Xử lý nito trong cấp nước

Một số phơng pháp
loại bỏ các hợp chất
của Nitơ trong nớc ngầm
PGS. TS. Nguyễn Việt Anh
Bộ môn Cấp thoát nớc
Trờng Đại học Xây dựng H) Nội
1

1. Dạng tồn tại của các hợp chất Nitơ
Khí N2
Nitơ nguyên chất. 79% khí quyển.
+
Nitơ Amôn NH4 Sản phẩm phân huỷ các hợp chất hữu cơ
chứa Nitơ. L) nguồn dinh dỡng dễ hấp
thụ đối với cây trồng
Ammoniac NH3: Khí (độc), tan nhiều trong nớc. Tạo từ
NH4+ trong nớc khi pH cao.
Sản phẩm oxy hoá. Tạo các muối với các
NO3M
kim loại. Dạng cây trồng dễ hấp thụ.
M
NO2
Sản phẩm trung gian của quá trình oxy
hoá Nitơ Ammôni th)nh Nitrat
Đạm (Protein)
Hợp chất hữu cơ Hydrocacbon CxHyOzNn.
Có phân tử lợng cao, l) th)nh phần quan
trọng để xây dựng tế b)o của bất kỳ cơ thể
2
sống n)o.

1


Các hợp chất Nitơ trong nớc ngầm
Nitơ trong Humic (25 M 60%), Axit Amin (21 M 35%),
Clorophyl (1 M 3%), Peptite, vv...
Chúng có thể l) sản phẩm của các quá trình hóa M
sinh học, xâm nhập v)o nớc ngầm từ nớc thải hay
do một số quá trình địa hóa đặc biệt.

3

N#NH4+ trong nớc ngầm: Nớc thải sinh hoạt, quá
trình Amôn hóa M phân hủy các HCHC: đạm, nớc
tiểu, axit nucleic... bởi vi sinh vật, hay do việc sử dụng
phân bón trong nông nghiệp.
Quá trình amon hóa
(nhờ các vi khuẩn amon, men, ...):
Protein
Pepton
Peptit
Axit Amin
Ammoniac
(NH2)2CO + H2O

2 NH3 + CO2
4

2

BOD and N in the sewer

O2 Input
O

NH 2

O2

+

NH4+

C

N2

NH 2

NO3-

5

Các hợp chất Nitơ trong nớc:
Phát triển vi sinh vật trong đờng ống v) l)m
tăng nhanh quá trình ăn mòn đờng ống.
Gây nên một số bệnh nguy hiểm cho ngời
sử dụng nớc.

NO2# tác dụng với các Amin hay Alkyl
Cacbonat trong cơ thể ngời, có thể tạo th)nh
các hợp chất chứa Nitơ gây ung th.

6

3


Lọt v)o cơ thể, NO3# chuyển hóa th)nh
NO2# nhờ vi khuẩn đờng ruột.
Các NO2# tác động lên Hemoglobin (Hb),
biến nó th)nh Methemoglobin (MetMHb),
mất khả năng vận chuyển oxy đến các mô.
NO3# tạo ra chứng thiếu Vitamin v) có thể
kết hợp với các Amin để tạo nên những
Nitrosamin gây ung th ở ngời cao tuổi.
N trong Nớc pha Sữa cho Trẻ em M men dạ
d)y còn cha phát triển M NO3# dễ biến
th)nh NO2# M chiếm lấy Hb M biến th)nh MetM
Hb M Các mô thiếu oxy M Trẻ xanh xao

7

1329/2002#BYT#QĐ 18/04/2002
NO3M < 50 mg/l
NO2M < 3 mg/l
NH4+ < 1,5 mg/l
Nitơ Amôn NMNH4+ ở
một số giếng khoan

khai thác nớc ngầm
của H) nội: 10 M 20
mg/l hoặc cao hơn.

8

4


Analytical
Analytical results
results of
ofwater
water quality
qualityin
inHanoi
Hanoi (2000/11)
(2000/11)
Temp.,
o
C

pH

NO3#N,
mg/L

NH4#N,
mg/L

Fe,
mg/L

SO42#,
mg/L

SiO2,
mg/L

Ca,
mg/L

Mg,
mg/L

Na,
mg/L

K,
mg/L

TOC,
mg/L

1

Bach khoa

26.1

6.84

4.3

12.4

11.5

1.6

52.8

25.1

12.4

29.0

3.0

1.4

2

Ha Dinh 5

26.0

6.82

3.3

12.3

15.6

2.2

41.3

25.5

14.8

27.4

3.1

2.5

3

Ha Dinh 6

26.3

6.88

3.2

11.6

12.1

2.6

37.9

23.8

12.7

30.8

3.6

1.3

4

Ha Dinh 8

26.0

6.86

3.7

13.1

15.0

2.1

44.6

23.4

13.5

28.7

3.8

1.7

5

Van Dien *

21.3

7.80

10.2

13.3

1.5

29.2

29.3

33.5

14

47.9

21.1

4.6

6

Lu RiverMin *

22.3

7.72

8.5

37

1.2

5.0

34.9

36.1

12.9

40.2

17.5

5.9

7

Lu RiverMout *

21.3

8.11

6.5

10.1

0.7

23.4

23.0

30.8

10.6

31.2

14.0

3.2

8

Quynh Mai

25.3

6.80

0.9

3.6

4.3

4.2

35.0

15.2

10.9

9.1

1.7

0.5

9

HoanKiem Lake *

19.9

10.30

4.3

0.3

1.0

1.6

21.8

13.7

1.4

8.3

6.1

8.3

10 Yen Phu 12

25.0

7.38

1.7

1.1

2.5

2.1

22.1

32.8

8.6

7.2

1.9

0.5

11 Yen Phu 20

25.2

7.10

3.6

4.6

9.1

2.6

45.1

40.5

13.8

18.2

6.7

0.6

12 Dong Tam **

25.3

6.60

5.0

25.0

20.5

0.8

23.7

51.8

15.9

26.2

2.5

2.8

13 Minh Khai **

34.3

6.70

9.7

7.6

24.0

14.4

42.6

45.9

20.8

72.4

2.3

1.7

14 Cau Moi *

22.0

7.43

7.2

31.0

1.0

11.7

90.9

33.1

16.6

44.4

14.8

5.4

15 Phap Van No.1

27.0

6.90

3.2

28.0

9.5

2.8

30.9

25.3

13.2

32.6

5.7

3.2

16 Phap Van No.2

26.3

6.80

2.8

19.0

9.7

2.4

44.0

21.2

12

34.2

5.3

3.0

17 Phap Van No.3

26.3

6.80

2.9

15.4

9.5

2.1

41.4

20.9

11.8

36.2

5.4

2.8

18 Kim Nguu canal *

23.4

7.00

12.0

34.0

3.3

18.2

41.7

37.2

14.3

44.6

20.2

13.8

19 HUCE

25.3

6.69

7.8

10.0

31.6

5.2

53.8

42.8

18

44.0

1.9

1.6

20 Univ. tap

20.3

8.06

6.5

0.1

0.1

5.3

15.8

26.9

6.3

3.0

1.7

No

Name of well

0.4

9
* Surface water

** Personal well

H m l− î n g N H 4 ( m g /l)

9 Aug
12 Aug

25

16 Aug

20

22 Aug

15

21 Aug
8 Sep

10

16 Sep

5

4 Apr
12 Apr

0
PV1

PV2

PV3

PV4

Sampling Locations

20 Apr
27 Apr
10

18 May

5


H $m l− î n g N O 3 ( m g /l)

2.5
9 Aug

2

16 Aug
1.5

22 Aug

1

31 Aug
8 Sep

0.5

16 Sep

0
PV1

PV2

PV3

PV4
Sampling Locations

11

H $m l− î n g N O 3 ( m g /l)

2.5
9 Aug

2

16 Aug
1.5

22 Aug

1

31 Aug
8 Sep

0.5

16 Sep

0
PV1

PV2

PV3

PV4
Sampling Locations

12

6


20
15
10

5

H m l− î n g N O 3 (m g /l)

H m l− î n g N H 4 (m g /l)

25

20
18
16
14
12
10
8
6
4
2
0

4 Apr
12 Apr
20 Apr
27 Apr
18 Apr

0
H§1

H§2

H§3

H§1

NH4

H§2

H§3

NO3
Sampling Locations

13

2. Lo¹i bá c¸c hîp chÊt Nit¬ trong n−íc
•
•
•
•
•
•
•

L)m tho¸ng (sôc khÝ)
Clo hãa,
Nitrat hãa + khö Nitrat b»ng ph−¬ng ph¸p sinh hãa
Trao ®æi ion
§iÖn hãa,

§iÖn thÈm t¸ch, ®iÖn thÈm t¸ch ®¶o chiÒu,
Ch−ng cÊt,vv...

• BOD/N kh«ng thÝch hîp cho xö lý b»ng pp. Sinh häc.
14

7


2.1. L(air stripping)
NH4+

NH3

+

H+

ở điều kiện pH >7, cân bằng chuyển dịch sang phải.
Với pH >10, hơn 85% Amoniac có thể chuyển dịch sang dạng
khí khi l)m thoáng.
pH = 10 M 11: các ion Hydroxyt d sẽ chuyển các ion NH 4+
th)nh Hydroxit Amon.

NH4+
NH4OH

+

OHM

NH4OH

NH3

+

H2O

15

Tháp l
a) Tháp l m thoáng với dòng khí thổi từ bên;
b) Tháp theo nguyên tắc ngợc dòng
1M Nớc v)o;
5MTấm chớp di động;

2 M Không khí v)o; 3 M Quạt gió;
4 M Không khí ra;
6 M Vật liệu tiếp xúc;
7 M Ngăn thu nớc; 8 M Nớc ra.

16

8

• NH3 dÔ ho) tan trong n−íc: Hi = f(t)
– Hi (NH3) = 0,76 atm/mol ë 20oC
– CO2: 150 atm/mol; O2: 43000 atm/mol
– CÇn l−îng kh«ng khÝ lín:
G/L = 6000, E = 90%.
• V«i, NaOH + T¨ng nhiÖt ®é T¨ng E.

17

Ammonia removal by air stripping in packet tower

18

9


2.2. Ph−¬ng ph¸p Clo hãa
L−îng Cl2
d−, mg/l

1
2

Ct A #
Ct B

*

#

3

*
CA

CB

Cl2 d− khi trong n−íc kh«ng cã NH3
Cl2 d− khi trong n−íc cã NH3
H)m l−îng NH3 trong n−íc

LiÒu l−îng Cl2
®−a v
19

(pH < 5)
Cl2 + H2O ↔

(pH < 7)
(pH > 8)
+
HCl + HClO ↔
H + ClO#
Break points
NH3 + Cl2
HCl + NH2Cl
2 HCl + NHCl2
NH3 + 2Cl2
NH2Cl + NHCl2

N2 + 3HCl
2 NH2Cl + Cl2
N2 + 4HCl

• [Cl2] = 7..10 (10..25) [NH3]

(= 6 M 15 mg/l).

• [Cl2] ? [Cl2] d−? THMs? Mïi?

20

10


2.3. Trao đổi Ion
XL Ammoni: lọc qua vật liệu lọc trao đổi Kation nh
Zeolite tự nhiên M đất sét, Klinoptilolyte hay Sepiolite.
Z#Na + NH4+
Z#NH4+ + Na+
hoặc Z#H + NH4+
Z#NH4+ + H+
Ho n nguyên:
NaCl 0.6M hoặc H2SO4 (thu đợc (NH4)2SO4: phân bón)
XL Nitrat, Nitrit: Sử dụng các vật liệu trao đổi Anionit gốc
ClM, OHM hay SO42M.
Sử dụng, vận h)nh phức tạp; khó khăn trong việc ho)n
nguyên, .v.v.
21

2.4. Phơng pháp sinh hóa

(1) Nitrification/Denitrification
Bị hấp thụ bởi tế b)o trong quá trình chuyển hoá
Metabolism
Tế b)o hấp thụ để sinh trởng
Chuyển từ Ammonia sang dạng oxy hoá
Chuyển từ dạng ôxy hoá sang Nitơ tự do N2
Yêu cầu:
Oxygen
Carbon (hữu cơ/vô cơ)
22

11


Inorganic Nitrogen transformation
• Nitrification (aerobic, autotrophic)/Denitrification
(anaerobic, heterotrophic).
• Nitrification (Autotrophic) / Denitrification by
Nitrifiers (Aerobic: limited O2 and/or NO2M,
autotrophic).
• Nitrification (Heterotrophic, COD/N > 10) /
Denitrification (Anaerobic).
• Abiotic NO3#reduction (zeroMvalent metals):
Denitrification (Autotrophic, with H2 from
hydrogenotrophic anaerobic bacteria (using Fe(0)).
• Denitrification (Aerobic: O2 and NO3M, heterotrophic).
• Anammox: NH4+ oxidation with NO2M reduction
(autotrophic nitrification / autotrophic denitrification

23
(anaerobic).

Nitrogen Elimination from water:
Denitrification and N#incorporation
Denitrification
Primary

10-60%

settling tank

Nitrification

Settling tank
40-80%

100%
30-40%

20%
15-20%
Supernatant
Sludge

Digestor

Incorporation: 1520%

Sludge thickening

24

24

12


a. Nitrification

2


NH4+

Nitrosospire, Nitrosococcus, Nitrosolobus
+ 3 O2
4 H+ + 2 NO2 M + 2 H2O + Q

, Nitrospina, Nitrococcus
2 NO2M + O2
2 NO3M + Q

Tế b
Tế b
25

a. Nitrat hoá (Nitrification)
Vi khuẩn tự dỡng hóa năng: dùng năng lợng sinh ra từ

phản ứng Nitrat hóa để khử CO2 của không khí v) tạo nên
các chất hữu cơ của cơ thể chúng.
NH4+ + 4 CO2 + HCO3M + H2O

C5H7NO2 + 5 NO2
Mô tế b
Độ kiềm giảm

bổ sung Kiềm!

26

13


Bể lọc sinh học
Vận tốc quá trình oxy hóa Nitơ Amôn phụ thuộc v)o
tuổi thọ bùn (m)ng VSV), nhiệt độ, pH của môi
trờng, nồng độ vi sinh vật, h)m lợng Nitơ Amôn,
oxy hòa tan, vật liệu lọc, tỷ lệ C/N...
Độ kiềm
1 mg NMNH4 cần 4,6 mg O2, tạo 0,09 mg sinh khối
DO > 4 mg/l
DO = 2 mg/l: E = 50%
Inhibitors: Cu, Ag, Hg, Ni, Cr, Zn, ..., các hợp chất
Phenol, Xianua, Nitrit Natri, ...
27

b. Khử Nitrat trong điều kiện thiếu khí (Anoxic)

Nguồn Cacbon: Metan, Methanol, đờng, Etanol, dấm :
NO3# + 1.08 CH3OH + 0.24 H2CO3
0.056 C5H7NO2 + 0.47 N2+ 1.68 H2O + HCO3#

Hô hấp nội b)o:
C5H7NO2 + 4.6NO3#
Aerobacter
Alcaligenes
Bacilus
Brevibacterium
Lactobacillus

2.8N2 + 5CO2 + 4.6OH# + 1.2H2O

Microcucous
Ptoteus
Pseudomonas
Brevibacterium
Spirillium

Vi khuẩn dị dỡng

28

14


b. Khö Nitrat trong ®iÒu kiÖn thiÕu khÝ (Anoxic)
• Nguån Cacbon: Metan, Methanol, ®−êng, Etanol, dÊm, ...
3NO2 + CO2 + 2 H2O

3NO3M + CH3OH
2NO2M + CH3OH
6NO3# + 5 CH3OH

N2 + CO2 + H2O + 2OHM
3 N2 + 5 CO2 + 7 H2O + 6OH#

• NÕu cã oxygen trong n−íc, ph¶i khö b»ng c¸ch bæ sung
thªm 1 l−îng Methanol:
3O2 + 2 CH3OH
2 CO2 + 4 H2O
• Electron donor: Hydro H
• BOD/N:
BOD/(NO2M + NO3M)MN = 3 .. 5 kg/kg
• T¨ng ®é kiÒm
29

Nitrification – denitrification

Denitrification

Nitrification

NH 4+ +

3
VK Nitrit
O 2 

→ NO 2− + 2H + + 2H 2 O + 276 ÷ 351 KJ

2
1
NO 2+ + O 2 VK
Nitrat

→ NO 3−
2

NH +4 + 2O 2 
→ NO 3− + 2H + + H 2O

4NO3 + CH3COONa → 4NO2 + 2CO2 + H2O + NaOH
2NO2 + CH3COONa → N2 + 2CO2 + H2O + NaOH
4NO3 + 3CH3COONa → 2N2 + 6CO2 + 3H2O + 3NaOH
30

15


Giíi thiÖu kÕt qu¶ NC cña CEETIA
(2002 – 2004)

31

32

16


33

34

17


Mục tiêu nghiên cứu
Nghiên cứu đánh giá khả năng xử lý nớc ngầm nhiễm
Nitơ Amôn trong điều kiện của Th$nh phố H$ Nội, áp
dụng phơng pháp lọc sinh học dính bám: Nitrát hoá
(Nitrification) kết hợp với Khử Nitrat (Denitrification),
với vật liệu mang l$ sợi Polymer tổng hợp Acrylic.
Đề xuất khả năng áp dụng thực tiễn để xử lý nớc
ngầm có nhiễm các hợp chất Nitơ cho H$ Nội v$ các khu
dân c khác.
35

Thời gian
20/1/2003
12/3/2003
12/3/2003
23/4/2003
23/4/2003
12/5/2003
12/5/2003
20/5/2003
20/5/2003
30/5/2003
30/5/2003
4/6/2003

4/6/2003
16/6/2003
16/6/2003
2/7/2003
2/7/2003
10/7/2003
10/7/2003
23/7/2003
23/7/2003
29/7/2003
29/7/2003
8/8/2003
8/8/2003
11/8/2003
11/8/2003
14/8/2003
14/8/2003
20/8/2003
28/8/2003
27/8/2003
27/8/2003
31/8/2003
1/9/2003
24/9/2003
24/9/2003
4/10/2003
4/10/2003
21/10/2003
21/10/2003
23/4/2004

23/4/2004
30/7/2004

Chế độ vận hành
(1) Q=4.25 ml/ph, HRT=21.2 h, NH4+ in = 20 mg/l, NaHCO3 = 0 mg/l,
L-u l-ợng sục khí Qair = 0.6 ml O2/min.
(2) Q=4.25 ml/ph, HRT=21.2 h, NH4+ in = 40 mg/l, NaHCO3 = 0 mg/l,
Q air =0.8 ml O2/min
(3) Q=4.25 ml/ph, HRT=21.2 h, NH4+ in = 20 mg/l, NaHCO3 = 0 mg/l,
Q air =0.8 ml O2/min
(4) Q=4.25 ml/ph, HRT=21.2 h, NH4+ in = 20 mg/l, NaHCO3 = 400
mg/l, Q air =0.8 ml O2/min
(5) Q=4.25 ml/ph, HRT=21.2 h, NH4+ in = 20 mg/l, NaHCO3 = 300
mg/l, Q air =0.8 ml O2/min
(6) Q=4.25 ml/ph, HRT=21.2 h, NH4+ in = 20 mg/l, NaHCO3 = 250
mg/l, Q air =0.8 ml O2/min
(7) Q=4.25 ml/ph, HRT=21.2 h, NH4+ in = 20 mg/l, NaHCO3 = 200
mg/l, Q air =0.8 ml O2/min
(8) Q=4.25 ml/ph, HRT=21.2 h, NH4+ in = 20 mg/l, NaHCO3 = 150
mg/l, Q air =0.8 ml O2/min
(9) Q=4.25 ml/ph, HRT=21.2 h, NH4+ in = 20 mg/l, NaHCO3 = 100
mg/l, Q air =0.8 ml O2/min
(10) Q=4.25 ml/ph, HRT=21.2 h, NH4+ in = 20 mg/l, NaHCO3 = 50
mg/l, Q air =0.8 ml O2/min
(11) Q=5,625 ml/ph, HRT=16 h, NH4+ in = 20 mg/l, NaHCO3 = 50
mg/l, Q air =0.8 ml O2/min
(12) Q=11, 25 ml/ph, HRT=8 h, NH4+ in = 20 mg/l, NaHCO3 = 50
mg/l, Q air =0.8 ml O2/min
(13) Q=15 ml/ph, HRT=6 h, NH4+ in = 20 mg/l, NaHCO3 = 50 mg/l,
Q air =0.8 ml O2/min

(14) Q=22.5 ml/ph, HRT=4 h, NH4+ in = 20 mg/l, NaHCO3 = 50 mg/l,
Q air =0.8 ml O2/min
(15) Q=45 ml/ph, HRT=2 h, NH4+ in = 20 mg/l, NaHCO3 = 50 mg/l,
Q air =0.8 ml O2/min
(16) Q=90 ml/ph, HRT=1 h, NH4+ in = 20 mg/l, NaHCO3 = 50 mg/l,
Q air =0.8 ml O2/min
(17) Q=180 ml/ph, HRT=0.5 h, NH4+ in = 20 mg/l, NaHCO3 = 50
mg/l,
Q air =0.8 ml O2/min
(18) Q=45 ml/ph, HRT=2 h, NH4+ in = 20 mg/l, NaHCO3 = 50 mg/l,
Q air =0.8 ml O2/min
(19) Q=45 ml/ph, HRT=2 h, NH4+ in = 10 mg/l, NaHCO3 = 50 mg/l,
Q air =0.65 ml O2/min
(20) Q=90 ml/ph, HRT=1 h, NH4+ in = 10 mg/l, NaHCO3 = 50 mg/l,
Q air =0.65 ml O2/min
(21) Q=45 ml/ph, HRT=2 h, NH4+ in = 20 mg/l, NaHCO3 = 50 mg/l,
Q air =0.65 ml O2/min
(22) Q=90 ml/ph, HRT=1 h, NH4+ in = 20 mg/l, NaHCO3 = 50 mg/l,
Q air =0.65 ml O2/min

Chế độ vận h nh mô hình

Thời gian
5/1/2004
9/1/2004
9/1/2004
12/1/2004
12/1/2004
14/1/2004
14/1/2004

16/1/2004
16/1/2004
6/2/2004
6/2/4004
3/3/2004
9/3/4004
28/3/2004
28/3/4004
14/4/2004
14/4/4004
23/4/2004
23/4/4004
6/5/2004
6/5/4004
13/5/2004
13/5/2004
2/7/2004
2/7/2004
21/7/2004
21/7/2004 30/7/2004

Chế độ vận hành
(i) Mô hình chạy tuần hoà n. Nguồn C: Dấm ăn. 7.8l dấm/50lít,
Q=2.34 ml/ph, HRT =5.5 h.
(ii) Mô hình chạy tuần hoà n. Nguồn C: Dấm ăn. 1.6l dấm/50lít,
Q=2.34 ml/ph, HRT =5.5 h.
(iii) Mô hình chạy tuần hoà n. Nguồn C: Dấm ăn. 0.9l dấm/50lít,
Q=2.34 ml/ph, HRT =5.5 h.
(iv) Mô hình chạy tuần hoà n. Nguồn C: Dấm ăn. 1.6l dấm/50lít,
Q=2.34 ml/ph, HRT =5.5 h.

(v) Mô hình chạy tuần hoà n. Nguồn C: CH3COONa.3H2O, nồng độ
130mg/l , Q=2.34 ml/ph, HRT =5.5 h.
(1) Mô hình chạy tuần hoà n. Nguồn C: CH3 COONa.3H2 O, nồng độ
340mg/l , Q=2.34 ml/ph, HRT =5.5 h.
(2) Chạy thẳng. Nguồn C: CH3 COONa.3H2 O, nồng độ 260mg/l ,
Q=2.34 ml/ph, HRT =5.5 h.
(3) Nguồn C: CH3COONa.3H2O, nồng độ 400mg/l , Q=2.34 ml/ph,
HRT =5.5 h.
(4) Nguồn C: CH3COONa.3H2O, nồng độ 400mg/l , Q=3.21 ml/ph,
HRT =4.07 h.
(5) Nguồn C: CH3COONa.3H2O, nồng độ 400mg/l , Q=4.3 ml/ph,
HRT =3 h.
(6) Nguồn C: CH3COONa.3H2O, nồng độ 400mg/l , Q=6.45 ml/ph,
HRT =2 h.
(7) Nguồn C: CH3COONa.3H2O, nồng độ 400mg/l , Q=12.9 ml/ph,
HRT =1 h.
(8) Nguồn C: CH3COONa.3H2O, nồng độ 400mg/l , Q=25.8 ml/ph,
HRT =0.5 h.
36
(9) Nguồn C: CH3COONa.3H2O, nồng độ 400mg/l , Q=12.9 ml/ph,
HRT =1 h.

18


50.0

10.0

45.0

9.0

40.0

8.0

35.0

7.0

30.0

6.0

25.0

5.0

20.0

4.0

15.0

3.0

10.0

2.0

5.0

1.0

0.0

0.0

pH, Alkalinity (mgeq/l)

Temperature, (oC)

Nitrification: Temp., pH, Alkalinity Graph

To in

To out

pH in

04

3

/7
/2
0

Ki in

27

21

29

/1
0/
0

/8
/0
3

3
8/

/7
/2
0

8/
20
0

03

3
10

20

/0
6/
0

3
6/
20
0
4/

7/

23

5/
20
0

/0
5/
0

3

3

pH out

Date

Ki out

37

Denitrification: Temp., pH, Alkalinity Graph
9.0

8.0
7.0

20.0

6.0

5.0
15.0
4.0

10.0

3.0

2.0
5.0

T in

1.0
T out

0.0

0.0
pH in

/7
/2
0

04

pH out

Ki in

30

27

/7
/2
0

04

4
/0

6/
0
16

04
/5
/2
0
12

27

/0
4/
0

4
14

/0
4/
0

4
3/
20
0

4

Date
9/

Temperature, oC

25.0

pH, Alkalinity (mgeq/l)

30.0

Ki out

38

19


Nitrogen loading rate (NLR) vs. Removal efficiency (E)

Removal efficiency E, %

100

95

E, %
90

85

0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

NLR, g N-NO /(g VSS.d)
3

39

COD consumed vs. N-NO removed Graph
3
180

25.0

20.0

140
120

15.0
100

80

10.0
60
40

N-NO 3 in, out (mg/l)

COD in, out (mg/l)

160

5.0

20

0

0.0

COD out

N-NO3 in

29

/7
/2
0

04

04
/7
/2
0
26

14

/0
6/
0

4

4
6/

5/
20
0

4
/0
4/
0
23

8/

4/

20
0

4

Date

COD in

N-NO3 out

40

20


NaHCO3 = 50 mg/l
100.0

45.0

90.0

40.0

80.0

35.0

70.0

30.0

60.0

25.0

50.0

20.0

40.0

15.0

30.0

10.0

20.0

NH4+ in

5.0

10.0

NH4+ out

0.0

0.0

HRT = 0.5h
NO3- (mg/l), E removal (%)

+

-

NH4 , NO2 (mg/l)

Nitrification
50.0

/7
/

20
04

20
04
/7
/

22

30

3

20
03
10
/

4/

00
3

27

/0
8/
0

3

8/
2
7/

3

/0
7/
0
14

00
3

/0
6/
0

26

3

6/
2
6/

26

/0
5/
0

3

20
03
/5
/

12

/0
3/
0
24

/0
2/
0
21

20

/0
1/
0

3

3

NO2- in
NO2- out
NO3- in

Date

NO3- out
E removal, %

41

90.0
2.50

80.0
70.0

2.00

60.0
1.50

50.0
40.0

1.00

30.0

0.50

20.0

NH4+in

10.0

NH4+out

7/
20
04
30
/

7/
20
04
27
/

4
16
/0
6/
0

5/
20
04
12
/

4
27
/0
4/
0

4

0.0
14
/0
4/
0

00
4

0.00
9/
3/
2

NH4+, NO2- in, out (mg/l)

100.0

NO3- in, out (mg/l), E rem. (%)

Denitrification
3.00

Date

NO2- in
NO2- out
NO3- in

NO3- out
E removal, %

42

21


Nhận xét kết quả, thảo luận
Mô hình Nitrat
1. Mô hình vận h$nh với h$m lợng Amôni trong nớc thí
nghiệm ~ 20mg/l, quá trình xử lý đạt hiệu suất cao, từ 93.2
99.9% (trung bình 98.7%) với thời gian lu nớc HRT tối
thiểu = 1 h. H$m lợng NH4+ sau mô hình chỉ còn xấp xỉ 0
0.7 mg/l. Mô hình đạt đợc độ ổn định theo hiệu quả xử lý
sinh học sau thời gian 2 tháng vận h$nh.
2. Vật liệu mang Acrylic ho$n to$n phù hợp l$m giá thể dính
bám vi sinh.
NLR = 0.01 0.62 kg N NH4/(m3.ngđ).

43

4. Quá trình Nitrat hoá diễn ra tốt nhất ở pH = 7 7.8. Liều
lợng kiềm tối thiểu cần bổ sung l$ 50 mg NaHCO3/l. Tỷ lệ
chuyển hoá NH4+ v$ độ kiềm, theo lý thuyết dao động từ 0,8
1,1 đợc kiểm chứng từ kết quả thực nghiệm.
5. Lợng bùn d nhiều, h$m lợng CO2 cao l$ các yếu tố ảnh
hởng đến hiệu qủa xử lý. Việc sục khí trực tiếp v$ xả bùn d
có thể khắc phục đợc hạn chế n$y.

44

22


Mô hình Khử
Khử nitrat
1. Mô hình hoạt động tốt, ổn định. Hiệu quả khử Nitrat đạt trung
bình 95.14%. Thời gian lu nớc tối thiểu để đạt hiệu suất cao
v$ ổn định (> 95%) l$ HRT = 2 h. Giảm thời gian lu nớc
xuống 1 h v$ 0,5 h dẫn đến hiệu quả xử lý thấp v$ không ổn
định (90 95%).
2. Việc bổ sung thêm Kiềm v$o quá trình Nitrat hoá giúp cho
quá trình Khử Nitrat đợc ổn định. (pH tối u = 7 8).

45

3. NLR = 0.04 0.16 g N NO3/(g VSS.ngđ), cho phép đạt
hiệu suất xử lý theo NO3 cao v$ ổn định (90.1 98.4%,
trung bình 94.2% 2.5 (SD)). Các nghiên cứu khác trên thế
giới: 0.03 0.11 g N NO3/(g VSS.ngđ). Khi có đủ cơ chất,
vật liệu mang Acrylic cho phép đạt mật độ sinh khối cao,
hiệu suất xử lý cao kể cả với tải trọng NLR lớn hơn (tới
48%) so với các nghiên cứu trớc đây. Tuy nhiên, NLR >
0.15 g N NO3/(g VSS.ngđ) cho phép đạt hiệu suất E < 95%.
Tải trọng NLR trên một đơn vị khối tích của bể phản ứng
đợc xác định NLR = 0.09 0.39 kg N NO3/(m3.ngđ).

46

23


5. Trong quá trình Khử Nitrat, lợng kiềm sinh ra nhỏ hơn so
với lý thuyết. Điều n$y chứng tỏ lợng OH sinh ra đq mất
đi để bù v$o lợng H+ từ quá trình Nitrat hoá trớc đó. Nh
vậy, mặc dù bản thân nớc xử lý cơ thể đq có đủ kiềm cho
quá trình Nitrat hoá, việc bổ sung thêm chất kiềm để đảm
bảo môi trờng thích hợp cho quá trình Khử Nitrat tiếp theo
vẫn l$ cần thiết.

47

6. Một số trờng hợp NO2 ở đầu ra > 3 mg/l: do phản ứng Khử
Nitrat cha xảy ra ho$n to$n, trong điều kiện môi trờng
không thích hợp (pH, nhiệt độ, các chất ức chế, ..), hoặc Nitrit
hoá NH4+ d (DO trong mô hình Khử Nitrat l$ 0.5 1.4
mg/l).
' Giải pháp: Tăng thời gian lu nớc v$ điều chỉnh tỷ lệ F/M
phù hợp; bổ sung thêm Axetat Natri để sử dụng hết oxy ho$
tan còn trong nớc; sục khí bổ sung sau công đoạn Khử
Nitrat. Kiểm soát mùi cũng l$ một lý do cần thiết phải sục khí
bổ sung sau Khử Nitrat.

48

24


(2) Xö lý sinh ho¸, nhê c¸c vi khuÈn

khö Nitrat tù d−ìng
• Methanogenic, Homoaceotogenic, vi khuÈn khö Sulfat, .. .
• Sö dông Hydro Cathode (tõ qu¸ tr×nh oxy ho¸ s¾t):
Fe(0) + 2 H2O → H2 + Fe2+ + OHM
• Hydrogen: chÊt nh−êng ®iÖn tö, t¹o n¨ng l−îng cho qu¸ tr×nh
dinh d−ìng.
2NO3M + 5 H2
N2 + 4 H2O + 2 OHM
5 Fe(0) + 2 NO3# + 6 H2O → 5 Fe2+ + N2 + 12 OH#

49

(3) Advanced Oxidation, Fenton‘s Reagent
Raw
wastewater

Activ. sludge

Sedimentation
Fe2+ or Fe3+

Fe2+ + H2O2

ES

Runoff

50

25