Xử lý Nito và Photpho trong nước thải

1. 20-Apr-18
1
Bài giảng
Xử lý nước thải công nghiệp
Nguyễn Minh Kỳ
Phân hiệu Trường Đại học Nông Lâm TP. HCM tại Gia Lai
1
TP. Pleiku, 4 - 2018
Week 10
Xử lý Nito và Photpho trong
nước thải
Nitơ, phốt-pho/phốt pho
Nitrogen, phosphor/phospho/phosphorus
2
Nội dung môn học
3
TT Nội dung
Số tiết
Tổng
Lý
thuyết
Bài tập,
thảo
luận
Kiểm
tra
1 Chương 1: Các vấn đề cơ bản
2
Chương 2: Xử lý nước thải bằng
phương pháp vật lý/cơ học
3
Chương 3: Xử lý nước thải bằng
phương pháp hóa học và hóa lý
4
Chương 4: Xử lý nước thải bằng
phương pháp sinh học
5 Chương 5: Xử lý N và P
6 Chương 6: Xử lý bùn
7
Chương 7: Hướng dẫn XLNT
một số ngành nghề công nghiệp
Tổng cộng
CHƯƠNG 5
XỬ LÝ NITƠ VÀ PHỐTPHO
5.1. Khử Nito
5.2. Quá trình loại bỏ Photpho
4
Nitrogen and Phosphorus
• Natural components of human and other waste.
• Not completely removed in a typical onsite
treatment system
• Can enter surface waters and underground water
supplies
• Threat to public health and the environment,
especially from failing systems
5
Nutrients - Phosphorus
• Limiting nutrient in fresh water
• Excess phosphorus from failing onsite systems can
cause rampant growth of weeds in lakes and
streams
• Some nations banned phosphates from laundry
detergent, but not from automatic dishwasher
detergent
• Travels comparatively slowly through soil and water
6

2. 20-Apr-18
2
Nutrient pollution
• Pollution = the release of matter or energy
into the environment that causes undesirable
impacts on the health and well-being of
humans or other organisms
• Nutrient pollution from fertilizers, farms,
sewage, lawns, golf courses
– Leads to eutrophication
• Solutions
• Phosphate-free detergents
• Planting vegetation to increase nutrient uptake
• Treat wastewater
• Reduce fertilizer application
7
Nitrogen Cycle
8
Accelerated results with human input of nutrients to a lake
Eutrophication
© Brooks/Cole Publishing Company / ITP Water Resources and Water Pollution by Paul Rich
9
Eutrophication is a natural process, but…
• Human activities dramatically increase the rate at
which it occurs
10
Advanced Treatment
• Nitrogen removal
– Ammonia (NH3) → nitrite (NO2
-)→ nitrate (NO3
-)
• Phosphorous removal
– Precipitation with iron or aluminums salt
• Lead to eutrophication
• May cause algae bloom
11
5.1. Khử nito
a. Khái quát
• Nito tồn tại trong nước thải có thể ở dạng vô cơ
hoặc hữu cơ và ở dạng hòa tan hoặc lơ lửng.
• Nó có thể được loại bỏ bởi phương pháp hóa lý
hoặc sinh học.
• Đối với nước thải thực phẩm thì bùn hoạt tính là
giải pháp phổ biến xử lý nito.
• Nito tồn tại trong nước thải thực phẩm dưới dạng
nitrate, nitrite, amoni, amin  công nghệ khử
nito sinh học là giải pháp phổ biến và hiệu quả
kinh tế.
12

3. 20-Apr-18
3
Nitrogen
• Nitrate is a contaminant in drinking water: it can
interfere with the ability of blood to carry oxygen
• Primary Drinking Water Standard of 10 mg/L
• Discharges of nitrate from onsite systems often
exceed concentrations of 10 mg/L.
• Nitrate travels easily in water and in soils with a
coarse texture.
13
Nitrogen removal
 Nitrification (Nitrosomonas and Nitrobacter)
NH3 + O2  NO2
-  NO3
-
 Denitrification
NO3
- + organics  CO2 + N2
 Process adaptations
Anoxic Aerobic
Air
14
15 Sequential – tuần tự 16
17
• Công nghệ khử nito sinh học trải qua giai
đoạn:
– nitrate hóa (oxi hóa amoni thành nitrate dưới điều
kiện hiếu khí)
– khử nitrate (giảm nitrate bằng cách chuyển sang
N2 dưới điều kiện thiếu khí).
18

4. 20-Apr-18
4
• Để oxi hóa 1 kg N-NH3 cần 4,8 kg oxi và quá trình
oxi hóa amoni giảm tính kiềm của nước.
• Vi khuẩn nitrate hóa rất nhạy với nhiệt độ và pH
do đó cần kiểm soát cẩn thận.
• Thông thường để hiệu quả xử lý được hiệu quả,
quá trình khử nito là giai đoạn sau quá trình bùn
hoạt tính.
• Quá trình khử nito là gồm sự kết hợp của hiếu khí
và thiếu khí. Quá trình này yêu cầu BOD gấp 3-5
lần nito.
19 20
b. Air stripping
• Air stripping là quá
trình loại NH4+ bằng
cách thêm đá vôi
(lime, CaCO3) để
tăng pH và chuyển
thành khí NH3.
21
Ammonia Removal by Air Stripping Tower
Ammonia Removal by Air Stripping Tower
• The important factors affecting the removal
efficiency are pH, liquid temperature and the
air/liquid flow rate ratio (A/W ratio).
• Thông thường: NH4
+  NH3 + H+
• Nâng pH>11: NH4
+ + OH-  NH3 + H20
22
c. Nitrate hóa và khử nitrate
– Amoni (NH4+) bị oxyhoa thành NO2- bởi vi
khuẩn trong điều kiện hiếu khí. Sau đó NO2-
được chuyển thành N2 trong điều kiện môi
trường thiếu khí.
23 24

5. 20-Apr-18
5
25 26
d. ANAMOX
(ANaerobic AMmonium OXididation)
• ANAMMOX  quá trình oxi hóa sinh học kỵ khí
NH4+ thành N2 trong điều kiện có mặt nitrite NO2-.
NH4
+ + NO2
-  N2 + 2H2O
NH4
+ + 1.32 NO2
- + 0.066CO2 + 0.13H+  1.02 N2 +
0.26NO3
- + 0.066CH2O0.5N0.15
27 28
29 30

6. 20-Apr-18
6
31 32
33
e. Một số quá trình khử Nito khác
• Quá trình 01 pha
• Quá trình 02 pha
34
Possible ways of N removal
• Alternating aerobic and anoxic conditions
• SND (simultaneous nitrification and denitrification)
• SND via nitrite SBR (COD to PHB, preserving reducing power)
• Two biomass systems (PND) -The Parallel Nitrification
Denitrification (PND) technology developed at Murdoch
University
• Anammox
– E-donor NH3
– E-acceptor NO2-
– Product N2
– NO2- can come from CANON (not examinable)
PHB – Polyhydroxybutyrate, is synthesized by the microorganisms 35
Reactors for removal of P and N
36

7. 20-Apr-18
7
Circular BCFS reactor
38 39
5. 2. Loại phospho
• Hầu hết P tồn tại dưới dạng phosphate (PO4
3-), non-
phosphate do nhân tạo (thuốc trừ sâu, khí độc)
• 1 mg phosphate-P = 95/31 = 3.06 mg phosphate
• Các kiểu phosphate: ortho, ngưng tụ (poly và cyclic),
hữu cơ (nucleotides, phospholipids, sugar
phosphates).
40
Processes for Phosphorous Removal
Process for biological phosphorous removal
• Three biological phosphorous removal (BPR) configuration are
commonly used:
– Phoredox (AO): represent any process with an
anaerobic/aerobic sequence to promote BPR. Nitrification does
not take occur.
– A2O: process sequence, anaerobic/anoxic/aerobic. Nitrification
takes place.
– UCT (University of Cape Town): used for weak wastewater where
the addition of nitrate would have significant effect on the BPR
performance.
• The PhoStrip process: combines biological and chemical processes
for phosphorous removal.
41
42 43

8. 20-Apr-18
8
Phosphate removal
 BNR plants
 Discarding phosphate anaerobically
 Luxury aerobic uptake of P in aerobic stage
 Process adaptations for N and P removal
Anaerobic Anoxic Aerobic
Air
Wastewater
44 45
NORWEGIAN
UNIVERSITY
OF
LIFE
SCIENCES
45
Phosphorus is the major agent triggering
eutrophication (algeal blooms) in freshwaters
Phosphorus movement to groundwater
46 47
48 49

9. 20-Apr-18
9
Chemical Removal
M+3 +
( M+3 = Metal in Solution )
Metals used are:
Aluminum, Al
Iron, Fe
PRECIPITATION
PO4
-3 MPO4
50 51
P có trong nước thải do (thêm vào):
+ Kiểm soát ăn mòn trong nước uống (sodium
hexametaphosphate: (NaPO3)6)
+ làm mềm nước công nghiệp
+ nồi hơi
+ chất làm sạch, tẩy rửa
+ nước cống (chất thải thực phẩm và sinh hoạt con
người)
52
• P được sử dụng trong công nghiệp thực phẩm
mặc dù lượng nhỏ. Nó được lưu giữ trong
nước thải dưới dạng phosphate PO4
3-.
• Lượng P đầu ra quá trình bùn hoạt tính phụ
thuộc tỷ lệ BOD:P, DO trong bể và bùn dư
trong hệ.
• P thường được xử lý bởi quá trình bùn hoạt
tính, keo tụ/hóa lý.
53
a. Loại P bằng quá trình bùn hoạt tính hiếu khí
kết hợp kỵ khí
• Điều kiện hiếu khí, bùn hoạt tính hấp phụ P vào tế
bào dưới dạng cấu trúc axit polyphosphoric.
– Phosphate Accumulating Organisms (PAO)
• Với điều kiện kỵ khí, bùn hoạt tính bắt vật liệu
hữu cơ và giải phóng P (Ortho-P) (để chuẩn bị
tổng hợp tế bào mới trong đ/k hiếu khí).
• Bùn hoạt tính chiếm 1-1,6% P trong các tế bào.
• Quá trình AO xử lý P sinh học: đạt 90%
54
• Anaerobic Conditions
– Ortho-P is Released Into Solution
• Aerobic Conditions
– PO4 Used in Cell Production
55

10. 20-Apr-18
10
Biological P Removal
Phosphorus Accumulating Bacteria (PAO)
Anaerobic
Fermentation
Acetate Production
Selection of Acinetobacter/PAO
P Released to Produce Energy
Aerobic
Stored Food Consumed
Excess P Taken Up
Sludge Wasted
56
b. Một số phương pháp khác
Phương pháp loại P: kết tủa hóa học (vôi -
Ca(OH)2, alum - Al2(SO4)3 phổ biến nhất, FeCl3,
sinh học (đồng hóa, bậc cao)
57
58 59
+ Quá trình keo tụ
Sử dụng Al2(SO4)3 và FeCl3 kết hợp trong quá trình
bùn hoạt tính để loại bỏ P.
• P được loại do tạo bông keo tụ với muối kim loại
thêm vào.
• Polyme tích được được sử dụng sẽ tăng hiệu quả
loại P.
• pH tối ưu cho quá trình keo tụ o 6~7 for
aluminium sulfate, 4.5~5.0 for iron chloride, and
around 8 for iron sulfate và cần thiết phải kiểm
soát.
60
+ Quá trình phostripping
• Được phát triển những năm 1960.
• P hòa tan và hấp phụ lên bùn trong điều kiện
hiếu khí. Sau đó tạo bông nổi lên mặt nước.
62

11. 20-Apr-18
11
63
Một số lưu ý
• N, P là nguyên tố dinh dưỡng quan trọng
• Nguyên nhân gây suy thoái chất lượng môi
trường
64
Thi thử (Middle Test)
• Đúng sai
• Chọn đáp án đúng nhất
• Điền vào chỗ trống
• Tự luận ngắn
• Chọn và nối các ý thích hợp với nhau
65
Câu 1. Cho các giai đoạn của quá trình xử lý nước thải
bằng phương pháp sinh học hiếu khí. Chọn và nối các cặp
từ thích hợp?
A. Oxy hóa chất hữu cơ
1. C5H7NO2 + O2  CO2, H2O,
NH3
+, -E
B. Oxy hóa tế bào vi
khuẩn
2. CxHyOz + O2  CO2, H2O, E
C. Tổng hợp tế bào
3. CxHyOz + NH3 + O2 
C5H7NO2, CO2, H2O, -E
66
Câu 2. Nhu cầu dinh dưỡng quá trình xử lý sinh
học bùn hoạt tính?
• C-BOD:N:P=?
67
Câu 3. Chọn Đúng hoặc Sai cho các ý kiến nhận định về nguyên
tắc, mục đích trong kỹ thuật xử lý nước thải dưới đây:
Ý kiến nhận định Đáp án
A
Mục đích song chắn rác nhằm loại chất thải có kích thước lớn trôi
lơ lửng, tránh tắc nghẽn bơm, đường ống, kênh dẫn. Qua đó, bảo
đảm an toàn và điều kiện làm việc của toàn hệ thống.
B
Chức năng bể lắng nhằm loại SS là chủ yếu. Cụ thể, tách cặn sơ
cấp và bùn thứ cấp (chủ yếu thành phần hữu cơ) ra khỏi dòng
nước thải để tiếp tục xử lý dòng nước thải.
68

12. 20-Apr-18
12
Câu 4. Các thuật ngữ xử lý nước thải dưới đây có nghĩa
Tiếng Việt là gì?
• Screening:................................................................................
...............................................
• Primary Settling Tanks:
..................................................................
.....................................
• Coagulation – Flocculation:
...........................................................................................
......
• Secondary Settling Tank:
...........................................................................................
..........
• Activated Sludge Process:
.............................................................
69
Câu 5. Hãy cho biết phương pháp xử lý các chất ô
nhiễm trong nước thải dưới đây?
TT Chất ô nhiễm Phương pháp xử lý
1 Chất hữu cơ dễ phân hủy BOD
2 Chất hữu cơ khó phân hủy
3 SS
70
Đáp án
71
Max: 15 điểm