KHỬ HỢP CHẤT NITO, PHOTPHO TRONG NƯỚC THẢI

KHỬ HỢP CHẤT NITO, PHOTPHO TRONG

NƯỚC THẢI

Khử hợp chất trong nước thải chính là một trong những công đoạn quan trọng trong hệ thống xử lý nước thải. Khi nước thải chứa các hợp chất hữu cơ Cacbon, Nito, Photpho với nồng độ cao, sau khi xử lý sinh học bình thường giảm được 90 – 98% lượng BOD và 30 – 40% lượng Nito. Khoảng 30% lượng Photpho, còn lại 60% Nito và 70% lượng Photpho đi ra khỏi công trình xử lý.

Nếu hàm lượng N > 30 – 60 mg/l, P > 4 – 8 mg/l xảy ra hiện tượng phú dưỡng, nghĩa là N và P tạo nguồn thức ăn cho rong rêu, tảo và vi sinh vật nước phát triển, làm bẩn trở lại nguồn nước. Vì vậy, việc khử Nito và Photpho đến dưới nồng độ cho phép trước khi xả ra nguồn tiếp nhận là rất cần thiết.

KHỬ NITO BẰNG PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC

Quá trình đồng hóa khử Nito xảy ra đồng thời với quá trình khử BOD trong bể Aerotank, còn quá trình Nitrat hóa và khử N₂ có thể thực hiện bằng 3 cách:

- Tách riêng 3 công đoạn: khử BOD, nitrat hóa và khử khí N₂;

- Kết hợp 2 công đoạn đầu khử BOD và nitrat hóa đồng thời tách riêng công đoạn khử khí N₂;

- Tổng hợp chung cả 3 công đoạn trong một công trình;

NITRAT HÓA BẰNG PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC

Khi khử Amoni (NH₄⁺) bằng phương pháp sinh hóa, NH₄⁺ bị oxy hóa theo 2 bước:

Từ phương trình trên rút ra: Khi chuyển hóa 1 mg NH₄⁺ cần tiêu thụ 3,96 mg O₂ và sản sinh ra 0,31 mg tế bào mới; 7,01 mg kiềm bị khử và cần tiêu thụ 0,16 mgCO₂. Vi khuẩn Nitrat hóa đặc biệt nhạy cảm với sự thay đổi của môi trường và với các chất độc hại, từ các nguyên cứu trong phòng thí nghiệm và các công trình xử lý thực tế rút ra được các thông số ảnh hưởng đến quá trình là:

- Nồng độ của NH₄⁺ và NO₂^-;

- Tỷ số BOD₅ và tổng hàm lượng N;

- Nồng độ oxy hòa tan DO;

- Nhiệt độ;

- pH và rất nhiều tác nhân vô cơ và hữu cơ có tác dụng kìm hãm quá trình;

Quá trình nitrat hóa có thể được thực hiện theo một trong các sơ đồ sau:

Sơ đồ tách biệt

Sơ đồ kết hợp

Sơ đồ sinh học 2 đợt

KHỬ NO₃^- BẰNG PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC

Quá trình sinh học khử NO₃^- thành khí N₂ diễn ra trong môi trương yếm khí, NO₃^- đóng vai trò nhận electron. Trong thực tế xử lý nước thải, NO₃^- thường được khử trong điều kiện thiếu khí, tức không cấp khí oxy từ ngoài vào. Vi khuẩn thu năng lượng để tăng trưởng từ quá trình chuyển NO₃^- thành khí N₂ và cần có nguồn cacbon để tổng hợp thành tế bào.

Do đó, khi khử NO₃^- bằng công đoạn riêng sau các công đoạn khử BOD và nitrat hóa, hoặc khi xử lý nước thải công nghiệp thực phẩm có hàm lượng NH₃, NO₂^-, NO₃^- lớn mà lại thiếu các hợp chất hữu cơ cacbon thì phải thêm hợp chất chứa cacbon vào nước (ví dụ metanol CH₃OH) để vi khuẩn thu nhận làm nguồn tổng hợp thành tế bào.

Trong thực tế xử lý nước thải, các kỹ sư công nghệ rất ít khi áp dụng quy trình khử NO₃^- riêng biệt mà thiết kế các công trình để xử lý tổng hợp khử BOD, nitrat hóa khử NH₄⁺ và khử NO₃^- trong một bể. Làm như vậy sẽ tận dụng được lượng cacbon khi khử BOD không phải cấp từ ngoài vào khi cần khử NO₃^-, tiết kiệm được 50% lượng oxy khi nitrat hóa khử NH₄⁺ do lợi dụng được lượng oxy phải lấy bớt đi khi khử NO₃^- và về công trình thì không phải làm các bể lắng trung gian.

KHỬ PHOTPHO BẰNG PHƯƠNG PHÁP HÓA HỌC

Dùng vôi, phèn sắt, phèn nhôm tạo thành các muối kết tủa của photpho theo các quy trình sau:

- Khi khử bằng vôi: Cho vôi vào nước và giữ pH = 9 – 10,5; photpho kết hợp với muối canxi thành hydroxyapatit Ca₅OH(PO₄)₃ kết tủa.

5Ca⁺ + 7OH^- + 3H₂PO₄^- => Ca₅OH(PO₄)₃ + 6H₂O

Cặn canxi photpho là các hạt vô cùng nhỏ và phát triển rất chậm, đặc biệt ở các giá trị pH trung tính. Vì vậy, trong các bể phản ứng thường phải cho thêm cát hạt rắn (cát) làm nhân keo tụ để tăng cường quá trình dính bám và keo tụ, hiệu quả phản ứng khi có tuần hoàn lại cặn cao hơn rất nhiều. Hàm lượng photpho còn lại trong nước sau lắng phuộc thuộc vào pH của nước. Khi pH = 9 hàm lượng photpho còn lại 0,17 mg/l; pH = 9,5 hàm lượng photpho còn lại 0,16 mg/l; pH = 10 hàm lượng photpho còn lại 0,12 mg/l; pH = 10,5 hàm lượng photpho còn lại 0,09 mg/l; pH = 11 hàm lượng photpho còn lại 0,02 mg/l; pH = 11,5 hàm lượng photpho còn lại 0,008 mg/l; pH = 12 hàm lượng photpho còn lại 0,004 mg/l.

Khi cho bông keo tụ Mg(OH)₂ vào nước diễn ra sự dính bám các hạt canxi photpho vào bông cặn, quá trình lắng diễn ra nhanh và hiệu quả cao. Hàm lượng vôi cho vào nước phụ thuộc vào độ kiềm và độ cứng của nước, lượng vôi cho vào để nâng pH lên 10 – 11 là đủ để keo tụ photpho có trong nước.

Khử photpho bằng vôi, vì cặn tạo ra rất nhỏ nên sau lắng thường phải cho nước qua bể lọc để đạt hiệu quả mong muốn.

Phèn sắt và nhôm cho vào nước thải chứa các chất vô cơ và photpho ion sắt và nhôm kết hợp với photpho thành các hợp chất photpho kim loại dễ kết tủa, còn đối với nước thải hữu cơ, cho phèn sắt và nhôm vào sau bể làm thoáng sinh học, trước bể lắng đợt 2, sẽ diễn ra quá trình đồng keo tụ làm giảm lượng photpho có trong nước. Hàm lượng photpho còn lại trong nước phụ thuộc vào pH và tỷ số Al/P.

Cạn lắng là hỗn hợp của Al(OH)₃ và Al(PO₄) ở dạng vô định hình nhiều hơn là ở dạng tinh thể. Để khử photpho bằng đồng keo tụ với hàm lượng photpho còn lại cho phép thường phải dùng liều lượng phèn với tỷ số 1,5 đến 3 phân tử gam tính theo nhôm cho 1 phân tử gam tính theo photpho và giữ pH ở khoảng 6 – 6,5. Nếu nước có độ kiềm cao phải hạ pH xuống trước khi cho phèn vào để tránh việc kết tủa Al(OH)₃ trước AlPO₄.

Phèn sắt có thể là FeSO₄ hay FeCl₃ với liều lượng tùy thuộc vào mức oxy hòa tan có trong nước, pH, xúc tác sinh học, hàm lượng H₂S và cacbonat. Dùng phèn sắt có nhược điểm là lượng sắt hòa tan trong nước tăng cao. Liều lượng phèn sắt thường chọn từ 1,5 đến 3 đương lượng gam tính theo (Fe³⁺) cho 1 đương lượng gam photpho và giữ pH keo tụ ở khoảng 5 – 5,5. Nếu keo tụ ở pH trung tính cần phải cho thêm chất trợ keo tụ polymer trung tính vào để đảm bảo quá trình lắng diễn ra trong khoảng thời gian chấp nhận được.

Quá trình đồng keo tụ các hợp chất photpho với phèn sắt diễn ra tốt ở khoảng pH = 7 – 8 và lượng phèn sắt càng nhiều hiệu quả càng cao, vì phèn sắt tạo ra các sản phẩm phụ như hydroxit và cacbonat sắt sau quá trình lắng phải cho nước qua bể lọc để hoàn thành quá trình xử lý.

KHỬ PHOTPHO BẰNG QUÁ TRÌNH SINH HỌC

Vi khuẩn sử dụng photpho để tổng hợp thành tế bào và vận chuyển năng lượng, kết quả là từ 10 – 30% lượng photpho được khử trong quá trình khử BOD. Khử photpho được thực hiện bằng cách lắng thành cặn để loại bỏ các tế bào chứa lượng photpho trong quá trình sinh sản và hoạt động.

Cơ sở của quá trình khử photpho bằng vi sinh như sau:

- Một số vi khuẩn có khả năng chứa một lượng dư photpho như là polyphotphat trong tế bào của chúng.

- Một số sản phẩm lên men đơn giản được sinh ra trong điều kiện yếm khí như là axit béo bay hơi,…được các vi khuẩn đồng hóa thành các sản phẩm chứa bên trong tế bào đồng thời với việc giải phóng photpho.

- Trong điều kiện hiếu khí, năng lượng sinh ra do oxy hóa polyphotphat và các sản phẩm khác chứa trong tế bào tăng lên.

Nguyên tắc khi xử lý photpho bằng sinh học ở các nhà máy xử lý nước thải là cho nước thải có chứa chất hữu cơ và photpho qua các bể xử lý yếm khí và hiếu khí, có thể khử độc lập photpho hoặc kết hợp với quá trình khử nitrogen. Quá trình thay đổi các điều kiện xử lý yếm khí, hiếu khí trong dây chuyền xử lý bằng cách tuần hoàn lại sinh khối qua bể yếm khí hoặc bể hiếu khí, nếu phải khử đồng thời nitrogen thì phải có thêm bể trung gian gọi là bể thiếu khí. Sơ đồ quá trình khử photpho và khử nitrogen đồng thời với khử photpho.

THỰC TẾ

Trong thực tế khi xử lý photpho bằng phương pháp sinh học áp dụng quy trình yếm khí khi tiếp nối với quy trình hiếu khí.

- Đầu tiên trong điều kiện yếm khí (Anoxic) vi khuẩn tác động đến các axit béo bay hơi có sẵn trong nước thải để giải phóng photpho.

- Tiếp đến môi trường hiếu khí (oxic) vi khuẩn hấp thụ photpho cao hơn mức bình thường, photpho lúc này không những chỉ cần cho việc tổng hợp mà còn được vi khuẩn chứa thêm 1 lượng dư vào trong tế bào để sử dụng ở những giai đoạn hoạt động tiếp sau.

Khi biến các tế bào này liên kết với nhau thành bông cặn lắng xuống đáy bể lắng, photpho chứa trong cặn được tháo ra ngoài đưa đi xử lý riêng, hoặc được dùng lại như là chất lên men để tác dụng với các axit béo bay hơi làm tăng hiệu quả quá trình khử photpho.

Trên đây là tất cả các phương pháp khử nito và khử photpho mà Công ty TNHH Giải pháp Công nghệ Môi trường Phước Trình muốn cung cấp thêm cho Quý độc giả nẵm rõ được quy trình trng hệ thống xử lý nước thải hơn. Mọi thắc mắc xin gửi về cho Công ty chúng tôi để được hỗ trợ tốt nhất.