Trong các hệ thống xử lý nước thải chứa Nitơ (như Tổng Nitơ, Nitơ Amonia, Nitơ Nitrat) tỷ lệ tuần hoàn Nitrat đóng một vai trò quan trọng nhất định đến hiệu quả xử lý đầu ra và vấn đề chi phí cho doanh nghiệp. Tỷ lệ tuần hoàn Nitrat được xác định như thế nào? Hãy cùng Biogency tìm hiểu qua bài viết dưới đây.
Vai trò của quá trình khử Nitrat trong xử lý nước thải chứa Nitơ
– Khử Nitrat giúp loại bỏ hoàn toàn Nitơ ra khỏi nước thải
Mục đích chính của quá trình khử Nitrat sinh học là loại bỏ hoàn toàn Nitơ ra khỏi nước thải. Trong quá trình xử lý này, Nitơ bay hơi vào khí quyển ở dạng phân tử N2.
Khử Nitrat (NO3-) là một cơ chế thiếu khí, cho phép một số lượng lớn vi khuẩn dị dưỡng như Bacillus lichenliformis, Pseudomonas citronellolis và Wolinella succinogenes có thể đáp ứng nhu cầu năng lượng của chúng từ Nitrat trong điều kiện thiếu oxy hòa tan (DO).
Nói một cách đơn giản, trong điều kiện thiếu oxy, để oxy hóa được các hợp chất hữu cơ thì các vi sinh vật cần phải sử dụng oxy có trong Nitrat để “thở”. Và để đảm bảo quá trình khử Nitrat tốt, cần giảm tối đa sự có mặt của oxy trong khu vực bể cần xử lý.
Hình 1. Bể Anoxic đóng vai trò quan trọng trong việc loại bỏ Nitơ ra khỏi nước thải.
– Khử Nitrat giúp thu hồi độ kiềm bị mất đi do quá trình Nitrat hóa
Vai trò khác của quá trình khử Nitrat là thu hồi độ kiềm (một phần của lượng kiềm bị mất trong giai đoạn Nitrat hóa). Quá trình khử Nitrat đảm bảo bù lại độ kiềm bằng một nửa lượng kiềm tiêu thụ cần thiết cho quá trình Nitrat hóa. Thông thường, 1 kg Nitơ Nitrat khử Nitrat tương đương với việc bổ sung 1,95 kg vôi sống CaO.
Vi khuẩn tham gia vào chu trình khử Nitrat cũng tham gia vào quá trình khử Cacbon (loại bỏ BOD, COD). Do đó, chúng cần một nguồn Carbon dồi dào để hoàn thành phản ứng khử Nitơ của chúng.
Tuần hoàn Nitrat và quá trình Ludzach – Ettinger
Quá trình Ludzach – Ettinger cải tiến sử dụng chất hữu cơ từ dòng vào bằng cách ghép hệ xử lý thiếu khí (Anoxic) phía trước hệ xử lý hiếu khí (Aerotank). Sự khác biệt giữa hai hệ thống xử lý là trong hệ cải tiến có đường hồi lưu nước thải trực tiếp từ bể hiếu khí về bể thiếu khí ngoài đường hồi lưu bùn từ bể lắng thứ cấp về bể thiếu khí.
Quá trình Ludzack – Ettinger (1972) tận dụng nguồn hữu cơ từ dòng thải để khử Nitrat trong bể thiếu khí. Nguồn Nitrat nằm trong dòng hồi lưu bùn được hòa trộn với dòng vào, khử thành khí Nitơ trong môi trường thiếu khí. Hiệu quả tách loại Nitrat trong toàn hệ không cao do lượng Nitrat quay vòng từ bể lắng thấp (lưu lượng của dòng hồi lưu năm trong khoảng 40 – 80% của dòng vào).
Để tăng thêm lượng Nitrat trong bể thiếu khí, Barnard (1974) đề xuất sử dụng thêm dòng hồi lưu từ bể hiếu khí (chứa cả Nitrat và sinh khối) đưa về bể thiếu khí (hình 2). Dòng hồi lưu từ bể hiếu khí về thiếu khí có lưu lượng 200 – 400% so với lưu lượng của dòng vào nhằm tăng nồng độ Nitrat trong bể xử lý thiếu khí.
Hình 2. Quá trình Ludzack Ettinger.
Nếu quá trình khử Nitrat trong môi trường thiếu khí xảy ra triệt để thì nồng độ Nitrat dư trong dòng ra phụ thuộc vào tỷ lệ dòng hồi lưu trên: Nồng độ Nitrat càng nhỏ khi tỷ lệ trên càng lớn.
Tỷ lệ tuần hoàn Nitrat đóng vai trò quan trọng trong quá trình khử Nitrat
Áp dụng quá trình Ludzach – Ettinger, trong hầu hết các nhà máy xử lý nước thải hiện nay, bể Anoxic thường được đặt trước bể hiếu khí và sử dụng bơm tuần hoàn ở cuối bể hiếu khí về đầu bể Anoxic để tận dụng nguồn Carbon đầu vào để khử Nitơ, giúp tiết kiệm chi phí. Và tỷ lệ tuần hoàn Nitrat được xác định cụ thể dựa trên hiện trạng của từng hệ thống nước thải.
Tỷ lệ tuần hoàn Nitrat được tính theo công thức:
Trong đó:
- IR: Tỷ lệ tuần hoàn nước.
- R: Tỷ lệ tuần hoàn bùn RAS.
- NOx: Lượng Nitrat sinh ra trong bể hiếu khí.
- Ne: Nồng độ Nitrat đầu ra mong muốn.
Nguồn: Metcalf and Eddy
Nếu tỷ lệ C/N không đảm bảo, người ta thường cho thêm Metanol hoặc giấm để bù đắp lượng Cacbon bị thiếu tại bể Anoxic (bể thiếu khí).
Xác định tỷ lệ tuần hoàn Nitrat dựa trên nồng độ Oxy hòa tan
Tốc độ khử Nitrat giảm khi nồng độ oxy trong bể thiếu khi đạt tới giá trị 0.2 mg/l.
Dòng hồi lưu trực tiếp từ bể hiếu khí về bể thiếu khí chứa oxy với hàm lượng cao (1.5 – 2.0 mg/l) nên nồng độ oxy trong bể thiếu khí càng cao khi tốc độ hồi lưu của dòng từ bể hiếu khí về thiếu khí càng lớn, vì vậy nên nồng độ oxy cần phải được hạn chế khi trở về bể thiếu khí. Vì hiệu quả khử Nitrat phụ vào nồng độ oxy hòa tan (chủ yếu do đóng góp của dòng hồi lưu) và BOD của dòng vào.
Tỷ lệ tuần hoàn Nitrat và nồng độ oxy có mối liên quan mật thiết:
- Nước thải có mức độ ô nhiễm thấp và nồng độ oxy cao trong dòng hồi lưu thì tỷ lệ tuần hoàn Nitrat không vượt quá 200%.
- Nước thải có mức độ ô nhiễm cao và nồng độ oxy thấp trong dòng hồi lưu thì tỷ lệ tuần hoàn Nitrat có thể tới 400%.
Thông thường, khi tỷ lệ dòng hồi lưu vượt 400% không tăng hiệu quả khử Nitrat vì thiếu cơ chất cho bước khử Nitrat, do nó làm tăng oxy hòa tan và pha loãng nồng độ cơ chất. Tách loại hợp chất Nitơ theo kỹ thuật Ludzach – Ettinger cải tiến áp dụng đối với nước thải sinh hoạt có thể đạt nồng độ Nitơ tổng 5 – 10 mg/l trong dòng ra.
Hình 3. Bộ đôi sản phẩm men vi sinh Microbe-Lift IND và Microbe-Lift N1 chuyên dùng cho quá trình xử lý chỉ Tổng Nitơ, Nitơ Amonia, Nitơ Nitrat trong nước thải sinh hoạt và công nghiệp.
—–
Trong các hệ thống xử lý nước thải chứa Nitơ (như Tổng Nitơ, Nitơ Amonia, Nitơ Nitrat) tỷ lệ tuần hoàn Nitrat đóng một vai trò quan trọng nhất định đến hiệu quả xử lý đầu ra và vấn đề chi phí cho doanh nghiệp. Nếu bạn có bất kỳ thắc mắc nào về tỷ lệ tuần hoàn Nitrat cũng như gặp vấn đề về xử lý Nitơ, Amonia cho hệ thống nước thải của mình, hãy liên hệ ngay đến Biogency theo HOTLINE 0909 538 514 để được hỗ trợ nhanh nhất!
>>> Xem thêm: Cách tính độ kiềm cần thiết cho quá trình Nitrat hóa
