóa chuyển hóa amoni gần nh hon ton v
quá trình khử nitrat thnh nitrit v cuối
cùng thnh N
2
của ton hệ đạt trên 98% sau
quá trình tái sục khí.

3.2. ảnh hởng của tải lợng đến hiệu
quả xử lý N - amoni bằng phơng
pháp lọc sinh học ngập nớc
3.2.1
. Nồng độ một số thnh phần ô nhiễm

trong mẫu nớc giếng khoan khảo

sát ở khu vực Bồ Đề Gia Lâm
Hm lợng một số chỉ tiêu trong nớc đã
xử lý sơ bộ loại bỏ sắt tại khu vực Bồ Đề (Gia
Lâm) đợc thể hiện ở bảng 4.
0
5
10
15
0 5 10 15 20 25 30 35
Thi gian (ngy)
Nng N-NH
4
+
, mg/l
u vo
Ngn nitrat
húa


Hình 2. Sự thay đổi nồng độ N-NH
4
+

theo thời gian trong giai đoạn khởi động
Lờ Th Ngc Thy
308
0
2
4
6
8
10
12
14
0 5 10 15 20 25 30 35
Thi gian (ngy)
Nng NH4+, mg/l
0
20
40
60
80
100
120
u vo
Ngn nitrat
húa
hiu sut

Hình 3. Hiệu suất xử lý N-NH
4
+
theo thời gian trong giai đoạn khởi động

Bảng 4. Hm lợng một số chỉ tiêu trong nớc đã xử lý sơ bộ loại bỏ sắt
tại khu vực Bồ Đề (Gia Lâm)
3.2.2. ảnh hởng của tải lợng NH
4
+
đến
hiệu quả nitrat hóa ở các giai đoạn
xử lý
Tải lợng đợc thay đổi bằng cách thay
đổi lu lợng đầu vo ở các lu lợng 6 l/h;
10 l/h; 15 l/h. Từ các số liệu N-NO
3,
NH
4
+
thu
đợc ở từng ngăn của hệ xử lý, ta tính toán
đợc kết quả ở bảng 5.
a) ảnh hởng của tải lợng đến hiệu suất
nitrat hoá ở các giai đoạn xử lý
Tải lợng cng tăng thì hiệu suất cng
giảm. Hiệu suất quá trình nitrat hóa v
việc tăng tải lợng l hai quá trình trái
ngợc nhau, tuy nhiên trong phạm vi của
nghiên cứu ny việc tăng tải lợng cha có
ảnh hởng đáng kể hiệu suất xử lý v
lợng amoni đầu ra vẫn đạt dới tiêu chuẩn
cho phép, quá trình nitrat hóa vẫn đạt trên
96,5% (Hình 4).
b) ảnh hởng của tải lợng đến hiệu suất

khử nitrat ở ngăn khử nitrat hóa
Khi tải lợng tăng thì hiệu suất giảm,
nhng vẫn bảo đảm hiệu suất khử nitrat hoá
đạt trên 82%. Tải lợng N-NH
+
4
l 0,75
kg/m
3
/ngy cha có ảnh hởng lớn tới nồng
độ N-NO
3
-
tại ngăn khử nitrat hoá, nồng độ
nitrat vẫn dới mức tiêu chuẩn cho phép v
hiệu suất đạt kết quả cao (Hình 5).
c) Nồng độ COD ở các giai đoạn xử lý
Kết quả cho thấy, COD tăng sau quá
trình nitrat hóa khi tăng tải lợng ở quá
trình khử nitrat hóa. Nhng sau quá trình
tái sục khí, hm lợng COD giảm đáng kể có
thể đạt tiêu chuẩn cho phép (Hình 6).
TCVN TCBYT
Tờn cỏc ch tiờu
phõn tớch
n v Truc x lý s b Sau x lý s b
5502:2002 1329/2002
N-NH
+
4

mg/l 12,8 10,8 3 1,5
N-NO
2
-
mg/l 0,05 0,03 1,0 2
N-NO
-
3
mg/l 0,40 1,40 10 10
COD mg/l 7,70 7,60 - 2
Fe mg/l 5,20 0,80 0,5 0,5
Mn mg/l 0,25 0,08 0,5 0,5
Ph - 7,60 7,51 6-8,5 6,5-8,5

nh hng ca ti lng NH
4
+
n hiu sut x lý amoni i vi nc ngm ti khu vc B (Gia Lõm)
309
0,00
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
0,70
0,80
0,90
0,00 0,20 0,40 0,60 0,80

Ti lng N-NH4+, kg/m3/ngy
Nng N-NH4+ sau quỏ trỡn
h
nitrat húa, mg/l
96
97
98
99
100
Ti lng
Hiu sut
Hiu sut nitrat húa, %

Hình 4. ảnh hởng của tải lợng đến hiệu suất nitrat hoá của ngăn nitrat hoá
80
90
100
0,00 0,20 0,40 0,60 0,80
Ti lng N-NH4+, kg/m3/ngy
Hiu su t kh nitrat húa, %
0,00
0,50
1,00
1,50
2,00
hiu sut kh
nitrat húa
Nng N-NO3-
sau kh nitrat
húa

(
N

ng N-NO3- sau kh nitrat húa,
m
g
/l

Hình 5. ảnh hởng của tải lợng đến hiệu suất khử nitrat hoá tại ngăn khử nitrat hóa
0
2
4
6
8
10
12
0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00
Ti lng N-NH4+, kg/m3/ngy
Nng COD u ra ti cỏc ng
n
ca h xa lý, mg/l
Sau nitrat húa
Sau Kh nitrat húa
Sau tỏi sc khớ

Hình 6. Nồng độ COD đầu ra tại các ngăn của hệ xử lý ở các tải lợng khác nhau
TC
Lờ Th Ngc Thy
310
4. KếT LUậN

Kết quả nghiên cứu cho thấy có thể xử lý
amoni trong nớc ở tải lợng 0,75
kg/m
3
/ngy đạt tiêu chuẩn cho phép bằng hệ
thống lọc sinh học ngập nớc với vật liệu lọc
Keramzite. Quá trình khử nitrat hoá chuyển
hóa NH
4
+
thnh NO
3
-
v cuối cùng thnh
Nitơ cần phải tiến hnh quá trình tái sục
khí để giảm hm lợng NO
2
-
cũng nh lợng
hữu cơ d. Kết quả trên có thể ứng dụng để
xử lý nớc sinh hoạt nhiễm amoni.
TI LIệU THAM KHảO
Lê Thị Ngọc Thụy. Đề ti Khoa học công
nghệ cấp Bộ B2008-01-200, Trờng Đại
học Bách khoa H Nội.
Nguyễn Văn Khôi, Cao Thế H (2000). Nghiên

cứu xử lý N- amoni trong nớc ngầm H Nội,
đề ti cấp TP 01C- 09/11-2000-2, tr 1- 116.
Quyết định 1329/18/4 2002 QĐ-BYT của Bộ

Y tế, tr. 6-14.
Nguyễn Thế Đồng (2004). Xây dựng công nghệ
khả thi xử lý amoni v asen trong nớc sinh
hoạt, báo cáo đề ti cấp trung tâm 2003-
2004, Viện Công nghệ Môi trờng.
Tiêu chuẩn Việt Nam (1999). TCVN 6491:
1999, ISO 6060 : 1989, Tr 3-9.
Standard Method (1995). Phenate Method. 4-80.
Siegrist, H. and W. Gujer (1987).
Demonstration of Mass Transfer and pH
Effects in Nitrifying Biofilm. Wat. Res.,
21:1481-1487.
Chandravathanam, S; Murthy, D-V-S
(1999). Bioprocess Engineering, 21(2):
117-122. 1999.