Phương pháp xử lý nito – photpho trong nước thải

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).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(NH¬2)2) là 0,7g, còn lại là các loại nitơ khác.

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 NH4+, 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 H2¬S. 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.

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.

4. Xử lý nitơ trong nước thải bằng phương pháp sinh học

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.

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:

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 CO2(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.

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 –> NO3-

Các 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 O2/ 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.

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

Có nguồn cacbon hữu cơ

Nhiệt độ nước thải không thấp

4. Ngoài phương pháp sinh học còn phương pháp oxy hóa bậc cao ER-OZONE

Phương pháp oxy hóa bậc cao ER-OZONE do Công ty Môi Trường Sabotech sáng chế các model xử lý khối 10m3/ ngày đêm rất phù hợp với khách sạn/ nhà hàng/ khu chung cư/ nha khoa với diện tích lắp đặt gọn, dễ dàng tháo lắp sang một địa điểm khác nếu di dời

Oxy hóa – khử: Là sự chuyển giao electron (điện tử) giữa các đối tượng hóa học

– Oxy hóa khử đơn giản: như oxy hóa của cacbon tạo ra cacbon dioxit (CO2) hay sự khử cacbon bằng hydro sinh ra khí metal (CH4).

– Oxy hóa khử phức tạp: như oxy hóa glucoze (C6H12O6) trong cơ thể người thông qua một loạt quá trình phức tạp di chuyển các điện tử.

Thuật ngữ “Oxy hóa- khử”: sự khử và sự oxy hóa.

• Quá trình oxy hóa: là sự mất đi các điện tử hoặc sự tăng trạng thái oxy hóa gây ra bởi một phân tử, nguyên tử hoặc ion.
• Quá trình khử: là sự tăng thêm các điện tử hoặc sự giảm oxy hóa gây ra bởi một phân tử, nguyên tử hoặc ion.
• Chất oxy hóa: là chất oxy hóa các chất khác (làm cho chúng mất đi điện tử). Chất oxy hóa thường là chất hóa học có trạng thái oxy hóa cao (H2O2, MnO-4, CrO3, Cr2O2-7, OsO4NO-3, SO2-4) hay chứa các nguyên tố có độ âm điện cao (O2, F2, Cl2, Br2)
• Chất khử: là chất có khả năng khử các chất khác (làm cho chúng nhận các điện tử), chúng chuyển điện tử cho một chất khác do đó tự nó bị oxy hóa. Chất khử trong hóa học rất đa dạng. Những nguyên tố kim loại điện dương như: Li, Na, Mg, Fe, Zn, Al… là những tác nhân khử tốt. Các kim loại này cho đi điện tử một cách dễ dàng. Các chất chuyển hydrit như: NaBH4 và LiAlH4 được sử dụng rộng rãi trong hóa học hữu cơ, chủ yếu trong việc khử các hợp chất cacbonyt để tạo ra rượu.

Một phương pháp khử khác kết hợp việc sử dụng khí Hydro(H2) với những chất xúc tác paladi, Bạch kim hoặc Niken; việc khử dùng xúc tác đạt được sử dụng chủ yếu trong việc khử liên kết đôi hoặc 3 nguyên tử cabon.

Sau đây là những chức năng trong Máy xử lý nước thải “Oxy hóa bậc cao ER-OZONE”:

1/ Thiết bị tạo Ozone và Ion âm

2/ Điện hóa trao đổi ion – O3

3/ Sóng Siêu âm – O3

4/ Peroxon: H2O2 – O3

5/ Quang hóa xúc tác: UV-TiO2– H2O2 -O3

6/ Thiết bị tạo va đập từ trường, tạo chân không, tạo nano micro bubbles ozone (nano vi bọt khí ozone)

Các thiết bị trên được lắp đặt trong Máy ER-OZONE và được thiết lập cài đặt tự động hoạt động tạo ra nhiều phản ứng oxy hóa liên tiếp, với nhiều phản ứng cộng hưởng, nhiều phản ứng chuyển tiếp cho các phản ứng oxy hóa nâng cao tiếp theo để đẩy nhanh tốc độ xử lý;

Các phản ứng tạo ra nhiều gốc tự do hyroxyt (*OH) hoặc gián tiếp thông qua nhiều gốc (*OH) được tạo ra từ O3

Trong môi trường sóng siêu âm sẽ phá hủy các cấu trúc liên kết trong nước thải, tạo ra các vi bọt khí và tạo ra sự nhiệt phân, phản ứng bề mặt tiếp xúc 2 pha lỏng-khí để tạo ra nhiều gốc (*OH);

Trong môi trường điện hóa trao đổi ion và trong môi trường hiệu ứng Quang hóa UV-O3 với chất xúc tác và môi trường nano micro bubbles ozone phản ứng oxy hóa càng nhanh hơn.

Từ đó khoáng hóa hoàn toàn hữu cơ thành CO2, H2O và các ion vô cơ hoặc phân hủy sinh học thành các chất mới có khả năng phân hủy từng phần, chuyển các hữu cơ khó phân hủy sinh học thành các chất mới có khả năng phân hủy sinh học nhờ vào tác nhân gốc tự do hydroxyt (*OH) được sinh ra trong quá trình phản ứng.

Quá trình điện hóa ion xảy ra sự tương tác hóa học giữa ion trong pha lỏng và ion trong pha rắn;

Trao đổi ion là quá trình gồm các phản ứng hóa học đổi chỗ (phản ứng thế) giữa các ion trong pha lỏng và các ion trong pha rắn. Quá trình trao đổi ion với nano micro bubbles ozone sẽ khử muối, khử cứng, khử khoáng, khử nitrat, khử màu, khử kim loại và các ion kim loại khác có trong nước.

Ngoài ra các thiết bị trong máy ER-Ozone loại bỏ các chất gây mùi, mùi khó chịu các hợp chất chứa Clo, khử trùng mạnh mẽ tiêu diệt được những loại vi khuẩn hoặc các loại kém bền vững với Clo như: Giardia và Cryptosporidium; màu hữu cơ halogen, các hợp chất phenol.

Quý Khách mong muốn tìm hiểu công nghệ tích hợp trong Modul “oxy hóa bậc cao ER-OZONE” vui lòng liên hệ Mr. Nhã 0903000751 (Công ty Môi Trường Saobitech)

XEM THÊM >> Phân tích Nito – Photpho trong nước thải