Khử Hợp Chất Nitơ, 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 mgl 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 cần thiết.

Khử hợp chất Nitơ, Photpho trong nước thải

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 N_2.
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 O₂và 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 môi trường và với các chất độc hại, từ các nghiên 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 Nitơ (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:

Khử NO3^– bằng phương pháp sinh học

Quá trình sinh học khử NO₃^– thành khí N₂ diễn ra trong môi trường yếm khí, NO₃^– đóng vai trò nhận electron. Trong thực tế xử lý nước thải, NO₃^– thường được khử trong điều kiện thiếu khí(Anoxic process), tức không cấp oxy từ ngoài vào. Vi khuẩn thu năng lượng để tăng trưởng từ quá trình chuyển NO₃^– thành khí N₂và 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 các 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 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.

Thực tế

Trong thực tế khi xử lý photpho bằng phương pháp sinh học áp dụng quy trình yếm khí 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, duy trì tế bào và vận chuyển năng lượng 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.

Thực tế về nước thải

Trong thực tế xử lý nước thải đô thị và nước thải công nghiệp thực phẩm, công nghiệp nhẹ khi cần khử photpho thì cũng phải khử cả các hợp chất chứa nitơ và các hợp chất hữu cơ chứa cacbon, do đó các nhà nghiên cứu và các kỹ sư công nghệ đã đề xuất ra nhiều mẫu thiết kế cho các bể phản ứng hỗn hợp khử BOD, nitơ, photpho.

Trong quản lý: theo dõi hàm lượng NH₄⁺, PO₄^–, P để có thể điều chỉnh lưu lượng tuần hoàn thích hợp cho việc khử hết các chất dinh dưỡng.

Trên đây, là toàn bộ quá trình khử các hợp chất Nito, Photpho. Nhìn chung, quá trình khử các hợp chất này diễn ra trong các bể sinh học, với hàm lượng chất dinh dưỡng và cung cấp oxy đầy đủ. Quý khách hàng có thể bổ sung thêm chủng vi khuẩn Nitrosomonas và Nitrobacter, cho quá trình xử lý Niro diễn ra hiệu quả hơn, bằng cách bổ sung chế phẩm