Cũng giống như quá trình nitrat hóa, với quá trình nitrat hóa đa bậc cũng sử dụng sự sinh trưởng lơ lửng và sinh trưởng bám dính. Vậy quá trình nitrat hóa đa bậc sẽ khác biệt như thế nào với quá trình nitrat hóa thông thường? Bài viết này hãy cùng Biogency trả lời câu hỏi này và tìm hiểu chi tiết hơn quá trình nitrat hóa đa bậc nhé!
Các nội dung chính
Mô tả về quá trình nitrat hóa đa bậc
Nitrat hóa đa bậc được thiết kế với nhiều bể phản ứng tạo được sự linh hoạt và đạt hiệu suất xử lý tối ưu do oxy hóa các hợp chất hữu cơ C và N tách biệt nhau. Hơn nữa, các hợp chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học có khả năng gây độc cho vi khuẩn nitrat sẽ được phân hủy trong giai đoạn oxy hóa các hợp chất hữu cơ gốc C.
Quy trình nitrat hóa đa bậc được minh họa cụ thể theo sơ đồ sau đây:
(Sơ đồ thiết kế quá trình oxy hóa gốc C và nitrat hóa đa bậc)
(1) Dẫn nước thải vào – (2) Song chắn rác – (3) Bể lắng cát; – (4) Bể lắng đợt I; – (5) Aeroten; – (6) Bể lắng đợt 2; – (7) Bể nitrat hóa; – (8) Bể lắng nitrat hoá; – (9) Bể tiếp xúc; – (10) Nguồn tiếp nhận.
Mức độ xử lý các gốc C hữu cơ trong giai đoạn oxy hóa gốc C hữu cơ sẽ quyết định việc lựa chọn và vận hành quá trình nitrat hóa. Việc sử dụng quá trình sinh trưởng bám dính thường được áp dụng cho các loại nước thải có hàm lượng nitơ thấp do không cần thiết phải sử dụng bể lắng sau đó.
Ngược lại, đối với quá trình sinh trưởng lơ lửng, nước thải có hàm lượng nitơ thấp sẽ gây mất cân bằng giữa lượng chất rắn mất đi trong bể lắng và lượng chất rắn tạo thành trong bể phản ứng. Sự mất cân bằng này sẽ dẫn đến sự gia tăng lượng BOD trong bể phản ứng nitrat để duy trì nguồn dự trữ chất rắn sinh học trong hệ thống.
Cũng giống như quá trình Nitrat hóa thông thường thì quá trình nitrat hóa đa bậc cũng sử dụng sinh trưởng lơ lửng và sự sinh trưởng bám dính:
* Sinh trưởng lơ lửng
Quá trình nitrat hóa đa bậc sinh trưởng lơ lửng gần như giống với thiết kế cho quá
trình bùn hoạt tính. Đối với nồng độ amoni thấp thì thiết kế bể phản ứng khuấy trộn
hoàn toàn hay dòng chảy nút được ưa chuộng.
Đối với quá trình nitrat hóa đa bậc, việc cần thiết đầu tiên là xác định tốc độ nitrat
hóa. Thực tế cho thấy, việc đo đạc tốc độ nitrat hóa bằng thực nghiệm thường chính
xác hơn tính toán lý thuyết do khó xác định được mật độ quần thể vi khuẩn nitrat.
Tốc độ nitrat hóa thường tăng theo nhiệt độ dẫn đến giảm tỷ số BOD5/TKN. Ngoài ta, tốc độ nitrat hóa cũng phụ thuộc bởi pH và độ lớn hiệu số từ pH thực tế của nước thải đến pH tối ưu của quá trình nitrat hóa. Tốc độ nitrat hóa thường dao động trong khoảng 0,05 đến 0,6g NH4+ -N/g MLVSS.ng.d, tùy theo bản chất và nhiệt độ của quá trình nitrat hóa. Do biên độ dao động của tốc độ nitrat hóa quá lớn nên để áp dụng được cụ thể vào thực tế, thường phải vận hành trước với quy mô pilot.
* Sinh trưởng bám dính
Hai quá trình nitrat hóa đa bậc sinh trưởng bám dính thường được sử dụng cũng là lọc sinh học nhỏ giọt và lọc sinh học quay tiếp xúc (RBC). Bể phản ứng có vật liệu đệm cố định cũng được sử dụng trong một vài trường hợp. Bể phản ứng vật liệu đệm cố định cũng tương tự như lọc cát dòng chảy ngược nhưng được cấp khí hay dòng oxy tinh khiết từ đáy bể để duy trì quá trình nitrat hóa.
Lọc sinh học nhỏ giọt để tạo quá trình nitrat hóa có thể được sử dụng theo sau quá trình sinh trưởng lơ lửng oxy hóa các hợp chất hữu cơ gốc C. Một kỹ thuật khác cũng khá phổ biến là kết hợp hai quá trình lọc sinh học nhỏ giọt trong đó bậc đầu tiên là oxi hóa các hợp chất hữu cơ gốc C và bậc thứ hai dùng cho quá trình nitrat hóa. Vật liệu đệm bằng plastic thường được ưa chuộng trong các tháp lọc do diện tích bề mặt lớn. Ngoài ra, tháp lọc cần được thiết kế có thông khí cưỡng bức cần dùng trong một vài tình huống.
Hiện các nghiên cứu cho quá trình nitrat hóa đa bậc sử dụng lọc sinh học nhỏ giọt còn khiêm tốn so với các phương pháp khác. Sơ đồ dưới đây sẽ minh họa cho quá trình xử lý nước thải bằng bể lọc sinh học nhỏ giọt.
(Ảnh hưởng của tải trọng thủy lực lên tốc độ chuyển hóa amoni trong bể lọc sinh học nhỏ giọt)
(1) Nhiệt độ của nước thải về mùa hè (25-27°C); – (2) Nhiệt độ của nước thải về mùa lạnh (18-20°C).
Theo hình trên cho thấy hiệu suất của quá trình nitrat hóa tỷ lệ nghịch với tải trọng bề mặt và tỷ lệ thuận với nhiệt độ của nước thải. Ở tải trọng bề mặt dưới 0,5 gal/ft2.min thường quá trình nitrat hóa diễn ra khá tốt trong mọi điều kiện thời tiết. Giản đồ tham khảo cho thiết kế được minh họa tại hình ảnh dưới đây:
(Biểu đồ thiết kế cho quá trình nitrat hóa đa bậc của bể lọc nhỏ giọt)
Khi sử dụng trong quá trình nitrat hóa sinh học, lọc sinh học tiếp xúc quay thường dựa trên nồng độ amoni đầu vào hơn là nồng độ TKN.
Điều kiện hoạt động của quá trình nitrat hóa đa bậc
Với giả thiết rằng quá trình hoạt động sẽ được cung cấp đủ khí, quá trình nitrat hóa sẽ hoạt động tốt ở điều kiện nhiệt độ ấm trong quá trình bùn hoạt tính thông thường. Nếu muốn tiến hành quá trình nitrat hóa trong quá trình bùn hoạt tính đơn bậc thì cần phải điều chỉnh các thông số vận hành như sau để ổn định các thành phần hữu cơ:
+ Cần phải bổ sung thêm oxy cho quá trình nitrat hóa.
+ Cần kéo dài thời gian lưu bùn do chủng vi khuẩn nitrat hóa chủ yếu là vi khuẩn tự dưỡng nghiêm ngặt. Chủng vi khuẩn này thường có tốc độ sinh trưởng chậm hơn chủng vi khuẩn dị dưỡng có chức năng phân hủy các hợp chất hữu cơ.
+ Do quá trình chuyển hóa của vi khuẩn sẽ làm giảm pH nên cần thường xuyên sung vôi, bột soda hay các hóa chất tính kiềm.
Khi áp dụng lọc sinh học tiếp xúc quay cho quá trình nitrat hóa, cần duy trì pH
trong khoảng 7,2 đến 8,6 cũng như nồng độ ôxy trên 2 mg/l.
So sánh các quá trình Nitrat hóa
Các thuận lợi và khó khăn giữa các quá trình nitrat hóa được thể hiện trong biểu đồ 1. Việc chọn lựa quá trình xử lý cần căn cứ vào các yếu tố sau: (1) quá trình nitrat hóa vận hành ở bể phản ứng tách biệt hay kết hợp chung với quá trình khác, (2) việc đáp ứng các tiêu chuẩn về khí hậu, thời tiết tại địa phương, (3) biên độ dao động nhiệt độ khi vận hành, (4) nồng độ amoni đầu ra mong muốn, (5) tiêu chuẩn đầu ra của các chỉ tiêu khác và (6) chi phí.
Bảng so sánh các quá trình nitrat hóa:
| Hệ thống | Thuận lợi | Khó khăn |
| Kết hợp oxy hóa hợp chất cacbon và nitrat hóa: | ||
| Sinh trưởng lơ lửng | Độ ổn định không phụ thuộc vào tuần hoàn sinh khối từ bể lắng thứ cấp do sinh vật bám dính vào giá thế | + Không chịu được chất gây độc
+ Sự ổn định phụ thuộc vào tuần hoàn sinh khối từ bể lắng thứ cấp + Đòi hỏi kích thước bể lớn trong điều kiện khí hậu lạnh |
| Sinh trưởng bám dính | Độ ổn định không phụ thuộc vào tuần hoàn sinh khối từ bể lắng thứ cấp do vi sinh vật đã bám dính vào giá thể | + Không chịu được chất gây độc
+ Nồng độ amoni đầu ra từ 1-3 mg/l (trừ RBC) + Không vận hành được trong điều kiện khí hậu lạnh |
| Nitrat hóa tách biệt (nitrat hóa đa bậc) | ||
| Sinh trưởng lơ lửng | Chịu được các yếu tố gây độc
Vận hành ổn định Nồng độ amoni đầu ra thấp |
+ Bùn cần được kiểm soát cẩn thận do tỷ số BOD5/TKN thấp.
+ Sự ổn định phụ thuộc vào tuần hoàn sinh khối từ bể lắng thứ cấp + Đòi hỏi nhiều công trình hơn hệ thống thích hợp |
| Sinh trưởng bám dính | Chịu được các chất gây độc
Vận hành ổn định Độ ổn định không phụ thuộc vào tuần hoàn sinh khối từ bể lắng thứ cấp do vi sinh vật đã bám dính vào giá thể. |
Nồng độ amoni đầu ra thường khoảng 1-3 mg/l
Đòi hỏi nhiều công trình đơn vị hơn hệ thống kết hợp |
__________________________
Mong rằng với những chia sẻ trên, có thể giúp bạn hiểu rõ hơn về quá trình nitrat hóa đa bậc và có thể phân biệt được điểm khác nhau với quá trình nitrat thông thường. Ngoài ra, Để được tư vấn chi tiết hơn về các phương pháp xử lý nước thải bằng công nghệ sinh học, xin hãy liên hệ ngay với Biogency theo Hotline: 0909 538 514
Chịu trách nhiệm nội dung
Phó Giám Đốc - Đồng Thị Tú Anh
