Các biện pháp sinh học để khử Nitơ

CHUYÊN ĐỀ: XỬ LÝ NITƠ TRONG NƯỚC THẢI
1.

MỞ ĐẦU

Tốc độ đô thị hóa ở Việt Nam rất nhanh cùng với sự phát triển của công nghiệp.
Tỉ lệ dân số tại các thành thị tăng cùng với tốc độ đô thị hóa. Nước thải từ các thành
phố, khu dân cư tập trung, khu công nghiệp cũng tăng theo mức tăng dân số với lượng
thải lớn. Lưu lượng nước thải của thành phố 20 vạn dân khoảng 40.000 - 60.000
m3/ngày. Hiện nay, tại thành phố Hà Nội tổng lượng nước thải (năm 2005) khoảng
550.000 m3/ngày.
Đặc trưng của nước thải sinh hoạt là hàm lượng chất hữu cơ lớn (từ 55-65%
tổng lượng chất bẩn), chứa nhiều vi sinh vật, trong đó có các vi sinh vật gây bệnh.
Thành phần các chất ô nhiễm trong nước thải như BOD 5 là 110 - 400mg/l, tổng lượng
nitơ TN là 20-85mg/l trong đó nitơ amoni là 12-50mg/l.
Cùng nước thải sinh hoạt, nước thải sản xuất trong các nhà máy, xí nghiệp cũng
chứa nhiều loại chất tạp chất phức tạp, có nhiều loại chứa nhiều chất bẩn vô cơ, đặc
biệt là các kim loại nặng như trong các ngành công nghiệp có công nghệ mạ. Nước
thải trong các ngành công nghiệp chế biến thực phẩm, thuộc da, giết mổ chứa nhiều
các chất hữu cơ, các vi khuẩn gây bệnh.
Sự phát triển nhanh của nền kinh tế dẫn đến sự cải thiện về mức sống của người
dân cũng như sự đòi hỏi về mức độ Vệ sinh môi trường. Vì vậy xây dựng các công
trình xử lý nước thải phải đạt các yêu cầu về chất lượng nguồn nước xả ra. Nồng độ
các chất ô nhiễm trong nước thải thấp hơn giá trị giới hạn cho phép quy định khi xả ra
các loại nguồn nước mặt khác nhau.
Một trong những chỉ tiêu cần phải đạt được là hàm lượng nitơ trong nước thải.
Theo TCVN 6772:2000 thì lượng N-NH4+ không lớn hơn 0.05mg/l với nguồn loại A
và 1mg/l với nguồn loại B. Hàm lượng Nitơ trong nước thải cao làm ảnh hưởng đến
sức khỏe con người, đến môi trường và với các quá trình xử lý khác trong trạm xử lý
nước thải.
Có nhiều biện pháp để khử nitơ trong nước thải và trong giới hạn của chuyên đề

này, chúng tôi đưa ra các biện pháp sinh học để khử Nitơ.


CHUYÊN ĐỀ: XỬ LÝ NITƠ TRONG NƯỚC THẢI
2.

TỔNG QUAN

2.1.

Trạng thái tồn tại của Nitơ trong nước thải

Trong nước thải, các hợp chất của nitơ tồn tại dưới 3 dạng: các hợp chất hữu cơ, amoni
và các hợp chất dạng ôxy hoá (nitrit và nitrat). Các hợp chất nitơ là các chất dinh
dưỡng, chúng luôn vận động trong tự nhiên, chủ yếu nhờ các quá trình sinh hoá.

Nitơ phân tử N2
Cố định nitơ
N-Protein thực vật

N-Protein động vật

Amôn hóa
NH4+ hoặc NH3

Khử nitơrat

+ O2

Nitrit hoá

Nitrat hoá

NO3-

NO2-

O2 Nitơ trong tự nhiên
Hình 1. Chu+trình

Hợp chất hữu cơ chứa nitơ là một phần cấu thành phân tử protein hoặc là thành phần
phân huỷ protein như là các peptid, axit amin, urê.
Hàm lượng amoniac (NH3) chính là lượng nitơ amôn (NH+4) trong nước thải sinh
hoạt, nước thải công nghiệp thực phẩm và một số loại nước thải khác có thể rất
cao. Các tác nhân gây ô nhiễm Nitơ trong nước thải công nghiệp: chế biến sữa,
rau quả, đồ hộp, chế biến thịt, sản xuất bia, rượu, thuộc da.
Trong nước thải sinh hoạt nitơ tồn tại dưới dạng vô cơ (65%) và hữu cơ (35%). Nguồn
nitơ chủ yếu là từ nước tiểu. Mỗi người trong một ngày xả vào hệ thống thoát nước 1,2
lít nước tiểu, tương đương với 12 g nitơ tổng số. Trong số đó nitơ trong urê
(N-CO(NH2)2) là 0,7g, còn lại là các loại nitơ khác. Urê thường được amoni hoá theo
phương trình như sau.


Trong mạng lưới thoát nước urê bị thuỷ phân:
CO(NH2)2 + 2H2O = (NH4)2CO3



Sau đó bị thối rữa:

(1.2)

CHUYÊN ĐỀ: XỬ LÝ NITƠ TRONG NƯỚC THẢI
(NH4)2CO3 = 2NH3 + CO2 + H2O

(1.3)

Như vậy NH3 chính là lượng nitơ amôn trong nước thải. Trong điều kiện yếm khí
amoniac cũng có thể hình thành từ nitrat do các quá trình khử nitrat của vi khuẩn
Denitrificans.
Lượng chất bẩn Nitơ amôn (N-NH 4) một người trong một ngày xả vào hệ thống thoát
nước: 7 g/ng.ngày
Trong thành phần nước thải sinh hoạt khu dân cư:
Bảng 1. Các chỉ tiêu trung bình các hợp chất Nitơ trong nước thải sinh hoạt
Chỉ tiêu

Trung bình

Tổng Nitơ, mg/l

40

- Nitơ hữu cơ, mg/l

15

- Nitơ Amoni, mg/l

25

- Nitơ Nitrit, mg/l

0,05

- Nitơ Nitrat, mg/l

0,2

Tổng Phốt pho, mg/l

8

Nitrit (NO2-) là sản phẩm trung gian của quá trình ôxy hoá amoniac hoặc nitơ amoni
trong điều kiện hiếu khí nhờ các loại vi khuẩn Nitrosomonas. Sau đó nitrit hình thành
tiếp tục được vi khuẩn Nitrobacter ôxy hoá thành nitrat.
Các quá trình nitrit và nitrat hoá diễn ra theo phản ứng bậc I:
NH4+

kn

NO2-

km

NO3-

Trong đó: kn và km là các hằng số tốc độ nitrit và nitrat hoá.
Các phương trình phản ứng của quá trình nitrit và nitrat hoá được biểu diễn như sau:
NH4+ + 1,5O2

Nitrosomonas

NO2- + 0,5O2
NH4+ + 2O2

NO2- + H2O + 2H+
Nitrobacter

NO3-

NO3- + H2O + 2H+

Quá trình nitrat hoá cần 4,57g ôxy cho 1g nitơ amôn. Các loại vi khuẩn Nitrosomonas
và Nitrobacter là các loại vi khuẩn hiếu khí thích hợp với điều kiện nhiệt độ từ 20÷30oC.
Nitrit là hợp chất không bền, nó cũng có thể là sản phẩm của quá trình khử nitrat
trong điều kiện yếm khí.


CHUYÊN ĐỀ: XỬ LÝ NITƠ TRONG NƯỚC THẢI
Ngoài ra, nitrit còn có nguồn gốc từ nước thải quá trình công nghiệp điện hoá. Trong
trạng thái cân bằng ở môi trường nước, nồng độ nitrit, nitrat thường rất thấp, nó
thường nhỏ hơn 0,02 mg/l. Nếu nồng độ amoni, giá trị pH và nhiệt độ của nước cao,
quá trình nitrit hoá diễn ra thuận lợi, và nồng độ của nó có thể đạt đến giá trị lớn.
Trong quá trình xử lý nước, nitrit trong nước sẽ tăng lên đột ngột.
Nitrat (NO3-) là dạng hợp chất vô cơ của nitơ có hoá trị cao nhất và có nguồn gốc
chính từ nước thải sinh hoạt hoặc nước thải một số ngành công nghiệp thực phẩm, hoá
chất,... chứa một lượng lớn các hợp chất nitơ. Khi vào sông hồ, chúng tiếp tục bị nitrat
hoá, tạo thành nitrat.
Nitrat hoá là giai đoạn cuối cùng của quá trình khoáng hoá các chất hữu cơ chứa nitơ.
Nitrat trong nước thải chứng tỏ sự hoàn thiện của công trình xử lý nước thải bằng

phương pháp sinh học.
Mặt khác, quá trình nitrat hoá còn tạo nên sự tích luỹ ôxy trong hợp chất nitơ để cho
các quá trình ôxy hoá sinh hoá các chất hữu cơ tiếp theo, khi lượng ôxy hoà tan trong
nước rất ít hoặc bị hết.
Khi thiếu ôxy và tồn tại nitrat hoá sẽ xảy ra quá trình ngược lại: tách ôxy khỏi nitrat và
nitrit để sử dụng lại trong các quá trình ôxy hoá các chất hữu cơ khác. Quá trình này
được thực hiện nhờ các vi khuẩn phản nitrat hoá (vi khuẩn yếm khí tuỳ tiện). Trong điều
kiện không có ôxy tự do mà môi trường vẫn còn chất hữu cơ cácbon, một số loại vi
khuẩn khử nitrat hoặc nitrit để lấy oxy cho quá trình ôxy hoá các chất hữu cơ. Quá trình
khử nitrat được biểu diễn theo phương trình phản ứng sau đây:
4NO3- + 4H+ + 5Chữu cơ

5CO2 + 2N2 + 2H2O

Trong quá trình phản nitrat hoá, 1g nitơ sẽ giải phóng 1,71g O2 (khử nitrit) và 2,85g O2
(khử nitrat).


CHUYÊN ĐỀ: XỬ LÝ NITƠ TRONG NƯỚC THẢI
2.2.

Tác hại của Nitơ trong nước thải

2.2.1. Tác hại của Nitơ đối với sức khỏe cộng đồng
Trên bình diện sức khoẻ Nitơ tồn tại trong nước thải có thể gây nên hiệu ứng về môi
trường. Sự có mặt của Nitơ trong nước thải có thể gây ra nhiều ảnh hưởng xấu đến hệ
sinh thái và sức khoẻ cộng đồng. Khi trong nước thải có nhiều Amôniăc có thể gây
độc cho cá và hệ động vật thuỷ sinh, làm giảm lượng ôxy hoà tan trong nước. Khi hàm
lượng nitơ trong nước cao cộng thêm hàm lượng phôtpho có thể gây phú dưỡng nguồn
tiếp nhận làm nước có màu và mùi khó chịu đặc biệt là lượng ôxy hoà tan trong nước

giảm mạnh gây ngạt cho cá và hệ sinh vật trong hồ.
Khi xử lý nitơ trong nước thải không tốt, để hợp chất nitơ đi vào trong chuỗi thức ăn
hay trong nước cấp có thể gây nên một số bệnh nguy hiểm. Nitrat tạo chứng thiếu
Vitamin và có thể kết hợp với các amin để tạo thành các nitrosamin là nguyên nhân
gây ung thư ở người cao tuổi. Trẻ sơ sinh đặc biệt nhạy cảm với nitrat lọt vào sữa mẹ,
hoặc qua nước dùng để pha sữa. Khi lọt vào cơ thể, nitrat chuyển hóa thành nitrit nhờ
vi khuẩn đường ruột. Ion nitrit còn nguy hiểm hơn nitrat đối với sức khỏe con người.
Khi tác dụng với các amin hay alkyl cacbonat trong cơ thể người chúng có thể tạo
thành các hợp chất chứa nitơ gây ung thư. Trong cơ thể Nitrit có thể ôxy hoá sắt II
ngăn cản quá trình hình thành Hb làm giảm lượng ôxy trong máu có thể gây ngạt, nôn,
khi nồng độ cao có thể dẫn đến tử vong.

2.2.2. Tác hại của ô nhiễm Nitơ đối với môi trường
Nitơ trong nước thải cao, chảy vào sông, hồ làm tăng hàm lượng chất dinh dưỡng. Do
vậy nó gây ra sự phát triển mạnh mẽ của các loại thực vật phù du như rêu, tảo gây tình
trạng thiếu oxy trong nước, phá vỡ chuỗi thức ăn, giảm chất lượng nước, phá hoại môi
trường trong sạch của thủy vực, sản sinh nhiều chất độc trong nước như NH 4+, H2S,
CO2, CH4... tiêu diệt nhiều loại sinh vật có ích trong nước. Hiện tượng đó gọi là phú
dưỡng nguồn nước
Hiện nay, phú dưỡng thường gặp trong các hồ đô thị, các sông và kênh dẫn nước thải.
Đặc biệt là tại khu vực Hà Nội, sông Sét, sông Lừ, sông Tô Lịch đều có màu xanh đen
hoặc đen, có mùi hôi thối do thoát khí H 2S. Hiện tượng này tác động tiêu cực tới hoạt
động sống của dân cư đô thị, làm biến đổi hệ sinh thái của nước hồ, tăng thêm mức độ
ô nhiễm không khí của khu dân cư


CHUYÊN ĐỀ: XỬ LÝ NITƠ TRONG NƯỚC THẢI

Hình 2. Qúa trình phú dưỡng trong thủy vực nước mặt
2.2.3. Tác hại của Nitơ đối với quá trình xử lý nước

Sự có mặt của Nitơ có thể gây cản trở cho các quá trình xử lý làm giảm hiệu quả làm
việc của các công trình. Mặt khác nó có thể kết hợp với các loại hoá chất trong xử lý
để tạo các phức hữu cơ gây độc cho con người.
Với đặc tính như vậy việc xử lý Nitơ trong giai đoạn hiện nay đang là vấn đề đáng
được nghiên cứu và ứng dụng.Vấn đề này đã được các nhà nghiên cứu, các học giả đi
sâu tìm hiểu

2.3.

Các phương pháp xử lý Nitơ trong nước thải hiện nay

Đã có nhiều phương pháp nhiều công trình xử lý nitơ trong nước thải được nghiên cứu
và đưa vào vận hành trong đó có cả các phương pháp hoá học, sinh học, vật lý .. v v.
Nhưng phần lớn chúng đều chưa đưa ra được một mô hình xử lý nitơ chuẩn để có thể
áp dụng trên một phạm vi rộng. Dưới đây là bảng phân tích một cách tổng quan nhất
về dạng và hiệu suất làm việc của các phương pháp xử lý nitơ trong nước thải đã được
nghiên cứu và ứng dụng.


CHUYÊN ĐỀ: XỬ LÝ NITƠ TRONG NƯỚC THẢI

Bảng 2. Các phương pháp xử lý nitơ trong nước thải
Các phương pháp xử lý
Bậc I
Bậc II

Hiệu suất xử lý nitơ ( % )
Nitơ dạng hữu cơ NH3 - NH4+
NO3Xử lý thông thường
10-20%

0
0
15-50%
< 10%
Hiệu suất thấp

Hiệu suất
xử lý %
5-10%
10-30%

Xử lý bằng phương pháp sinh học
Vi khuẩn hấp thụ Nitơ

0

40-70%

Hiệu suất thấp

30-70%

Quá trình khử nitrat

0

0

80-90%

70-95%

Thu hoạch tảo

Chủ yếu chuyển
hoá thành NH3NH4+

Thu hoạch
sinh khối

Thu hoạch sinh
khối

50-80%

Quá trình nitrat hoá

Xử lý có giói hạn

0

5-20%

Hồ ôxyhóa

Chủ yếu chuyển
hoá thành NH3NH4+

Tách bằng các
quá trình nitrat

và khử nitrat

20-90%

Chuyển hoá
thành nitrat
Xử lý bởi quá
trình làm
thoáng

Các phương pháp hoá học
Châm clo

Kém ổn định

90-100%

0

80-95%

Đông tụ hoá học

50-70%

Hiệu suất thấp

Hiệu suất thấp

20-30%

Cacbon dính bám

30-50%

Hiệu suất thấp

Hiệu suất thấp

10-20%

0

70-95%

75-90%

70-90%

Trao đổi iôn có chọn lọc
Hiệu suất
80-97%
với Amôni
thấp,kém ổn định
Trao đổi iôn có chọn lọc
Hiệu suất thấp
Hiệu suất thấp
với Nitrat
Các phương pháp vật lý
Lọc

Làm thoáng
Kết tủa bằng đện cực
Thẩm thấu ngược

30-95% N dạng
cặn hữu cơ

Hiệu suất thấp

Hiệu suất thấp

20-40%

0

60-95%

0

50-90%

100% N dạng
cặn hữu cơ

30-50%

30-50%

40-50%

60-90%

60-90%

60-90%

80-90%


CHUYÊN ĐỀ: XỬ LÝ NITƠ TRONG NƯỚC THẢI
Qua bảng phân tích và đánh giá hiệu quả xử lý nitơ, ta thấy việc xử lý nitơ bằng
phương pháp sinh học cho hiệu quả rất cao. Cùng với việc ứng dụng phương pháp sinh
học để khử nitơ trong nước thải, ta còn lưu ý đến các phương pháp khác như: hóa học
(châm clo), vật lý (thổi khí), trao đổi ion...Theo thống kê các nhà máy ứng dụng các
công nghệ để xử lý nitơ thì chi có 6/1200 nhà máy là sử dụng biện pháp thổi khí,
8/1200 nhà máy sử dụng biện pháp châm clo và duy nhất có 1 nhà máy là sử dụng biện
pháp trao đổi ion. Sở dĩ những biện pháp này ít được dùng là do chi phí đầu tư lớn,
thêm vào đó là sự phức tạp trong quá trình vận hành và bảo dưỡng.
Các phương pháp chủ yếu là:
Phương pháp sinh học:
Các muối nitrat, nitrit tạo thành trong quá trình phân hủy hiếu khí sẽ được khử
trong điều kiện thiếu khí (anoxic) trên cơ sở các phản ứng khử nitrat.
-

Phương pháp hoá học và hoá lý:
Vôi hoá nước thải đến pH = 10÷11 để tạo thành NH4OH và thổi bay hơi trên
các tháp làm lạnh.
-

Phốt pho được lắng xuống nhờ các muối sắt, nhôm hoặc vôi.

Tuy nhiên, trong đó, phương pháp sinh học lại có những ưu điểm nổi bật như;
-

Hiệu suất khử nitơ rất cao

-

Sự ổn định và đáng tin cậy của quá trình rất lớn

-

Tương đối dễ vận hành, quản lý

-

Diện tích đất yêu cầu nhỏ

-

Chi phí đầu tư hợp lý, vừa phải

2.4.

Kết luận

Với những tác động xấu của hàm lượng nitơ có trong nước thải sinh hoạt và khu công
nghiệp đến sức khỏe con người cũng như môi trường, chúng ta nên xử lý nitơ xuống
dươi tiêu chuẩn cho phép trước khi xả nước thải ra môi trường (sông, hồ...)
Từ việc xem xét, đánh giá hiệu quả xử lý cũng như tổng quan các phương pháp xử lý

nitơ trong nước thải, chúng tôi lựa chọn phương pháp sinh học để xử lý


CHUYÊN ĐỀ: XỬ LÝ NITƠ TRONG NƯỚC THẢI
3.

Xử lý nitơ trong nước thải bằng phương pháp sinh học

3.1.

Cơ sở lý thuyết các quá trình xử lý nitơ bằng phương pháp sinh học

Trong quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học hiếu khí, nitơ amôn sẽ
được chuyển thành nitrit và nitrat nhờ các loại vi khuẩn Nitrosomonas và Nitrobacter.
Khi môi trường thiếu ôxy, các loại vi khuẩn khử nitrat Denitrificans (dạng kỵ khí tuỳ
tiện) sẽ tách ôxy của nitrát (NO3-) và nitrit (NO2-) để ôxy hoá chất hữu cơ. Nitơ phân tử
N2 tạo thành trong quá trình này sẽ thoát ra khỏi nước.

Hình 3. Qúa trình chuyển hóa Nitơ trong nước thải
Quá trình chuyển NO3- → NO2- → NO → N2O → N2 với việc sử dụng mêtanol làm
nguồn các bon được biểu diễn bằng các phương trình sau đây:
3.1.1. Nitrat hóa
Nitrat hoá là một quá trình tự dưỡng (năng lượng cho sự phát triển của vi khuẩn được
lấy từ các hợp chất ôxy hoá của Nitơ, chủ yếu là Amôni. Ngược với các vi sinh vật dị
dưỡng các vi khuẩn nitrat hoá sử dụng CO 2 (dạng vô cơ) hơn là các nguồn các bon hữu
cơ để tổng hợp sinh khối mới. Sinh khối của các vi khuẩn nitrat hoá tạo thành trên một
đơn vị của quá trình trao đổi chất nhỏ hơn nhiều lần so với sinh khối tạo thành của quá
trình dị dưỡng.

CHUYÊN ĐỀ: XỬ LÝ NITƠ TRONG NƯỚC THẢI
Quá trình Nitrat hoá từ Nitơ Amôni được chia làm hai bước và có liên quan tới hai loại
vi sinh vật , đó là vi khuẩn Nitơsomonas và Vi khuẩn Nitơbacteria. ở giai đoạn đầu
tiên amôni được chuyển thành nitrit và ở bước thứ hai nitrit được chuyển thành nitrat
Bước 1. NH4- + 1,5 O2  NO2- + 2H+ + H2O
Bước 2. NO-2 + 0,5 O2  NO3Các vi khuẩn Nitơsomonas và Vi khuẩn Nitơbacteria sử dụng năng lượng lấy từ các
phản ứng trên để tự duy trì hoạt động sống và tổng hợp sinh khối. Có thể tổng hợp quá
trình bằng phương trình sau :
NH4- + 2 O2  NO3- + 2H+ + H2O (*)
Cùng với quá trình thu năng lượng, một số iôn Amôni được đồng hoá vận chuyển vào
trong các mô tế bào. Quá trình tổng hợp sinh khối có thể biểu diễn bằng phương trình
sau :
4CO2 + HCO3- + NH+4 + H2O  C5H7O2N + 5O2
C5H7O2N tạo thành được dùng để tổng hợp nên sinh khối mới cho tế bào vi khuẩn.
Toàn bộ quá trình ôxy hoá và phản ứng tổng hợp được thể hiện qua phản ứng sau :
NH4++1,83O2+1,98 HCO3-  0,021C5H7O2N + 0,98NO3-+1,041H2O+1,88H2CO3
Lượng ôxy cần thiết để ôxy hoá amôni thành nitrat cần 4,3 mg O 2/ 1mg NH4+. Giá trị
này gần bằng với giá trị 4,57 thường được sử dụng trong các công thức tính toán thiết
kế. Giá trị 4,57 được xác định từ phản ứng (*) khi mà quá trình tổng hợp sinh khối tế
bào không được xét đến.
3.1.2. Khử nitrit và nitrat:
Trong môi trường thiếu ôxy các loại vi khuẩn khử nitrit và nitrat Denitrificans (dạng kị
khí tuỳ tiện) sẽ tách ôxy của nitrat (NO3-) và nitrit (NO2-) để ôxy hoá chất hữu cơ.
Nitơ phân tử N2 tạo thành trong quá trình này sẽ thoát ra khỏi nước.
+ Khử nitrat :
NO3- + 1,08 CH3OH + H+  0,065 C5H7O2N + 0,47 N2 + 0,76CO2 + 2,44H2O
+ Khử nitrit :
NO2- + 0,67 CH3OH + H+  0,04 C5H7O2N + 0,48 N2 + 0,47CO2 + 1,7H2O
Như vậy để khử nitơ công trình xử lý nước thải cần :
Điều kiện yếm khí ( thiếu ôxy tự do )

Có nitrat (NO3- ) hoặc nitrit (NO2-)
Có vi khuẩn kị khí tuỳ tiện khử nitrat;


CHUYấN : X Lí NIT TRONG NC THI
Cú ngun cỏcbon hu c
Nhit nc thi khụng thp.

3.2.

Cỏc dõy chuyn v cụng trỡnh x lý nit trong nc thi

3.2.1. Dõy chuyn cụng ngh x lý nit
-

Quỏ trỡnh hu phn (Post - denitrification)
Nitrat húa (X lý sinh hc bc 2) Phn nitrat(X lý bc 3)
Cấpưkhí

Cóưthểưbổưsungưnguồnưcácbonưhữuưcơ

Hỡnh 4. S Nư ớcưthảiưtrư ớcưxửưlý Aerotenưư(XLSHưhoànưtoàn Anoxic
hayưthổiưkhíưkéoưdài)
dõy
+ưÔxyưhóaưhiếuưkhíưchấtưhữuưcơ +ưKhửưưnitratưhóa
+ưNitratưhóa
chuyờn x
Bùnưtuầnưhoàn
lý Nit
NO

trong nc
thi - Qỳa
trỡnh hu phn

Nư ớcưthảiưsauưxửưlý

Bểưlắng

3

-

Bùnưdư

Quỏ trỡnh tin phn (Pre denitrification)

Kh nitrat (Oxi húa hp cht hu c trong iu kin k khớ) nitrat húa (x lý bc 2)
Hỡnh 4. S dõy chuyờn x lý Nit trong nc thi - Qỳa trỡnh hu phn
Cấpưkhí

Hỡnh 5. S Nư ớcưthảiưsauưxửưlýưbậcưI
dõy
chuyờn x
lý Nit
trong nc
thi - Qỳa

Anoxic

Aerobic

(thổiưkhíưkéoưdài)

Nư ớcưthảiưsauưxửưlý

Bểưlắng

Bùnưtuầnưhoàn
NO3
Bùnưdư

trỡnh tin phn
-

Quỏ trỡnh kt hp 2 phng phỏp trờn bng cỏch trỏo i cỏc quỏ trỡnh
nitrat húa v phn nitrat

C1

C4

A

C2

Nư ớcưthảiưsauưxửưlýưbậcưI

Nư ớcưthảiưsauưxửưlýưbậcưI

Anoxic

C3

ANư ớcưthảiưsauưxửưlýưbậcưI
B

Aerobic

Aerobic

Bểưlắng

A

Aerobic

Aerobic
Bểưlắng

B
Nư ớcưthảiưsauưxửưlýưbậcưI
Bùnưtuầnưhoàn
B

Nư ớcưthảiưsauưxửưlý

A

Aerobic

Nư ớcưthảiưsauưxửưlý

Bểưlắng

B
Anoxic

Bểưlắng

Aerobic
Bùnưdư

Bùnưtuầnưhoàn

Bùnưtuầnưhoàn
Bùnưtuầnưhoàn

Bùnưdư

Bùnưdư

Bùnưdư

Nư ớcưthảiưsauưxửưlý

Nư ớcưthảiưsauưxửưlý


CHUYÊN ĐỀ: XỬ LÝ NITƠ TRONG NƯỚC THẢI
Hình 6. Sơ đồ dây chuyên xử lý Nitơ trong nước thải – Kết hợp 2 quá trình tiền
phản và hậu phản

3.2.2. Một số dạng công trình kết hợp xử lý BOD/N
3.2.3. Kênh ôxy hoá tuần hoàn

Hình 7. Sơ đồ dây chuyên xử lý Nitơ trong nước thải – Kênh oxi hóa tuần hoàn

Kênh ôxy hoá tuần hoàn hoạt động theo nguyên lý thổi khí bùn hoạt tính kéo dài. Quá
trình thổi khí đảm bảo cho việc khử BOD và ổn định bùn nhờ hô hấp nội bào. Vì vậy
bùn hoạt tính dư ít gây hôi thối và khối lượng giảm đáng kể.
Các chất hữu cơ trong công trình hầu như được ôxy hoá hoàn toàn, hiệu quả khử BOD
đạt 85÷95%. Trong vùng hiếu khí diễn ra quá trình ôxy hoá hiếu khí các chất hữu cơ
và nitrat hoá. Trong vùng thiếu khí (hàm lượng ôxy hoà tan thường dưới 0,5 mg/l)
diễn ra quá trình hô hấp kỵ khí và khử nitrat.
Để khử N trong nước thải, người ta thường tạo điều kiện cho quá trình khử nitrat diễn
ra trong công trình. Kênh ôxy hoá tuần hoàn hoạt động theo nguyên tắc của aerôten
đẩy và các guồng quay được bố trí theo một chiều dài nhất định nên dễ tạo cho nó
được các vùng hiếu khí (aerobic) và thiếu khí (anoxic) luân phiên thay đôỉ. Quá trình
nitrat hoá và khử nitrat cũng được tuần tự thực hiện trong các vùng này Hiệu quả khử
nitơ trong kênh ôxy hoá tuần hoàn có thể đạt từ 40÷80%
3.2.4. Aerôten hoạt động gián đoạn theo mẻ (hệ SBR)


CHUYấN : X Lí NIT TRONG NC THI
Nư ớcưthải
vào

Bểưlắng
cát

Bểưlắng
đợtưmột

BểưSBRư1

BểưSBRư2

Xảưbùnưhoạtưtínhưdư

Khửưtrùng

Xảưnư ớcưthảiưraưsông,ưhồ

Hỡnh 7. S dõy chuyờn x lý Nit trong nc thi B SBR
Cỏc giai on hot ng din ra trong mt ngn bao gm: lm y nc thi, thi khớ,
lng tnh, x nc thi v x bựn d.
Hỡnh 8. Cỏc giai on hot ng trong b SBR

Trong bc mt, khi cho nc thi vo b, nc thi c trn vi bựn hot tớnh lu
li t chu k trc. Sau y hn hp nc thi v bựn c sc khớ bc hai vi thi
gian thi khớ ỳng nh thi gian yờu cu. Quỏ trỡnh din ra gn vi iu kin trn hon
ton v cỏc cht hu c c ụxy hoỏ trong giai on ny. Bc th ba l quỏ trỡnh
lng bựn trong iu kin tnh. Sau ú nc trong nm phớa trờn lp bựn c x ra
khi b. Bc cui cựng l x lng bựn d c hỡnh thnh trong quỏ trỡnh thi khớ
ra khi ngn b, cỏc ngn b khỏc hot ng lch pha m bo cho vic cung cp nc thi lờn trm XLNT liờn tc.
Cụng trỡnh hot ng giỏn on, cú chu k. Cỏc quỏ trỡnh trn nc thi vi bựn, lng
bựn cn,... din ra gn ging iu kin lý tng nờn hiu qu x lý nc thi cao. BOD
ca nc thi sau x lý thng thp hn 20 mg/l, hm lng cn l lng t 3 n 25
mg/l v N-NH3 khong t 0,3 n 12 mg/l.


CHUYÊN ĐỀ: XỬ LÝ NITƠ TRONG NƯỚC THẢI

Hệ thống aerôten hoạt động gián đoạn SBR có thể khử được nitơ và phốt pho sinh hoá
do có thể điều chỉnh được các quá trình hiếu khí, thiếu khí và kỵ khí trong bể bằng
việc thay đổi chế độ cung cấp ôxy
3.3.

Xử lý kết hợp nitơ và phốt pho

Phốt pho xâm nhập vào nước có nguồn gốc từ nước thải đô thị, phân hoá học, cuốn
trôi từ đất, nước mưa hoặc phốt pho trầm tích hoà tan trở lại
Phốt pho trong nước thường tồn tại dưới dạng orthophotphat (PO 43-,HPO42-,
H2PO4-,H3PO4) hay polyphotphat [Na3(PO3)6] và phốt phát hữu cơ. Tất cả các dạng
polyphotphat như pyrometaphotphat Na2(PO4)6, tripolyphotphat Na5P3O10,
pyrophotphat Na4P2O7 đều chuyển hoá về dạng orthophotphat trong môi trường nước.
Trong nước mưa, hàm lượng nitơ và phốt pho phụ thuộc vào lưu vực thoát nước, đặc
điểm mặt phủ ...
Bảng 3: Lượng nitơ và phốt pho theo nước mưa chảy vào sông, hồ, kg/ha.năm.
Nguyên tố

Rừng

Nông nghiệp

Đô thị

Nước mưa

Nitơ

3

5

5

24

(1,3 -10,2)

(0,5-50)

(1-20)

0,4

0,5

1

1

(0,01-0,9)

(0,1-5)

(0,1-10)

(0,05-5)

Phốt pho

Hợp chất photpho tự nhiên không độc hại , chỉ có một số loại tổng hợp este trung tính
của axit photphoric dùng làm hoá chất bảo vệ thực vật là có độc tính cao. Trong nước
bị ô nhiễm, hàm lượng photpho (tính theo photphat) không lớn, khoảng 0,1 mg/l, chủ
yếu dạng orthophotphat . Trong nước thải nồng độ photphat cao . Phốt pho là nguyên
nhân chính gây ra bùng nổ tảo ở một số nguồn nước mặt , gây ra hiện tượng tái nhiễm
bẩn và nước có màu, mùi khó chịu.
3.3.1. Kết hợp xử lý Phốt pho và Nitơ trong nước thải bằng phương pháp sinh
học
Một trong những quá trình xử lý bằng phương pháp sinh học đang được phát triển đó
là kết hợp xử lý cả nitơ và photpho. Bằng cách sử dụng bùn hoạt tính, các hợp chất
trong các quá trình xử lý thiếu khí (anoxic), xử lý hiếu khí (aerobic), xử lý yếm khí
(anaerobic) kết hợp hoặc riêng biệt để thực hiện quá trình khử nitơ và photpho. Ban
đầu quá trình này được phát triển để khử Photpho, sau đó là kết hợp khử cả nitơ và
photpho.
Các công nghệ được sử dụng thông dụng nhất là:


CHUYấN : X Lí NIT TRONG NC THI
-

Quy trỡnh A2/O

-

Quy trỡnh Bardenpho (5 bc)

-

Quy trỡnh UCT

-

Quy trỡnh VIP

K thut x lý m k tip cng cú kh nng kt hp kh Nit v Phtpho
Quy trỡnh A2/O
Quy trỡnh ny c ci tin t quy trỡnh A/O v b sung thờm vựng cp oxi kh
nitrat. Giai on lu trong quỏ trỡnh thiu khớ xp x mt gi. Ti vựng anoxic (thiu
oxy), vi sinh vt ly oxi t nitrat (NO3-) v nitrit (NO22-), lng nitrat v nitrit c b
sung bi hn hp nc thi tun hon t sau vựng aerobic. Hm lng phútpho tp
trung trong nc nc thi nh hn 2mg/l l cú th chp nhn c vi nc thi
khụng cú cụng on lc, v nh hn 1.5mg/l vi nc thi sau lc.
Hỗnưhợpưnư ớcưthảiưtuầnưhoàn

Nư ớcưthảiưtrư ớcưxửưlý

Anaerobic

Anoxic

Aerobic

Bùnưtuầnưhoàn

Bểưlắng

Nư ớcưthảiưsauưxửưlý

Bùnưcặn
chứaưphotpho

Hỡnh 9. Quy trỡnh A2/O
Quy trỡnh Bardenpho (5 giai on)
T b Bardenpho 4 giai on x lý Nit, b sung thờm 1 giai on kt hp kh
c nit v photpho. Thờm giai on th 5 l quỏ trỡnh ym khớ anarobic kh
photpho lờn u tiờn ca quy trỡnh kt hp kh nit, photpho. S sp xp cỏc giai on
v cỏch tun hon hn hp nc thi sau cỏc vựng cng khỏc nhau v khỏc quy trỡnh
x lý A2/O. H thng 5 bc cung cp cỏc vựng anaerobic, anoxic, aerobic kh c
Nit, Photpho v hp cht hu c. Vựng Anoxic (giai on 2) kh nitrat v c
b sung nitrat t b aerobic (giai on 3). B aerobic cui cựng tỏch khớ N 2 ra khi
nc v gim hm lng Photpho xung ti a. Thi gian x lý kộo di hn quy trỡnh
A2/O. Tng thi gian lu nc l 10-40ngy, tng sinh khi ca vi sinh vt


CHUYấN : X Lí NIT TRONG NC THI
Hỗnưhợpưnư ớcưthảiưtuầnưhoàn

Nư ớcưthảiưtrư ớcưxửưlý

Anaerobic

Anoxic

Aerobic

Anoxic

Aerobic

Nư ớcưthảiưsauưxửưlý

Bểưlắng

Bùnưcặn

Bùnưtuầnưhoàn

chứaưphotpho

Hỡnh 10. Quy trỡnh Bardenpho (5 giai on)

Quy trỡnh UCT
c sỏng to ti trng i hc Cape Town, ging quy trinh A 2/O nhng cú 2 s
khỏc bit. Th nht, bựn hot tớnh c tun hon n b Anoxic thay vỡ b anaerobic.
Th hai, xut hin vũng tun hon t b anoxic n anaerobic. Bựn hot tớnh n b
anoxic, hm lng nitrat trong b anaerobic s b loi b, theo ú ta tỏch c photpho
trong b anaerobic. Bn cht ca vũng tun hon gia cỏc b l cung cp hp cht hu
c n b anaerobic. Hp cht t b anoxic bao gm cỏc hp cht hu c hũa tan
(BOD) nhng hm lng nitrat rt ớt, to iu kin tt nht lờn men k khớ trong b
anaerobic. Vo nm 1989, cha cú nh mỏy no ti M s dng quỏ trỡnh ny.
Hỗnưhợpưnư ớcưthảiư
tuầnưhoàn

Nư ớcưthảiưtrư ớcưxửưlý

Anaerobic Anoxic

Hỗnưhợpưnư ớcưthảiư
tuầnưhoàn

Anoxic

Aerobic

Bểưlắng

Bùnưcặn

Bùnưtuầnưhoàn

Hỡnh 10. Quy
trỡnh UCT

Nư ớcưthảiưsauưxửưlý

chứaưphotpho

Quy trỡnh VIP

(Virginia Initiative Plant in Norfolk. Virginia)
Quy trỡnh ny ging A 2/O v UCT ngoi tr cỏch tun hon hn hp nc thi gia
cỏc b. Bựn hot tớnh cựng vi nc thi sau b aerobic (ó kh nitrat) c a li b
anoxic. Nc thi t b anoxic quay tr li u vo ca anaerobic. Trờn c s nhng
d liu kim tra c, xut hin mt s hp cht hu c trong nc thi u vo, m
bo s n inh trong hot ng ca b k khớ, lm gim nhanh chúng lng oxi theo
yờu cu.
Hỗnưhợpưnư ớcưthảiư
tuầnưhoàn

Hỗnưhợpưnư ớcưthảiư

tuầnưhoàn

Hỡnh 10. Quy
trỡnh VIP

Nư ớcưthảiưtrư ớcưxửưlý

Anaerobic

Anoxic

Aerobic

Bùnưtuầnưhoàn

Bểưlắng

Nư ớcưthảiưsauưxửưlý

Bùnưcặn

3.3.2. So
sỏnh
u, nhc im ca cỏc quỏ trỡnh kt hp x lý c nit v photpho
chứaưphotpho

Bng 4: So sỏnh u nhc im ca cỏc quỏ trỡnh kt hp x lý nit v photpho


CHUYÊN ĐỀ: XỬ LÝ NITƠ TRONG NƯỚC THẢI

Các quá
trình

A2/O

Ưu điểm

Nhược điểm

Bùn thải có một hàm lượng tương Hoạt động dưới điều kiện khí hậu lạnh
đối cao phôtpho ( 3 – 5%) và là thường không ổn định
một nguồn phân bón giá trị
Phức tạp hơn so với công nghệ A/O
Khả năng khử nitrat cao hơn so với
dây chuyền A/O.
Tạo ra ít bùn thải nhất trong hệ Với nhiều vòng tuần hoàn, cần phải
thống các phương pháp xử lý tính toán thêm công suất của bơm và
phốtpho hiện thời.
các yêu cầu về vấn đề bảo dưỡng.

Bùn thải có một hàm lượng tương Mới chỉ được thí nghiệm chủ yếu ở
đối cao phôtpho và là một nguồn Mỹ.
phân bón giá trị.
Những yêu cầu cho hoá chất phụ trợ
Có khả năng giảm thiểu tổng lượng thường không ổn định.
Bardenpho nitơ tới mức thấp, tốt hơn so với đa Yêu cầu khối tích lớn hơn so với quá
số các phương pháp khác.
trình A2/O.
Độ kiềm được khôi phục cho hệ
thống.Vì vậy có thể tiết kiệm lượng

hoá chất tiêu thụ
Được sử dụng rộng rãi ở Nam Phi
và những nơi có điều kiệnvề tài
chính
Luân chuyển các vùng Anoxic để
loại bỏ quá trình tái hợp của Nitrat
và cung cấp môi trường tách
phôtpho tốt hơn trong các vùng
Anaerobic.
UCT

Chưa có những công trình thực tế tại
Mỹ.
Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất
quá trình vẫn chưa được chuẩn hoá.

Tỷ suất BODF yêu cầu cao
Dung tích ngăn phản ứng nhỏ hẹp
Những yêu cầu đối với hoá chất phụ
hơn so với quá trình Bardenpho.
trợ không ổn định
Tuần hoàn nội vi rộng làm tăng điện
năng tiêu thụ của máy bơm và các yêu
cầu vận hành bảo dưỡng.

VIP

Tuần hoàn nitrat qua vùng anoxic Tuần hoàn nội vi rộng làm tăng điện

CHUYÊN ĐỀ: XỬ LÝ NITƠ TRONG NƯỚC THẢI
Các quá
trình

Ưu điểm

Nhược điểm

để giảm lượng ôxy yêu cầu và năng tiêu thụ của máy bơm và các yêu
lượng kiềm tiêu thụ.
cầu vận hành bảo dưỡng.
Luân phiên nước thải từ vùng Chỉ mới được áp dụng hạn chế tại Mỹ
anoxic sang vùng anaerobic để Nhiệt độ thấp làm giảm khả năng tách
giảm lượng nitrat trong vùng hiếu Nitơ .
khí.
Có thể áp dụng để xử lý Nitơ tạm
thời hoặc phốt pho quanh năm
3.4.

Kết luận

Sử dụng phương pháp sinh học thông thường để xử lý nitơ cần phải bổ sung nguồn các
bon, cung cấp lượng lớn khí oxi cho quá trình nitrat hóa và duy trì được vi khuẩn kỵ
khí tùy tiện.
Trong chu trình chuyển hóa nitơ amôn thành nitơ phân tử khí ta thấy có quá trình nitơ
amôn kết hợp với nitrit để chuyển hóa thành nitơ phân tử. Đó cũng là nguyên nhân và
động lực để tìm ra một phương pháp xử lý mới có hiệu suất cao, dễ làm và chi phí
thấp. Chính là quá trình xử lý bằng Anammox.

CHUYÊN ĐỀ: XỬ LÝ NITƠ TRONG NƯỚC THẢI
4.
Nghiên cứu phương pháp xử lý Nitơ trong nước thải bằng quá trình
Anammox
Từ những năm 1980 và 1990 người ta đã thấy rằng ngoài phương pháp xử lý sinh học
kết hợp hai quá trình nitrat hoá và khử nitrat hoá có thể loại bỏ được amôni ra khỏi
nguồn thải mà còn tồn tại một loại vi khuẩn có khả năng ôxy hoá amôni thành dạng
khí N2 sử dụng nitrit được hình thành từ quá trình xử lý thay thế cho việc phải sử dụng
ôxy cấp từ nguồn bên ngoài vào.Các nhà khoa học Hà Lan và Đức đã nghiên cứu và
phát hiện ra loại vi khuẩn này thuộc chủng Planctomyce - tales gồm hai dạng chính là :
Brocadia anammoxidans và Kuene-nia stuttgartiensis
Một số nghiên cứu đã chỉ ra rằng trong hệ thống các lớp siêu mỏng của lớp màng
biofilm được hình thành thì trên đó có sự phân bố ôxy theo những đường dốc. Các lớp
phía trên là những lớp giàu ôxy trong khi các lớp ở phía dưới cùng nằm trong trạng
thái kị khí. Ta giả thiết rằng những vi sinh vật chúng ta đang tìm kiếm cư trú ở những
lớp thấp nhất của màng biofilm. Sử dụng đầu dò gen đặc biệt và công nghệ FISH
(Flourescence In Situ – Hybridization) chúng ta có thê xác nhận sự có mặt của vi
khuẩn thuộc chủng Planctomycetes .
Sử dụng kỹ thuật sinh học phân tử và những thí nghiệm sinh lý học khác chúng ta có
thể kết luận rằng chính vi khuẩn Kuene- nia stuttgartiensis đã ôxy hoá amôni thành
N2 trong điều kiện kị khí. Quá trình này vì vậy được gọi là quá trình ôxy hoá amôni
trong điều kiện kị khí (Anaerobic Ammonia Oxidation) hay còn gọi là ANAMMOX.

4.1.

Cơ chế quá trình

Quá trình ANAMMOX là quá trình ôxy hoá amôni trong điều kiện kị khí thành nitơ
bởi các vi khuẩn anammox.
Trong quá trình Anammox amôni cùng với nitrit được chuyển đổi dưới điều kiện kị

khí tới N2 cung cấp hơi đốt và một lượng nhỏ nitrat theo phương trình phản ứng sau:
NH3 + 1,32 NO2- + H+  1,02N2 + 0,26 NO3- + 2H2O
Để loại bỏ nitơ amôn từ nước thải sử dụng vi khuẩn anammox một phần nitơ amôn
thích hợp được sử dụng để sản sinh ra lượng nitrit NO 2- theo phương trình phản ứng
sau :
NH4+ + 1,5O2 +2HCO3-  NO2- + 2CO2 + 3H2O
Trong thực tế để thực hiện thành công quá trình anammox thì bắt buộc phải thực hiện
trước một bước quá trình aerobic để oxy hoá amôn thành nitrit. Quá trình này còn gọi
là quá trình nitrit hoá bộ phận. Tiếp theo NO 2- như một chất nhận điện tử sẽ tiếp tục
phản ứng với amôni còn lại để tạo thành N 2. Quá trình này được gọi là quá trình


CHUYÊN ĐỀ: XỬ LÝ NITƠ TRONG NƯỚC THẢI
anammox.
Tổng hợp ta có quá trình nitrit hoá bộ phận/anammox. Quá trình này diễn ra trong hai
giai đoạn:
. Sự ôxy hoá amôni trong điều kiện hiếu khí ở giai đoạn I nhờ các vi khuẩn nitrit hoá.
. Quá trình anammox được thực hiện trong điều kiện hiếu khí ở giai đoạn II nhờ các vi
khuẩn anammox.
Như vậy cả hai loại vi khuẩn này đều có thể song song tồn tại trong cùng một khu vực
dựa vào lượng ôxy và lượng ôxy tự do theo chiều sâu của lớp màng sinh học biofilm.
Amôniắc sẽ được ôxy hoá dưới điều kiện giới hạn về ôxy để tạo ra một lượng nitrit
thích hợp. Lượng nitrit này sẽ kết hợp với lượng amôniắc còn lại để tạo thành N 2 bởi
các vi khuẩn anammox. Kết hợp hai quá trình theo phản ứng sau :
NH4+ + 0,85 O2  0,435 N2 + 0,13 NO3- + 1,3 H2O + 1,4 H+
Công nghệ dựa trên quá trình này có thể áp dụng để nghiên cứu xử lý nước thải giàu
amôni của nước thải thu gom trên bề mặt của các quá trình xử lý sinh hóa bùn đặc.
Trong khi hyđrô cacbonat và amôn là những iôn dễ bị ảnh hưởng bởi các quá trình tích
nạp điện tích trên bề mặt do chúng đều trải qua những sự biến đổi trong thời gian nitrit
hoá bộ phận và anammox. Vì vậy chúng ta có thể sử dụng những phương pháp đo dẫn

điện như một tham số để đi theo quá trình loại bỏ nitơ.
Mục tiêu là sử dụng chúng ước lượng tính dẫn điện như một tham số đơn giản để theo
dõi quá trình nitrit hoá và anammox trong hệ thống xử lý một hoặc hai giai đoạn.

4.2.

Phương pháp thí nghiệm

4.2.1. Nguyên vật liệu và phương pháp
Bùn hoạt hoá vi khuẩn nitrit hoá trong điều kiện ôxy hoá sử dụng môi trường nhân tạo.
Môi trường nhân tạo được sử dụng là môi trường tổng hợp chứa đựng peptôn, thịt rút,
NaHCO3 , MgSO4 , CaCl2 , NaCl và KCl.
Sau 6 tháng nuôi cấy bùn giống sẽ được lấy ra để làm thí nghiệm. Dòng vào được
chuẩn bị bằng cách hoà tan 47,1 - 471mg (NH 4)2SO4 và 13,6g KH2PO4 vào trong nước
máy.
4.2.2. Vật liệu mang.
Giá thể vi sinh là sợi Acrylin chuyên dụng có đặc tính nhẹ dạng sợi xù xì để tăng độ
bám cho màng vi sinh vật, đường kính 2mm , kết nối với nhau thành dạng lưới do
công ty Biofix , Net Co, Ltd sản xuất.


CHUYÊN ĐỀ: XỬ LÝ NITƠ TRONG NƯỚC THẢI

Hình 11: Vật liệu mang
Acrylin
Vật liệu này có thể tạo chiều
dài dính bám tương đương
23,324 m/m3 và diện tích bề
mặt 165 m2/m3 cho phép tạo khả năng giữ một lượng bùn đặc cao cho hiệu suất xử lý
tốt hơn các vật liệu khác.

4.2.3. Thiết bị thí nghiệm
Mô hình Anammox được tiến hành trong bể phản ứng dạng hình hộp làm bằng
nhựa tổng hợp trong suốt dung tích 5,43 l.
Hình 12: Thiết bị thí nghiệm

Fig.3. Schematic diagram of reactor system
(1) Influent tank (2) NaHCO3 solution (3) pH controller
(4) Bicarbonate pump (5) Influent pump (6) Air-flow meter


CHUYÊN ĐỀ: XỬ LÝ NITƠ TRONG NƯỚC THẢI
(7) Reactor (8) Air pump (9) Heater (10) Effluent

Hình 13: Sơ đồ mô hình Anammox
Sử dụng 60 g vật liệu mang.
Không khí được cấp ở đáy tại trung tâm với luồng gió là 0,7 - 1 l/phút.
Tác dụng của dòng không khí là xáo trộn dòng chảy trong bể phản ứng
Các thiết bị phụ trợ :
. Thiết bị điều chỉnh pH
. Thiết bị điều chỉnh nhiệt độ theo những mức đã đặt sẵn.

4.2.4. Tiến hành thí nghiệm:
15 g bùn đã được hoạt hoá vi khuẩn nitrit hoá được đưa vào mô hình.
Quá trình thổi khí để xáo trộn dòng chảy tạo điều kiện tiếp xúc giữa nước mẫu và khối
giá thể.
Sau 4h bùn đã được dính bám tốt và phân bố đều trên toàn bộ bề mặt khối vật liệu
mang.
Sự thích nghi với điều kiện môi trường của bùn giống được tuân theo quy luật bậc
thang với sự tăng tải lượng lưu lượng đầu vào từ 0,04 tới 0,37 kgN/m 3/ngày.

4.2.5. Quá trình thí nghiệm
Sử dụng bùn hoạt tính đã được hoạt hóa nitrit đã thích hợp với điều kiện môi trường và
chất tổng hợp nitrit hoá. Gắn và giữ cố định các giá thể phản ứng dưới những điều kiện
vận hành khác nhau.
Quá trình thí nghiệm có thể được mô tả theo sơ đồ sau.


CHUYÊN ĐỀ: XỬ LÝ NITƠ TRONG NƯỚC THẢI
Hình 14: Quá trình thí nghiệm
Những điều kiện vận hành cho quá trình xử lý nitrit hoá bộ phận
Bảng 5: Điều kiện vận hành của quá trình xử lý nitrit
Run

I

II

III

Nhiệt độ

27oC

30oC

35oC

pH

6.0 6.5 7.0 7.5

6.0 6.5 7.0 7.5

6.0 6.5 7.0 7.5 7.6 7.7 7.8
7.9

4.2.6. Phương pháp phân tích
Sự tập trung ôxy hoà tan được đo bởi thiết bị đo 782 Oxygen Meter (Strathkelvin
Instrument, UK).
Nitơ Amôn được xác định bởi phương pháp Indophenol và được đo bằng thiết bị ảnh
phổ kế U – 2010.
Nitơ tồn tại ở dạng NO2- và NO3- được phân tích bởi thiết bị phân tích iôn TOALA –
100.
Mẫu bùn đặc trong mô hình thí nghiệm được lấy ra để phân tích kết hợp các loại vi
khuẩn. Các mẫu ADN sẽ được giải mã khuếch đại, lắp ghép và tím kiếm những mẫu
tương thích. Những phân tích ADN và phân tích quang hoá quan sát và quét dưới kính
hiển vi đồng cự được tiến hành theo chuẩn của Fujii.

4.3.

Kết quả và đánh giá

4.3.1. Quá trình Nitrit hoá cục bộ
Những thay đổi của nồng độ nitơ tập trung trong nước thải dòng ra trong những điều
kiện khác nhau của quy trình thí nghiệm được thể hiện trong đồ thị.


CHUYÊN ĐỀ: XỬ LÝ NITƠ TRONG NƯỚC THẢI

NO3-N

NO2-N

NH4-N

Hình 15: Biểu đồ thể hiện sự thay đổi của Nitơ tập trung
theo các điều kiện thí nghiệm
Dưới điều kiện pH = 6 -7,5 tại nhiệt độ 35 oC các thí nghiệm trong điều kiện III thấy
rằng lượng N tồn tại ở dạng amôni và nitrit được tìm thấy nhưng nitơ dạng nitrat thì
không có. Tỷ lệ N dạng NO2- sẽ tăng lên khi pH vượt qua ngưỡng 7,25 ở giá trị 35 oC.
Tỷ lệ N dạng NH4 + và NO2- của dòng ra sẽ cùng ở một mức khi giá trị pH đạt mức từ
7,5 – 7,7 và nhiệt độ ở mức 35oC.
Những kết quả thí nghiệm dưới điều kiện pH = 7,8 , t = 35 oC thường không ổn định vì
thế không được thể hiện trên biểu đồ.
Nitơ trong nước thải của dòng ra trong điều kiện pH = 7,9 hoàn toàn ở dạng Nitrit và
đạt tới quá trình nitrit hoá hoàn toàn.
Định hướng chung là N dạng NO2- được phát hiện trong mẫu nước thải dòng ra khi pH
> 7 trong mọi trường hợp.
Kết quả này chỉ ra rằng hoạt động của các vi khuẩn ôxy hoá nitrit bị ngăn cản dưới
điều kiện kiềm. Có thê kết luận rằng quá trình nitrit hoá từng phần là pH = 7,5 - 7,7 ở
nhiệt độ 35oC.

4.3.2. Ảnh hưởng của nồng độ NH3 đến quá trình nitrit hoá.
Thống kê được rằng tải lượng NH 3 từ 0,1 - 10 mg/l sẽ ngăn cản hoạt động của các vi
khuẩn ôxy hoá nitrit. Khi NH3 có giá trị từ 10 - 150 mg/l sẽ ngăn cản hoạt động của
pH
10
6344
pH

273+T +
e
10


CHUYÊN ĐỀ: XỬ LÝ NITƠ TRONG NƯỚC THẢI
các vi khuẩn ôxy hoá amôni. Độ tập trung NH3 được tính theo tổng nitơ amôni TAN
( Total Amonium Nitrogen )
NH3 tự do =

17
.TAN.
14

Sử dụng công thức này độ tập trung NH 3 trong các phản ứng nitrit hoá được tính toán
cho mỗi điều kiện vận hành khác nhau. Kết quả được thể hiện như sau:
Nếu độ tập trung NH3 nhỏ hơn 1,5 mg/l và giá trị pH từ 6 - 7 sẽ ngăn cản quá trình
amôni hoá và không tạo thành NO2-.
Khi NH3 từ 2 - 3 mg/l và giá trị pH = 7,3 thì các thử nghiệm trong điều kiện I và II và
pH = 7,25 với thử nghiệm III được xem như có tác động ngăn cản các hoạt động của vi
khuẩn ôxy hoá nitrit.
Khi NH3 > 6,5 mg/l cùng với điều kiện pH từ 7,8 tới 7,9 thì thử nghiệm trong điều
kiện III cũng có dấu hiệu ngăn cản hoạt động của vi khuẩn ôxy hoá nitrit và toàn bộ
nitrit được hình thành sẽ vẫn nằm lại trong nước.
Như vậy, kết luận rằng cường độ NH 3 tập trung trong bể phản ứng nên nằm trong
khoảng 4 -6,5 mg/l để quá trình xử lý nitrít hoá từng phần có thể diễn ra.

4.3.3. Kiểm tra độ ổn định lâu dài của quá trình.
Dưới những điều kiện xác định của quá trình nitrit hóa bộ phận, tải lượng Nitơ dạng
amôni dòng vào được cố định ở mức 100mg/l , thời gian thí nghiệm HRT = 6h.

Sự thay đổi tải lượng Nitơ trong 40 ngày thí nghiệm được thể hiện trên biểu đồ

Hình 16: Diễn biến quá trình chuyển hóa nitơ trong SNAP
Quá trình nitrit hóa được hình thành sau 20 ngày thí nghiệm.
Nhưng lượng Nitơ dạng amôni và dạng nitrit giảm dần theo thời gian. Sau 30 ngày
thấy rằng bên cạnh việc loại bỏ đồng thời cả amôni và nitrit có sự hình thành một
lượng nhỏ nitrat. Cùng với nó là hiện tượng bùn chuyển sang màu đỏ. Người ta lấy
dấu hiệu này để kết luận quá trình loại bỏ nitơ trong bể phản ứng có diễn ra theo quá
trình Anammox hay không.
Những điều kiện sống của vi khuẩn anammox được tạo ra bên trong các khối giá thể
bùn được gắn cố định trong suốt quy trình thí nghiệm. Các điều kiện yếm khí được tạo
ra bởi quá trình tiêu thụ ôxy hòa tan của các vi khuẩn ôxy hóa amôni cư trú trên bề mặt
của khối vật liệu mang.