Nghiên cứu xử lý nitơ trong nước thải sinh hoạt phân tán bằng hệ thống thiếu khí hiếu khí kết hợp
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.14 MB, 54 trang )
Khóa luận tốt nghiệp
Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2
MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN
MỤC LỤC ......................................................................................................... 1
MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 3
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỂ XỬ LÝ NITƠ TRONG NƯỚC THẢI
SINH HOẠT PHÂN TÁN ............................................................................... 5
1.1........................................................................................................... T
ổng quan về nước thải sinh hoạt ............................................................ 5
1.1.1. Nguồn phát sinh nước thải sinh hoạt ................................................... 5
1.1.2. Phân loại nước thải sinh hoạt ............................................................... 5
1.1.3. Thành phần và đặc tính của nước thải sinh hoạt.................................. 5
1.2. Tổng quan về sự ô nhiễm Nitơ trong nước thải sinh hoạt ..................... 8
1.2.1. Trạng thái tồn tại của Nitơ trong nước thải ......................................... 8
1.2.2. Nguyên nhân dẫn đến sự ô nhiễm Nitơ trong nước thải sinh hoạt phân
tán ..................................................................................................................... 10
1.2.3. Tác hại của ô nhiễm Nitơ đối với môi trường và sức khỏe con người .....10
1.3. Tổng quan về công nghệ xử lý Nitơ trong nước thải sinh hoạt ...........12
1.3.1. Các phương pháp xử lý Nitơ trong nước thải sinh hoạt .................... 12
1.3.2. Xử lý Nitơ trong nước thải bằng phương pháp sinh học ................... 14
1.4. Một số công nghệ lý Nitơ trong nước thải sinh hoạt phân tán ...........18
1.4.1. Hệ thống xử lý nươc thải sinh hoạt bằng công nghệ JOHKASOU –
JSK ...............................................................................................................18
1.4.2. Công nghệ AAO&MBR ....................................................................21
1.4.3. Công nghệ lọc sinh học nhỏ giọt BIOFILTER ..................................23
1.4.4. Công nghệ SBR ................................................................................. 25
1.4.5. Công nghệ AO ................................................................................... 28
CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG, MỤC ĐÍCH VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN
CỨU ................................................................................................................. 33
2.1. Đối tượng và mục đích nghiên cứu ........................................................ 33
Đồng Mai Trang
1
K35C – Khoa Hóa học
Khóa luận tốt nghiệp
Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2
2.1.1. Đối tượng nghiên cứu ........................................................................33
2.1.2. Mục đích nghiên cứu .........................................................................33
2.2. Nội dung nghiên cứu ...............................................................................33
2.3. Phương pháp nghiên cứu........................................................................33
2.3.1. Phương pháp tài liệu kế thừa ............................................................. 34
2.3.2. Phương pháp phân tích ......................................................................34
2.3.3. Phương pháp thí nghiệm ....................................................................34
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................................36
3.1. Đặc trưng của nước thải sinh hoạt nghiên cứu ....................................36
3.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ đến hiệu suất xử lý Amoni và
tổng Nitơ ..........................................................................................................36
3.2.1. Ảnh hưởng của nồng độ Amoni đến hiệu quả xử lý .......................... 36
3.2.2. Ảnh hưởng của nồng độ Nitơ đến hiệu quả xử lý.............................. 38
3.3. Đánh giá khả năng sử dụng công nghệ Anoxic, Oxic trong xử lý nước
thải sinh hoạt phân tán .................................................................................. 39
KẾT LUẬN .....................................................................................................40
TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................41
PHỤ LỤC ........................................................................................................43
Đồng Mai Trang
2
K35C – Khoa Hóa học
Khóa luận tốt nghiệp
Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2
MỞ ĐẦU
Nước là nguồn tài nguyên vô cùng quý giá của con người cũng như các
sinh vật trên Trái đất, tất cả các sự sống đều phụ thuộc vào nước và vòng tuần
hoàn nước. Lượng nước trên Trái đất vào khoảng 1,38 tỉ km³ trong đó 97,4%
là nước mặn trong các đại dương, còn 2,6%, là nước ngọt, tồn tại chủ yếu dưới
dạng băng tuyết đóng ở hai cực và trên các ngọn núi, chỉ có 0,3% nước trên
toàn thế giới (hay 3,6 triệu km³) là có thể sử dụng làm nước uống.
Nước cần cho mọi sự sống và phát triển. Nước giúp cho các tế bào sinh
vật trao đổi chất, tham gia vào các phản ứng hoá sinh và tạo nên các tế bào
mới. Nước được dùng cho đời sống, sản xuất nông nghiệp, công nghiệp và
dịch vụ. Vì vậy, có thể nói rằng ở đâu có nước là ở đó có sự sống.
Sau khi sử dụng, nước trở thành nước thải, bị ô nhiễm với các mức độ
khác nhau. Bên cạnh đó, cùng với sự bùng nổ dân số và tốc độ phát triển của
công nghiệp, nông nghiệp, dịch vụ ... đã để lại nhiều hậu quả phức tạp, đặc
biệt là khiến môi trường nước bị ô nhiễm. Đây cũng là vấn đề cấp thiết và
nhức nhối của cả thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng.
Ở nước ta hiện nay, hầu hết các khu đô thị, khu dân cư, làng, xã hay một
số điểm du lịch được xây dựng phục vụ nhu cầu con người có nguồn nước thải
sinh hoạt sinh ra còn chưa được xử lý triệt để, mặc dù một vài nơi có hệ thống
xử lý tâp trung nhưng còn nhiều khó khăn về vấn đề vận hành cũng như các
chi phí xử lý cao dẫn đến nước thải sinh hoạt không đạt tiêu chuẩn môi trường
mà đã xả trực tiếp ra sông, hồ. Ngoài nguồn nước thải khổng lồ , thải ra từ các
hoạt động của con người thì chúng ta cũng phải đối mặt với một hiện tượng
môi trường ngày càng trở nên nghiêm trọng là hiện tượng phú dưỡng gây ra do
bùng nổ các loài rong, tảo, thực vật phù du và nồng độ chất dinh dưỡng Nitơ,
Phôtpho quá cao. Điều đó khiến tình trạng tầng nước mặt bị ô nhiễm, bốc mùi
khó chịu, nước có màu xanh đen hoặc đen, theo thời gian sẽ ảnh hưởng tới
Đồng Mai Trang
3
K35C – Khoa Hóa học
Khóa luận tốt nghiệp
Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2
tầng nước ngầm làm mất cảnh quan cũng như biến đổi hệ sinh thái nước và
ảnh hưởng nghiêm trọng tới sức khoẻ của con người.
Hàm lượng cho phép của các thành phần dinh dưỡng N, P được quy định
chặt chẽ trong tiêu chuẩn thải của nhiều quốc gia cũng như Việt Nam. Vì vậy,
trong xử lý nước thải ngoài việc xử lý các thành phần ô nhiễm hữu cơ (BOD,
COD, SS…) việc xử lý các thành phần dinh dưỡng Nitơ, Phôtpho cũng là yêu
cầu quan trọng.
Ngày nay, có nhiều phương pháp xử lý nước thải sinh hoạt, nhưng
phương pháp sinh học được áp dụng rộng rãi hơn cả. Phương pháp này cũng
đã được ứng dụng để xử lý Nitơ trong nước thải từ những năm 1960. Xuất
phất từ những lí do trên, để góp phần nhỏ vào việc bảo vệ môi trường nước,
bước đầu chúng tôi thực hiện: “Nghiên cứu xử lý Nitơ trong nước thải sinh
hoạt phân tán bằng hệ thống hiếu khí - thiếu khí kết hợp”.
Đồng Mai Trang
4
K35C – Khoa Hóa học
Khóa luận tốt nghiệp
Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ XỬ LÝ NITƠ TRONG NƯỚC THẢI
SINH HOẠT PHÂN TÁN
1.1. Tổng quan về nước thải sinh hoạt
1.1.1. Nguồn phát sinh nước thải sinh hoạt
Nước thải sinh hoạt là nước được thải phát sinh từ các hoạt của cộng
đồng dân cư, gia đình, khu du lịch, vui chơi giải trí, trung tâm thương mại…và
được tính theo đầu người. Lượng nước thải sinh hoạt của một khu dân cư phụ
thuộc vào dân số và đặc điểm của hệ thống cấp thoát nước nên nước thải sinh
hoạt ở mỗi nơi lại có các thông số ô nhiễm khác nhau. Ví dụ như nước thải
sinh hoạt ở các trung tâm đô thị thường thoát bằng hệ thống thoát nước dẫn ra
các sông rạch, còn các vùng ngoại thành và nông thôn do không có hệ thống
thoát nước nên nước thải thường được tiêu thoát tự nhiên vào các ao hồ hoặc
thoát bằng biện pháp tự thấm
1.1.2. Phân loại nước thải sinh hoạt
Thông thường nước thải sinh hoạt được chia làm 2 loại chính: Nước
đen và nước xám
+ Nước đen: Là nước thải từ nhà vệ sinh, chứa phần lớn các chất ô
nhiễm chủ yếu là các chất hữu cơ, các vi sinh vật gây bệnh và các cặn lơ lửng.
+ Nước xám: Là nước phát sinh từ quá trình tắm, rửa, giặt với thành
phần các chất ô nhiễm không đáng kể.
1.1.3. Thành phần và đặc tính nước thải sinh hoạt
Nước thải sinh hoạt chứa nhiều chất hữu cơ dễ bị phân huỷ sinh học,
ngoài ra còn có cả các thành phần vô cơ, vi sinh vật và vi trùng gây bệnh rất
nguy hiểm. Chất hữu cơ chứa trong nước thải bao gồm các hợp chất như
protein (40-50%); hydrat cacbon(40-50%). Nồng độ chất hữu cơ trong nước
Đồng Mai Trang
5
K35C – Khoa Hóa học
Khóa luận tốt nghiệp
Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2
thải sinh hoạt dao động trong khoảng 150-450mg/l theo trọng lượng khô. Có
khoảng 20-40% chất hữu cơ khó bị phân huỷ sinh học.
Trong quá trình sinh hoạt, con người xả vào hệ thống thoát nước một
lượng chất bẩn nhất định, phần lớn là các loại cặn, chất hữu cơ, các chất dinh
dưỡng. Ở nước ta Tiêu chuẩn TCXD 51:2007 quy định về lượng chất bẩn tính
cho một người dân xả vào hệ thống thoát nước trong một ngày theo bảng 1 sau
đây.
Bảng 1: Lượng phát thải sinh hoạt bình quân của một người trong
một ngày xả vào hệ thống thoát nước (theo quy định của TCXD 51:2007)
Các chất
Giá trị , gam/ngày.đêm
Chất lơ lửng (SS )
60¸65
BOD5 của nước thải chưa lắng
65
BOD5 của nước thải đã lắng
30¸35
Nitơ amôn (N-NH4)
8
Phốt phát (PO4 )
3,3
3-
Ngoài ra, lượng nước thải sinh hoạt phụ thuộc vào tiêu chuẩn cấp nước,
đặc điểm hệ thống thoát nước điều kiện trang thiết bị vệ sinh... và có thể tham
khảo theo bảng 2 sau đây:
Đồng Mai Trang
6
K35C – Khoa Hóa học
Khóa luận tốt nghiệp
Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2
Bảng 2: Thành phần nước thải sinh hoạt khu dân cư
Chỉ tiêu
Tổng chất rắn ( TS), mg/l
Chất rắn hoà tan (TDS) , mg/l
Chất rắn lơ lửng (SS), mg/l
Trong khoảng
Trung bình
350-1.200
720
250-850
500
100-350
BOD5, mg/l
220
110-400
220
Tổng Nitơ, mg/l
20-85
40
Nitơ hữu cơ, mg/l
8-35
15
Nitơ Amoni, mg/l
12-50
25
Nitơ Nitrit, mg/l
0-0,1
0,05
Nitơ Nitrat, mg/l
0,1-0,4
0,2
Clorua, mg/l
30-100
50
Độ kiềm , mg CaCO3/l
50-200
100
_
8
Tổng Phốt pho, mg/l
Dựa vào các số liệu trên ta thấy lượng nước thải tập trung của các khu
dân cư là rất lớn, ví dụ như tổng lượng nước thải ở thành phố Hà Nội riêng
năm 2006 là 500.000m3/ngày.
Từ đặc tính của nước thải cho thấy các thành phần ô nhiễm chính đặc
trưng ở nước thải sinh hoạt là BOD5, COD, Nitơ, Phốtpho, SS, TOC chất tẩy
rửa, trong nước thải sinh hoạt hàm lượng Nitơ và phốtpho rất lớn, (từ 50 đến
55%), chứa nhiều vi sinh vật, trong đó có vi sinh vật gây bệnh phát triển. Nếu
không được xử lý thì sẽ làm cho nguồn tiếp nhận nước thải bị phú dưỡng.
Đồng thời trong nước thải còn có nhiều vi khuẩn phân huỷ chất hữu cơ, cần
thiết cho các quá trình chuyển hoá chất bẩn trong nước. Như vậy nước thải
Đồng Mai Trang
7
K35C – Khoa Hóa học
Khóa luận tốt nghiệp
Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2
sinh hoạt của đô thị, các khu dân cư và các cơ sở dịch vụ, công trình công
cộng có khối lượng lớn, hàm lượng chất bẩn cao, nhiều vi khuẩn gây bệnh là
một trong những nguồn gây ô nhiễm chính đối với môi trường nước. Và vấn
đề đặt ra là yêu cầu chất lượng nước thải sau khi xử lý phải đạt yêu cầu theo
tiêu chuẩn thải sau:
Bảng 3. Yêu cầu nước thải sau khi xử lý đạt QCVN 14:2008/BTNMT
Giới hạn cho phép
TT
Thông số ô nhiễm
(QCVN 14:2008)
Đơn vị
Mức A
Mức B
1
pH
mg/L
5-9
5-9
2
BOD
mg/L
30
50
3
Chất rắn lơ lửng
mg/L
50
100
4
Tổng chất rắn hoa tan
mg/L
500
1000
5
Sunfua (H2S)
mg/L
1
4
6
Amoni ( tính theo nitơ)
mg/L
5
10
7
Nitrat
mg/L
30
50
1.2. Tổng quan về sự ô nhiễm Nitơ trong nước thải
1.2.1. 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.
Đồng Mai Trang
8
K35C – Khoa Hóa học
Khóa luận tốt nghiệp
Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2
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
NO3
-
Nitrat hoá
NO2-
+ O2
Hình 1. Chu trình Nitơ trong tự nhiên
Hợp chất hữu cơ chứa nitơ là một phần cấu thành phân tử protein hoặc
là thành phần phân huỷ protein như là các peptit, 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, lượng chất bẩn Nitơ amôn
(N-NH4) một người trong một ngày xả vào hệ thống thoát nước là 7 g/ng.ngày
còn lại là các loại nitơ khác.
Đồng Mai Trang
9
K35C – Khoa Hóa học
Khóa luận tốt nghiệp
Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2
1.2.2. Nguyên nhân dẫn đến sự ô nhiễm Nitơ trong môi trường nước
Trên thực tế có rất nhiều nguyên nhân dẫn đến sự ô nhiễm Nitơ trong
môi trường nước, nhưng nguyên nhân chính dẫn đến ô nhiễm Nitơ trong nước
theo đánh giá của các nhà khoa học là từ các nguồn nước như nước thải sinh
hoạt, nước thải công nghiệp có chứa các hợp chất Nitơ, phân bón sử dụng
trong sản xuất nông nghiệp. Bên cạnh đó, rác thải ở nhiều khu dân cư không
được thu gom xử lý đã tác động xấu tới nguồn nước. Ở Việt Nam, một nguồn
chính khác góp phần gây ô nhiễm Nitơ trong nước là các hoạt động sản xuất
nông nghiệp, nước ta đang sử dụng trên 9 triệu ha đất nông nghiệp, hằng năm
phải bón 5-7 triệu tấn phân hóa học. Như vậy, phân bón hóa học (urê, lân,
kali) sẽ còn một lượng dư thừa lớn, có tới hang nghìn tấn các chất N, P, K
trong đất mỗi năm sẽ rửa trôi theo sông ngòi, mương rạch ảnh hướng đến
nguồn nước cấp sinh hoạt, hoặc ngấm xuống gây ô nhiễm tầng nước ngầm.
Không chỉ vậy, một số ngành công nghiệp có nước thải chứa Nitơ cũng là
nguồn gây nên tình trạng ô nhiễn Nitơ trong môi trường nước. Với mức độ
tăng trưởng kinh tế như hiện nay, chắc chắn Việt Nam sẽ gặp khó khăn đáng
kể với vấn đề ô nhiễm môi trường nước nếu không có các biện pháp xử lý ô
nhiễm phù hợp và kịp thời.
1.2.3. Tác hại của ô nhiễm Nitơ đối với môi trường và sức khỏe con người
Sự ô nhiễm N trong nước thải gây những ảnh hưởng nghiêm trọng đến
môi trường nước mặt, nước ngầm. Dòng nước thải ô nhiễm Nitơ làm tăng
đáng kể hàm lượng dinh dưỡng trong nước gây ra hiện tượng phú dưỡng trong
ao, hồ, sông ngòi. Gây chết cá cũng như tác động nhiều đến đời sống của vi
sinh vật trong nước từ đó sinh ra các mùi khó chịu, các khí độc làm ô nhiễm
môi không khí và môi trường sống làm ảnh hưởng đến sức khỏe người dân.
Tại Hà Nội, nước sông Tô Lịch rất đen và bốc mùi khó chịu, những ngày nước
Đồng Mai Trang
10
K35C – Khoa Hóa học
Khóa luận tốt nghiệp
Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2
cạn, khí độc trong bùn sộc lên (do phân hủy yếm khó dưới đáy) làm chết cá và
mùi xú uế thì lan tràn ra các khu dân cư. Đến nay, hầu hết các hồ trong nội
thành Hà Nội chỉ còn sót lại rất ít cá rô và sinh vật nhỏ. Trên thực tế, những
tác động này xảy ra ở khắp nơi, quy mô trên cả nước và ngày càng hết sức
nghiêm trọng. Ô nhiễm Nitơ trong nước thải cũng gây ảnh hưởng đến nguồn
nước cấp sinh hoạt. Theo đánh giá của các nhà khoa học Amoni (NH4+) thì
hầu như không ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe con người, nhưng trong quá
trình khai thác, lưu trữ và xử lý Amoni sẽ chuyển thành Nitrit (NO2-) và Nitrat
(NO3-) là những chất có tính độc hại đối với con người. Nitrit là chất rất độc
hại đối vì nó có thể chuyển hóa thành Nitrosami, chất này có khả năng gây
ung thư ở người. Có nhiều nghiên cứu đã khẳng định rằng nitrit và nitrat rất độc
với trẻ em vì nguy cơ gây bệnh mất sắc tố máu Methaemoglobinaemia, đặc biệt
là với những đứa trẻ sơ sinh trong giai đoạn 6 tháng tuổi dễ mắc phải bện này do
hàm lượng enzym Methaemoglobinaemia reductase tương đối thấp – đây là
một loại enzym tế bào máu đỏ có khả năng chuyển hóa methemoglobin trở
thành hemoglobin. Ngoài ra, thức ăn có hàm lượng nitrit và nitrat cao cũng rất
đáng lo ngại. Theo chuỗi thức ăn, các hợp chất sẽ tồn tại trong cơ thể con
người và đây là những hiểm họa tiềm ẩn đối với sức khỏe con người.
Trong thành phần nước thải sinh hoạt khu dân cư thì chỉ tiêu trung bình
các hợp chất Nitơ được nêu ở bảng sau:
Bảng 4: Chỉ tiêu trung bình 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
Đồng Mai Trang
11
0,05
K35C – Khoa Hóa học
Khóa luận tốt nghiệp
Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2
Nitơ Nitrat, mg/l
0,2
Tổng Phốt pho, mg/l
8
Việt Nam với tốc độ đô thị hóa 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 vì vậy ô nhiễm Nitơ trong nước gây ra
những ảnh hưởng trực tiếp tới nguồn nước cũng như hệ sinh thái tiếp nhận và
những ảnh hưởng gián tiếp đến môi trường sống, sức khỏe con người. Do đó,
vấn đề ô nhiễm nước thải sinh hoạt nói chung và ô nhiễm Nitơ nói riêng cần
được các nhà quản lí, các nhà khoa học và mọi người dân chú trọng quan tâm
nhiều hơn nữa.
1.3. Tổng quan về công nghệ xử lý Nitơ trong nước thải sinh hoạt
1.3.1. Các phương pháp xử lý Nitơ trong nước thải sinh hoạt
Các phương pháp xử lý Nitơ trong nước thải có thể chia thành:
+ Phương pháp vật lí: lọc, làm thoáng, kết tủa bằng điện cực, thẩm thấu
ngược… các phương pháp này cho hiệu suất không được cao.
+ Phương pháp hóa lý: sục khí đuổi ammoniac trong môi trường kiềm,
xử lý Nitơ tồn tại dưới dạng NH4+…
+ Phương pháp hóa học: oxi hoa bằng các chất oxi hóa gốc clo, đông tụ
hóa học, trao đổi ion chọn lọc với NO3-…
+ Phương pháp sinh học: sử dụng các vi sinh vật có sẵn trong nước
thải hoặc bổ sung thêm các chủng, giống vi sinh vật để nâng cao hiệu suất
xử lý nước thải. Các phương pháp sinh học có thể được duy trì trong các
điều kiện yếm khí (không có oxy), thiếu khí và hiếu khí (bổ sung thêm oxy
từ ngoài vào).
1.3.1.1.
Phương pháp thổi khí ở pH cao
Amoni ở trong nước tồn tại dưới dạng cân bằng :
NH4+
↔
Đồng Mai Trang
NH3(khí hòa tan) + H+
12
với pKa = 9,5
K35C – Khoa Hóa học
Khóa luận tốt nghiệp
Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2
Như vậy, ở pH gần 7 chỉ có một lượng nhỏ NH3 so với amoni. Nếu ta
nâng pH tới 9,5 tỉ lệ [NH3]/[ NH4+]= 1 và càng tăng pH cân bằng càng chuyển
về phía tạo thành NH3 (theo định luật Le Chatelier). Khi đó, nếu áp dụng các
kĩ thuật sục thổi khí thì NH3 sẽ bay hơi theo định luật Herry làm cân bằng dịch
chuyển về phía bên phải:
NH4+ + OH- ↔ NH3↑ + H2O
Trong thực tế, pH phải tăng lên xấp xỉ 11 và quá trình này rất phụ thuộc
vào nhiệt độ môi trường. Phương pháp này áp dụng cho nước thải tuy nhiên
khó có thể xử lý triệt để amoni và cũng không có khả năng xử lý Nitơ trong
các chất hữu cơ.
1.3.1.2.
Phương pháp clo hóa tới điểm đột biến
Do là chất oxi hóa mạnh nên Clo gần như là chất duy nhất có khả năng
oxi hóa amoni/ammoniac ở nhiệt độ phòng thành N2. Khi hòa tan clo trong
nước, tùy theo pH của nước mà clo có thể nằm ở dạng HClO hay ClO- do có
phản ứng theo phương trình:
Cl2 + H2O HCl + HClO ( pH <7) H+ + ClO- (pH > 8)
Khi trong nước có NH4+ sẽ xảy ra các phản ứng tạo thành cloramin:
HClO + NH3 → H2O + NH2Cl (Monocloramin)
HClO + NH2Cl → H2O + NHCl2 (Dicloramin)
HClO + NHCl2 → H2O + NCl3 (Tricloramin)
Nếu có clo dư sẽ xảy ra các phản ứng phân hủy các cloramin:
NH2Cl
+ NHCl2 → N2 + 3HCl
2NH2Cl +
HClO → N2 + 3HCl + H2O
NH2Cl
H2O → NH2OH + HCl
2NH2OH
+
+ HOCl → N2 + HCl + 3H2O
Lúc này lượng clo dư trong nước giảm tới giá trị nhỏ nhất vì xảy ra sự
phân hủy cloramin, điểm tương ứng với giá trị này là điểm đột biến.
Đồng Mai Trang
13
K35C – Khoa Hóa học
Khóa luận tốt nghiệp
Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2
Phương pháp này không còn được sử dung để xử lý amoni do những
hạn chế như tốn hóa chất, giá thành cao lại sinh ra nhiều hợp chất clo hữu cơ
độc hại nên vấn đề an toàn cũng cần được lưu ý.
1.3.1.3. Phương pháp sinh học
Trong phương pháp này, con người lợi dụng các hoạt động sống và sinh
sản của vi sinh vật để khử các hợp chất hữu cơ chứa cacbon, photpho và
amoni sẽ bị chuyển hóa thành nitrat rồi nitơ trong nước thải, đây là bước xử lý
quan trọng cho nước thải sinh hoạt quyết định chất lượng nước đầu ra.
Có rất nhiều công nghệ khác nhau được áp dụng cho bước xử lý sinh
học nước thải như dung bể thổi khí liên tục (aeroten) bể SBR công nghệ kết
hợp quá trình thiếu khí và hiếu khí (AO)…
Ngày nay, phương pháp sinh học đã trở thành phương pháp chủ đạo
trong xử lý Nitơ trong nước thải sinh hoạt, do những ưu điểm như:
Hiệu suất xử lý đạt rất cao, có thể đạt 90 – 99%
Ít sử dụng hóa chất nên giảm ô nhiễm môi trường, chi phí năng
lượng cho một đơn vị thể tích xử lý thấp so với các phương pháp khác nên
mang tính kinh tế cao.
Sự ổn định và đáng tin cậy của quá trình rất lớn.
Tương đối dễ vận hành, quản lý.
Hiện nay, việc kết hợp các phương pháp xử lý một cách khoa học giúp mang
lại hiệu quả cao trong xử lý nước thải, giảm chi phí đầu tư, vận hành…
1.3.2. Xử lý Nitơ trong nước thải bằng phương pháp sinh học
Cơ sở lí thuyết của các quá trình sinh học xử lý Nitơ trong nước thải
Phương pháp xử lý Nitơ trong nước thải sinh hoạt được thực hiện qua hai quá
trình nối tiếp là nitrat hóa và khử nitrat hóa trong đó quá trình nitrat hóa
chuyển hóa amoni thành nitrat, còn quá trình khử nitrat chuyển nitrat thành nitơ
tự do N2.
Đồng Mai Trang
14
K35C – Khoa Hóa học
Khóa luận tốt nghiệp
Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2
Quá trình nitrat hóa
Vi sinh vật và điều kiện của quá trình Nitrat hóa.
Vi sinh vật của quá trình Nitrat hóa thuộc hai nhóm vi sinh vật:
Nitrosomonas và Nitrobater. Đây là vi sinh vật tựu dưỡng hóa năng vì chũng
nhận được năng lượng do sự sinh trưởng và tổng hợp tế bào phần lớn từ quá
trình oxy hóa các hợp chất cacbon vô cơ (HCO3- là chính) và Nitơ vô cơ.
Ngoài ra chũng tiêu thụ mạnh oxy (Vi khuẩn hiếu khí).
Cả hai nhóm vi sinh vật mày đều có nhứng yêu cầu khá đặc trưng đối
với các điều kiện môi trường như pH, nhiệt độ, oxy hòa tan (DO); và chúng có
tốc độ tăng sinh khối ở mức thấp hơn nhiều so với vi khuẩn dị dưỡng.
Nitrosomonas chỉ có thể oxy hóa NH4+ thành NO2-, sau đó Nitrobacter làm
chức năng chuyển hóa NO2- thành NO3-.
Cơ chế của quá trình nitrat hóa
Quá trình chuyển hóa về mặt hóa học với sự tham gia của vi sinh vật được
viết như sau:
NH4+ + 1,5O2
Nitrosomona
s
NO2- + 0,5O2
Nitrobacte
r
Phương trình tổng
NH4+ + 2O2
VSV
NO2- + 2H+ + H2O
(1.1)
NO3-
(1.2)
NO3- + 2H+ + H2O
(1.3)
Nếu tính cả các quá trình tổng hợp sinh khối (vi khuẩn), theo Gujer và Jenkin:
1,02NH4+ + 1,89O2 + 2,02HCO3- VSV0,021C5H7O2N + 1,00NO3-+
+1,92H2CO3+ 1,06H2O (1.4)
Từ phương trình (1.4 ) ở trên, ta có thể thấy điều kiện cơ bản cho quá trình
Nitrat hóa là phải đảm bảo độ kiềm cho vi sinh vật thực hiện quá trình oxy hóa
Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nitrat hóa
-
Ảnh hưởng của pH tới quá trình nitrar hóa : Trên thực tế, pH có ảnh
hưởng lớn đến quá trình nitrat hóa. Nghiên cứu của Grady và Lim cho thấy vi
khuẩn vi khuẩn nitrat hóa rất nhạy cảm với pH, đối với Nitrosomonas có dải
pH tối thích hợp từ 7,0 đến 8,0 và đối với Nitrobacter là từ 7,5 đến 8,0. Bên
Đồng Mai Trang
15
K35C – Khoa Hóa học
Khóa luận tốt nghiệp
Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2
cạnh đó, nghiên cứu của Skadsen và cộng sự (1996) lại cho thấy một số loài có
thể thích hợp mức pH > 9. Tuy nhiên, khoảng pH thích hợp nhất cho quá trình
nitrat hóa là pH = 7,0 – 8,5 , tối ưu là xung quang giá trị pH= 8.
-
Ảnh hưởng của nhiệt độ: Nhiệt độ có ảnh hưởng rất lớn đến tốc độ của
quá trình nitrat hóa. Tốc độ tăng trưởng của vi sinh tăng khi nhiệt độ đến giá
trị giới hạn khoảng 350C, nhiệt độ quá cao làm giảm hoạt tính của vi sinh, gây
ức chế hoạt động hay chết vi sinh vật. Khoảng nhiệt độ có thể ứng dụng được
là 5 - 350C, khoảng tối ưu là 30 - 350C.
-
Ảnh hưởng của nồng độ NH4+ tới quá trình nitrat hóa: Turk.O., và
Mavinic, D.S. (1986) chỉ ra rằng quá trình oxy hóa nitrit bị ức chế khi nồng độ
NH3 đạt 0,1 – 1mg/l và nồng độ NH3 từ 5 – 20mg/l, quá trình oxi hóa NH4+
cũng bị ức chế. Sự có mặt của NO2- và pH thấp sinh ra HNO2 không phân li,
đây là tác nhân gây ức chế quá trình oxy hóa nitrit.
-
Ảnh hưởng của các chất độc tới vi khuẩn nitrat hóa: So với các vi
khuẩn dị dưỡng, vi khuẩn tự dưỡng nitrat hóa nhạy cảm với nhiều kim loại
nặng và hóa chất. Một số chất có thể gây độc cho vi khuẩn Nitrosomonas như:
aniline,
athylenediamine,
hexamethylenediamine
và
monoethanolamin.
Beckman cùng nhóm nghiên cứu đã chỉ ra rằng với lượng đồng (Cu) và crôm
(Cr) nhỏ hơn hoặc bằng 10mg/l sẽ không gây ảnh hưởng cho quá trình nitrat
hóa. Đối với kẽm (Zn) và niken (Ni) nồng độ nhỏ hơn 0,5mg/l làm giảm quá
trình nitrat hóa.
Quá trình nitrat hóa:
Vi sinh vật và điều kiện của quá trình khử Nitrat hóa
Khác với quá trình nitrat hoá quá trình khử nitrat sử dụng ôxy từ nitrat
nên gọi là anoxic (thiếu khí). Các vi khuẩn ở đây là vi khuẩn dị dưỡng nghĩa là
cần nguồn cacbon hữu cơ để tạo nên sinh khối mới.
Quá trình khử nitrat là tổng hợp của bốn phản ứng nối tiếp sau:
NO3- NO2- NO (k) N2O (k) N2 (k)
Đồng Mai Trang
16
K35C – Khoa Hóa học
Khóa luận tốt nghiệp
Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2
Quá trình này đòi hỏi nguồn cơ chất – chất cho điện tử, chúng có thể là
chất hữu cơ (phổ biến là các dạng cacbon hữu cơ), H2 và S. Khi có mặt đồng
thời NO3- và các chất cho điện tử, chất cho điện tử bị oxy hóa, đồng thời NO3nhận điện và bị khử về N2.
Gayle đã phân lập được ít nhất 14 loại vi khuẩn tham gia vào quá trình khử
nitrat. Những nhóm vi khuẩn phổ biến là: Bacillius denitrificans, Microcous
denitrificans, Pseudomonas stutzeri và Achrommobacter sp, Paracocus, Spirilum
và Thiobacilus... Phần lớn các vi khuẩn này là dị dưỡng nghĩa là chúng dùng
cacbon hữu cơ mà chũng sẽ oxy hóa để tổng hợp tế bào mới.
Chỉ có Thiobacilus denitrificans là sử dụng nguồn điện tử từ S nguyên tố
để tạo năng lượng và nguồn cacbon vô cơ (từ CO2 và HCO3-) để tổng hợp tế
bào mới.
Cơ chế quá trình khử nitrat
Hình minh họa quá trình khử nitrat hóa trên màng tế bào chất của vi khuẩn:
khô
lLớp
í p n -í
c
nước
lipoprotein
Màng vỏ ngoài
N22
N
N22O
O
NO 2-NO
NO
NO
N
O
N22O
NO
NO
NO 22 NO
red
red
red
red
N
O 33-NO
Khối chất bào
NO
NO33 -
Màng tế bào chất
red
NO2- 2 -
NO3- 3 -
Tế bào chất
Hình 2: Quá trinh nitrat hóa trêm màng tế bào chất của sinh vật.
Các phương trình tỉ lượng của quá trình khử nitrat hóa phụ thuộc vào
bản chất của nguồn cacbon sử dụng như sau:
6NO3- + 5CH3OH VSV
8NO3- + 5CH3COOH VSV
8NO3- + 5CH4 VSV
Đồng Mai Trang
3N2 + 5 CO2 + 7 H2O + 6 OH4N2 + 10 CO2 + 6 H2O + 8 OH
4N2 + 5 CO2 + 6 H2O + 8 OH-
17
K35C – Khoa Hóa học
Khóa luận tốt nghiệp
Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2
10NO3- + C10 H19O3 N VSV 5N2 + 10 CO2 + 3 H2O + NH3g + 10 OHGhi chú: C10H903N là công thức trung bình của nước thải sinh hoạt.
NO3- + 1,08CH3OH + 0,24H2CO3 VSV
0,056C5H7NO2 + 0,47N2
+ 1,68H2O + HCO3-
Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình khử nitrat hóa
Mặc dù Methanol là cơ chất phổ biến trong quá trình khử nitrat hóa nhưng
nó chưa phải là chất tốt nhất về mặt động học. Người ta nghiên cứu có 22 loại
nước thải công nghiệp (thải bia và rượu) dùng trong khử nitrat tốt hơn
methanol. Vi khuẩn nitrat mặc dù co sức chịu độc hơn vi khuẩn tự dưỡng tuy
nhiên cần lưu ý:
- DO sẽ ức chế men khử nitrit. Khi có DO, nitrit sẽ tích lũy. Nếu DO =
5% mức bão hòa, tốc độ tạo khí NOx giảm, nếu DO = 13% thì men khử nitrit
không hoạt động, còn hơn 13% thì men khử nitrat bị ức chế.
-
Nitrit là chất độc, nếu lượng NO2- ≥ 14mg/l ở pH = 7 thì quá trình
chuyển hóa chất hữu cơ sẽ chậm lại, và nếu NO2- ≥ 350mg/l thì quá trình bị ức
chế hoàn toàn. Tương tự các khí NOx cũng là chất độc.
- Sự khử NO2- bị ảnh hưởng mạnh khi giảm pH < 7,5 ( ngược lại đối với
sự khử NO3-).
Khi kết hợp quá trình nitrat hóa và khử nitrat có các ưu điểm sau:
- Giảm thể tích khí cần cung cấp cho quá trình nitrate hóa và khử BOD5;
- Không cần bổ sung nguồn carbon cho quá trình khử nitrat.
- Giảm công trình lắng cho riêng mỗi quá trình;
- Có khả năng khử 60-80% tổng lượng nitơ trong nước thải.
1.4. Một số công nghệ xử lý Nitơ trong nước thải sinh hoạt phân tán
1.4.1. Hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt bằng công nghệ
(JOHKASOU)-JKS
Đồng Mai Trang
18
K35C – Khoa Hóa học
Khóa luận tốt nghiệp
Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2
Chất
dinh
dưỡng
Máy cấp
khí
Nước
thải
sinh
hoạt
Tách
rác
Ngăn
điều
hòa
Màng
Ngăn
vi lọc
phản
Nitrat
hóa
Ngăn
Nitrat
hóa
và
lọc
sinh
học
Ngăn
khử
trùng
Tiếp
nhận
Ngăn chứa bùn
Hình 3. Sơ đồ công nghệ JKS
Cấu tạo và nguyên lý hoạt động: JKS cải tiến gồm có 5 ngăn (bể) chính:
- Ngăn thứ nhất (bể lọc kỵ khí): Tiếp nhận nguồn nước thải, sàng lọc các
vật liệu rắn, kích thước lớn (giấyvệ sinh, tóc,...), đất, cát có trong nước
thải;
- Ngăn thứ hai (bể lọc kỵ khí): loại trừ các chất rắn lơ lửng bằng quá trình
vật lý và sinh học.
-
Ngăn thứ ba (bể lọc màng sinh học): loại trừ BOD, loại trừ Nitơ, Phốtpho
bằng phương pháp màng sinh học.
-
Ngăn thứ tư: Bể trữ nước đã xử lý
-
Ngăn thứ năm (bể khử trùng): diệt một số vi khuẩn bằng Clo khô, thải
nước đã được xử lý ra ngoài.
Chất lượng xử lý nước thải được quyết định ở ngăn thứ ba phụ thuộc
vào chất liệu màng sinh học được sử dụng. Chất lượng màng sinh học càng
cao thì hiệu quả xử lý và giá thành JKS càng cao. Kỹ thuật màng lọc cao cho
phép xử lý gần như triệt để các thành phần trong nước thải, nước thải sau xử lý
Đồng Mai Trang
19
K35C – Khoa Hóa học
Khóa luận tốt nghiệp
Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2
có BOD 2,3mg/l, N 8mg/l, tổng chất rắn lơ lửng TSS < 5mg/l, tổng khuẩn
Ecoli < 100 tế bào/l. Tuy nhiên việc sử dụng màng sinh học dễ dẫn đến tắc
màng lọc và hệ thống này cần phải súc rửa 3 tháng một lần. Trong trường hợp
này nước thải có thể được tái sử dụng để thực hiện quá trình súc rửa.
Hệ thống JKS cải tiến cần phải được cung cấp điện năng liên tục cho
quá trình vận hành. Ðiện năng giúp vận hành bơm khí, ổn định dòng chảy, và
duy trì tuần hoàn hệ thống nước thải. Ðiện năng tiêu thụ cho một hệ thống JKS
cho một gia đình 5- 10 người vào khoảng 350 đến 500kW/năm phụ thuộc vào
từng loại JKS.
Bã lắng đọng (bùn lắng) trong hệ thống JKS cần phải được hút (ít nhất
1 lần trong 1 năm) và xử lý. Trung bình một hộ gia đình (5-10 người, nước
tiêu thụ 250 lít/người/ngày), tổng lượng bã trong 1 năm vào khoảng 58,8 kg
(trọng lượng khô). Xe tải chuyên dụng (trọng tải 2- 4 tấn) được sử dụng cho
việc hút bã. Bã lắng đọc sau khi được hút vào xe rồi được chuyên chở tới trạm
xử lý bã lắng đọng. Sản phẩm sau quá trình xử lý là chất rắn sinh học được sử
dụng làm khí sinh học, vật liệu composit, sản suất phân bón hoặc xi măng.
Ưu điểm khi sử dụng công nghệ JKS :
Hệ thống gọn nhẹ, độ bền cao, sử dụng an toàn theo tiêu chuẩn Nhật
Bản.
Thể tích của hệ thống Johkasou chỉ bằng 70% thể tích của bể tự hoại
cho cùng số người sử dụng.
Vị trí lắp đặt: bên ngoài toà nhà hoặc trong gara xe, được chôn ngầm
dưới đất, không tốn về diện tích.
Lắp đặt dễ dàng, thời gian lắp đặt ngắn.
Bùn lắng được thu gom triệt để.
Nước thải đầu ra đạt tiêu chuẩn Nhật Bản cao hơn tiêu chuẩn QCVN
14/2008/BTNMT.
Chi phí xây dựng phù hợp.
Đồng Mai Trang
20
K35C – Khoa Hóa học
Khóa luận tốt nghiệp
Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2
1.4.2. Công nghệ AAO và MBR
AAO và MBR là công nghệ xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học
kết hợp với quá trình lọc màng để tách sinh khối, cặn lơ lửng. Trong đó:
- AAO là sự kết hợp nhiều quá trình xử lý ô nhiễm hữu cơ bằng vi sinh vật
trong các điều kiện yếm khí(anaerobic), thiếu khí (anoxic) và hiếu khí (oxic),
nhờ đó mà các chất ô nhiễm hữu cơ trong nước thải được xử lý triệt để hơn.
- MBR (Membrane Biological Reactor) là kỹ thuật tách sinh khối vi khuẩn
bằng màng vi lọc với kích thước màng dao động từ 0,1 – 0,4µm.
Công nghệ AAO và MBR bao gồm hai quá trình chính xảy ra trong một bể
phản ứng đó là:
- Phân huỷ sinh học các chất hữu cơ bằng bùn hoạt tính, quá trình nitrat
hóa, khử nitrat và loại bỏ photpho nhờ sự kết hợp giữa các bể yếm khí, thiếu
khí và hiếu khí
- Kỹ thuật tách sinh khối vi khuẩn bằng màng vi lọc (micro-flitration).
Trong bể duy trì hệ bùn sinh trưởng lơ lửng, các phản ứng diễn ra tại đây
giống như các quá trình sinh học thông thường khác, nước sau xử lý được tách
bùn bằng hệ lọc màng với kích thước màng khoảng 0,1 - 0,4 µm. Màng ở đây
còn đóng vai trò như một giá thể cho vi sinh vật dính bám tạo nên các lớp
màng vi sinh vật dày, làm tăng bề mặt tiếp xúc pha, tăng cường khả năng phân
hủy sinh học.
Việc ứng dụng MBR - kết hợp giữa công nghệ lọc màng và bể lọc sinh học
như là một công đoạn trong quy trình xử lý nước thải có thể thay thế (trong vài
trường hợp) cho vai trò tách cặn của bể lắng bậc hai và bể lọc nước đầu vào,
do vậy có thể lược bỏ bể lắng bậc hai và vận hành với nồng độ MLSS cao hơn.
Sơ đồ công nghệ hình 4 và hình 5
Đồng Mai Trang
21
K35C – Khoa Hóa học
Khóa luận tốt nghiệp
Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2
Nước
trước
khi xử lý
Bùn
hoạt tính
Hệ
thống
màng
Khử
trùng
lọc
Bùn
Nước ra
Bùn
dư
Bùn thải
Hình 4. Sơ đồ dây chuyền công nghệ với MBR
Không
khí
Bơm hút
Nước thải
Hình a
Màng lọc
Bể phản ứng sinh học
Sục khí
Không
khí
Nước thải
Màng lọc
Hình b
Sục
khí
Bơm hút
Bể phản ứng sinh học
Hình 5. Sơ đồ kiểu đặt ngập (a) và kiểu đặt ngoài (b)
của môđun màng MBR
Đồng Mai Trang
22
K35C – Khoa Hóa học
Khóa luận tốt nghiệp
Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2
Kết hợp công nghệ AAO với MBR là một hướng xử lý nước thải mới,
cho hiệu quả cao và thân thiện với môi trường. So với các công nghệ xử lý
sinh học truyền thống thì công nghệ AAO & MBR có nhiều ưu điểm vượt trội.
Ưu điểm khi sử dụng công nghệ AAO và MBR
Tiết kiệm diện tích, không cần xây dựng bể lắng, không cần xây dựng
bể khử trùng mà chỉ tiêu SS, vi sinh, Clo dư luôn đạt tiêu chuẩn.
Có thể tái sử dụng nước thải: tưới cây, rửa đường…
Hệ thống vận hành an toàn, lượng nước đầu ra ổn định. Lượng bùn sinh
ra ít, chi phí bùn giảm
Công nghệ AAO và MBR được ứng dụng để xử lý nước thải sinh hoạt
tại các khu đô thị, các nhà hàng, khách sạn… Nước thải đầu ra từ hệ thống
AAO và MBR đạt tiêu chuẩn xả thải của quy chuẩn Việt Nam như:
QCVN 14: 2008/BTNMT - Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải sinh
hoạt.
1.4.3. Công nghệ lọc sinh học nhỏ giọt BIOFILTER
Bể biophin xây dựng dưới dạng hình tròn hay hình chữ nhật có tường đặc
và đáy thép. Đáy trên là tấm đan đỡ lớp vật liệu lọc, đáy dưới liền khối không
thấm nước. Chiều cao giữa hai lớp đáy lấy khoảng 0,4-0,6m, độ dốc hướng về
máng thu I ≥ 0,01. Độ dốc theo chiều dài của máng thu lấy theo kết cấu,
nhưng không được nhỏ hơn 0,005. Tường bể làm cao hơn lớp vật liệu lọc
0.5m.
Đặc điểm riêng của bể Biophin nhỏ giọt là kích thước của vật liệu lọc
không lớn hơn 25-30 mm và tải trọng tưới nước nhỏ 0.5-1.0 m3/( m3.VLL).
Đồng Mai Trang
23
K35C – Khoa Hóa học
Khóa luận tốt nghiệp
Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2
Hình 6. Sơ đồ công nghệ lọc sinh học nhỏ giọt Biofilter
Các vật liệu lọc có độ rỗng và diện tích mặt tiếp xúc trong một đơn vị
thể tích là lớn nhất trong điều kiện có thể. Nước đến lớp vật liệu lọc chia thành
các dòng hoặc hạt nhỏ chảy thành lớp mỏng qua khe hở của vật liệu, đồng thời
tiếp xúc với màng sinh học ở trên bề mặt vật liệu và được làm do vi sinh vật
của màng phân huỷ hiếu khí và kị khí các chất hữu cơ có trong nước. Các chất
hữu cơ phân huỷ hiếu khí sinh ra CO2 và nước, phân huỷ kị khí sinh ra CH4 và
CO2 làm tróc màng ra khỏi vật liệu mang, bị nước cuốn theo. Trên mặt giá
mang là vật liệu lọc lại hình thành lớp màng mới. Hiện tượng này được lặp đi
lặp lại nhiều lần. Kết quả là BOD của nước thải bị vi sinh vật sử dụng làm chất
dinh dưỡng và bị phân huỷ kị khí cũng như hiếu khí: nước thải được làm sạch.
Trong bể lọc sinh học nhỏ giọt, các vi sinh vật sinh trưởng cố định trên
lớp vật liệu lọc. Bể lọc hiện đại bao gồm một lớp vật liệu dễ thấm nước với vi
sinh vật dính kết trên đó.Nước thải đi từ trên xuống ngược dòng khí đi từ dưới
lên. Nước thải được phân bố đều trên bề mặt nguyên liệu lọc theo kiểu nhỏ
giọt hoặc phun tia. Lượng không khí cần thiết cho quá trình được cấp vào nhờ
Đồng Mai Trang
24
K35C – Khoa Hóa học
Khóa luận tốt nghiệp
Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2
quá trình thông gió tự nhiên qua bề mặt hở phía trên và hệ thống thu nước phía
dưới của bể lọc.
Bể lọc sinh học nhỏ giọt chia làm những loại sau:
- Bể lọc vận tốc chậm: hình trụ hoặc hình chữ nhật, hiệu suất khử BOD
cao và cho ra nước thải chứa lượng nitrat cao. Tuy nhiên cần lưu ý đến vấn đề
mùi hôi và sự phát triển của Ruồi Psychoda. Nguyên liệu lọc là đá, sỏi, xỉ.
- Bể lọc vận tốc trung bình và nhanh: Hình tròn, lưu lượng nạp chất hữu
cơ cao hơn, nước thải được bơm hoàn lưu trở lại bể lọc và nạp liên tục, việc
hoàn lưu nước thải giảm vấn đề mùi hôi và sự phát triển của Ruồi Psychoda.
Nguyên liệu lọc là đá, sỏi, plastic.
- Bể lọc cao tốc: có lưu lượng nạp nước thải và chất hữu cơ rất cao, khác
với bể lọc vận tốc nhanh ở điểm có chiều sâu cột lọc sâu hơn do nguyên liệu
lọc làm bằng plastic, nhẹ hơn sỏi.
- Bể lọc thô: lưu lượng nạp chất hữu cơ lớn hơn 1.6kg/m3.ngày, lưu lượng
nước thải là 187 m3/ m2.ngày bể lọc thô dùng để xử lý sơ bộ nước thải trước
giai đoạn xử lý thứ cấp.
- Bể lọc hai pha: xử lý nước thải có hàm lượng chất ô nhiễm cao và cần
nitrat hoá đạm trong nước thải. Giữa hai bể lọc thường có bể lắng để loại bỏ
bớt chất rắn sinh ra trong bể lọc thứ nhất. Bể lọc thứ nhất dùng để khử BOD
của các hợp chất chứa cacbon, bể thứ hai chủ yếu cho quá trình nitrat hoá.
Ưu điểm của công nghệ lọc nhỏ giọt BIOFILTER:
Dễ quản lý vận hành.
Tiết kiệm diện tích đất xây dựng.
Có thể kiểm soát các ô nhiễm thứ cấp như tiếng ồn và mùi hôi.
Nhưng chi phí ban đầu cho việc sử dụng công nghệ lọc nhỏ giọt BIOFILTER
là cao.
1.4.4. Công nghệ SBR
Đây là công nghệ được áp dụng tương đối rộng rãi ở nước ta.
Đồng Mai Trang
25
K35C – Khoa Hóa học
