Bài giảng Xử lý chất đặc biệt trong nước: Xử lý các chất nitơ trong nước - PGS.TS. Nguyễn Việt Anh

7 55 0
Bài giảng Xử lý chất đặc biệt trong nước: Xử lý các chất nitơ trong nước - PGS.TS. Nguyễn Việt Anh

Đang tải... (xem toàn văn)

Thông tin tài liệu

Bài giảng Xử lý chất đặc biệt trong nước: Xử lý các chất nitơ trong nước cung cấp cho người học các kiến thức: Dạng tồn tại của các hợp chất Nitơ, các phương pháp loại bỏ các hợp chất Nitơ trong nước. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.

xử lý chất đặc biệt nớc Dạng tồn hợp chất Nitơ Khí N2 Nitơ Amôn NH4+ Xử lý hợp chất Nitơ nớc Ammoniac NH3: NO3NO2- PGS TS Ngun ViƯt Anh Phã viƯn trởng, Viện Khoa học Kỹ thuật Môi trờng, Trờng đại học Xây dựng đạm (Protein) Nitơ nguyên chất 79% khí Sản phẩm phân huỷ hợp chất h/cơ chứa Nitơ Là nguồn dinh dỡng dễ hấp thụ trồng Khí (độc), tan nhiều nớc Tạo tõ NH4+ n−íc pH cao S¶n phÈm oxy hoá Tạo muối với kim loại Dạng trồng dễ hấp thụ Sản phẩm trung gian trình oxy hoá Nitơ Ammôni thành Nitrat Hydrocacbon CxHyOzNn Có phân tử lợng cao, thành phần quan trọng để xây dựng tế bào thể sống Các hợp chất Nitơ nớc ngầm Nitơ Humic (25 - 60%), Axit Amin (21 - 35%), Clorophyl (1 - 3%), Peptite, vv Chóng cã thĨ sản phẩm trỡnh hóa sinh học, xâm nhập vào nớc ngầm từ nớc thải hay số trỡnh địa hóa đặc biệt N-NH4+ nớc ngầm: Nớc thải sinh hoạt, trỡnh Amôn hóa - phân hủy HCHC: đạm, nớc tiểu, axit nucleic bëi vi sinh vËt, hay viƯc sư dơng phân bón nông nghiệp Quá trỡnh amon hóa (nhờ c¸c vi khuÈn amon, men, ): Protein Pepton Peptit Axit Amin Ammoniac (NH2)2CO + H2O NH3 + CO2 Các hợp chất Nitơ nớc: Phỏt trin vi sinh vật đường ống làm tăng nhanh trình ăn mòn đường ống Gây nên số bệnh nguy hiểm cho người sử dụng nước NO2- tác dụng với Amin hay Alkyl Cacbonat thể người, tạo thành hợp chất chứa Nitơ gây ung thư PGS TS Ngun ViƯt Anh, IESE Lọt vào thể, NO3- chuyển hóa thành NO2- nhờ vi khuẩn đường ruột Các NO2- tác động lên Hemoglobin (Hb), biến thành Methemoglobin (Met-Hb), khả vận chuyển oxy đến mô NO3- tạo chứng thiếu Vitamin kết hợp với Amin để tạo nên Nitrosamin gây ung thư người cao tuổi N Nước pha Sữa cho Trẻ em - men dày chưa phát triển - NO3- dễ biến thành NO2- chiếm lấy Hb - biến thành Met-Hb - Các mô thiếu oxy - Trẻ xanh xao Các phơng pháp loại bỏ hợp chất Nitơ n−íc QCVN 01:2009/BYT NO3- < 50 mg/l NO2- < mg/l NH4+ < mg/l (= QCVN 02:2009/BYT) Làm thống (sục khí) Clo hóa, Nitrat hóa + khử Nitrat phương pháp sinh hóa Trao đổi ion Điện hóa, Lọc màng: điện thẩm tách, điện thẩm tách đảo chiều, Chưng cất vv Am«ni NH4+ ë mét sè giÕng khoan khai thác nớc ngầm Hà nội: 10 - 20 mg/l cao 2.1 Làm thoáng ®Ĩ khư Amoni (air stripping) NH4+ ↔ NH3 + H+ điều kiện pH >7, cân chuyển dịch sang phải với pH >10, 85% Amoni chuyển dịch sang dạng khí làm thoáng pH = 10 - 11: c¸c ion Hydroxyt d− sÏ chuyển ion NH thành Hydroxit Amon NH4+ NH4OH + ↔ + ↔ NH4OH OH↑ NH3 + H2 O 10 2.2 Phơng pháp Clo hóa Lợng Cl2 d, mg/l NH3 dễ hoà tan nước: Hi = f(t) Hi (NH3) = 0,76 atm/mol 20oC CO2: 150 atm/mol; O2: 43000 atm/mol Cần lượng khơng khí lớn: G/L = 6000, E = 90% Vôi, NaOH + Tăng nhiệt độ Tăng E Ct A Ct B * - * CA 11 PGS TS Ngun ViƯt Anh, IESE CB Cl2 d− n−íc kh«ng cã NH3 Cl2 d nớc có NH3 Hàm lợng NH3 nớc Liều lợng Cl2 đa vào nớc, mg/l 12 2.3 Trao ®ỉi Ion (pH < 5) Cl2 + H2O ↔ (pH < 7) (pH > 8) HCl + HClO ↔ H+ + ClOBreak points NH3 + Cl2 HCl + NH2Cl HCl + NHCl2 NH3 + 2Cl2 NH2Cl + NHCl2 N2 + 3HCl NH2Cl + Cl2 N2 + 4HCl [Cl2] = 10 (10 25) [NH3] XL Amoni: läc qua vËt liƯu läc trao ®ỉi Kation nh− Zeolite tự nhiên - đất sét, Klinoptilolyte hay Sepiolite Z-Na + NH4+ Z-NH4+ + Na+ + hc Z-H + NH4 Z-NH4+ + H+ Hoàn nguyên: NaCl 0.6M H2SO4 (thu đợc (NH4)2SO4: ph©n bãn) (= - 15 mg/l) XL Nitrat, Nitrit: Sử dụng vật liệu trao đổi Anionit gốc Cl-, OH- hay SO42- Sử dụng, vận hành phức tạp; khó hoàn nguyên, v.v [Cl2] ? [Cl2] d? THMs? Mùi? 13 14 2.4 Phơng pháp sinh học Denitrification (1) Nitrification/Denitrification 10-60% Primary Nitrification settling tank BÞ hÊp thơ bëi tÕ bào trỡnh chuyển hoá Metabolism Tế bào hấp thụ để sinh trởng Chuyển từ Amoni sang dạng oxy hoá Chuyển từ dạng ôxy hoá sang Nitơ tự N2 Yêu cầu: Oxygen Carbon (hu cơ/vô cơ) Settling tank 40-80% 100% 30-40% 20% 15-20% Super-natant Sludge Incorporation: 15-20% Sludge thickening Digestor 16 16 15 a Nitrification Nitrosomonas, Nitrosospire, Nitrosococcus, Nitrosolobus NH4+ + O2 H+ + NO2 - + H2O + Q Nitrobacter, Nitrospina, Nitrococcus NO2- + O2 NO3- + Q TÕ bµo míi Vi khuẩn tự dưỡng hóa năng: dùng lượng sinh từ phản ứng Nitrat hóa để khử CO2 khơng khí tạo nên chất hữu ca c th chỳng Mô tế bào Tế bào NH4+ + 1,83 O2 + 1,98 HCO3 Độ kiềm giảm 17 PGS TS Ngun ViƯt Anh, IESE - 0,021C5H7NO2 + 1,041 H2O + 0,98 NO3 + 1,88 H2CO3 bæ sung KiÒm! 18 Bể lọc sinh học Vận tốc trình oxy hóa Amơni phụ thuộc vào tuổi thọ bùn (màng VSV), nhiệt độ, pH môi trường, nồng độ vi sinh vật, hàm lượng Amơni, oxy hòa tan, vật liệu lọc, tỷ lệ C/N Độ kiềm mg N-NH4 cần 4,6 mg O2, tạo 0,09 mg sinh khối DO > mg/l; DO = mg/l: E = 50% Các chất ức chế: Cu, Ag, Hg, Ni, Cr, Zn, , hợp chất Phenol, Xianua, Nitrit, 19 20 b Khư Nitrat ®iỊu kiƯn thiÕu khÝ (Anoxic) Nếu có oxy nớc, phải khử cách bổ sung thêm lợng Methanol: 3O2 + CH3OH CO2 + H2O Nguån Cacbon: Metan, Methanol, ®−êng, Etanol, dÊm : NO3- + 1.08 CH3OH + 0.24 H2CO3 0.056 C5H7NO2 + 0.47 N2+ 1.68 H2O + HCO3H« hÊp néi bµo: C5H7NO2 + 4.6NO3Aerobacter Alcaligenes Bacilus Brevibacterium Lactobacillus Chất nh−êng ®iƯn tư: Hydro (H) BOD/N: BOD/(NO2- + NO3-)-N = kg/kg KiÒm tăng 2.8N2 + 5CO2 + 4.6OH- + 1.2H2O Microcucous Ptoteus Pseudomonas Brevibacterium Spirillium Vi khn dÞ d−ìng 21 22 23 24 Nitrification – denitrification Denitrification Nitrification NH +4 + VK VK Nitrit O   → NO 2− + 2H + + 2H O + 276 ÷ 351 KJ VK NO +2 + O VK Nitrat  → NO 3− NH +4 + 2O  → NO 3− + 2H + + H O 4NO3- + CH3COONa → 4NO2- + 2CO2 + H2O + NaOH VK 2NO2- + CH3COONa → N2 + 2CO2 + H2O + NaOH VK 4NO3 + 3CH3COONa → 2N2 + 6CO2 + 3H2O + 3NaOH - PGS TS Ngun ViƯt Anh, IESE 10.0 45.0 9.0 40.0 8.0 35.0 7.0 30.0 6.0 25.0 5.0 20.0 4.0 15.0 3.0 10.0 2.0 5.0 1.0 0.0 0.0 pH, Alkalinity (mgeq/l) Temperature, (oC) Nitrification: Temp., pH, Alkalinity Graph 50.0 To in To out pH in pH out Date Ki in Ki out 25 26 Denitrification: Temp., pH, Alkalinity Graph 9.0 Nitrogen loading rate (NLR) vs Removal efficiency (E) pH, Alkalinity (mgeq/l) 8.0 Temperature, oC 25.0 7.0 20.0 6.0 5.0 15.0 4.0 10.0 100 Removal efficiency E, % 30.0 3.0 2.0 5.0 T in 1.0 95 E, % 90 T out 0.0 0.0 pH in Date 85 0.00 pH out 0.05 0.10 Ki in 0.15 0.20 NLR, g N-NO /(g VSS.d) Ki out 27 28 COD consumed vs N-NO removed Graph 180 25.0 15.0 100 80 10.0 60 40 Nitrification NaHCO3 = 50 mg/l 50.0 100.0 45.0 90.0 40.0 80.0 35.0 70.0 30.0 60.0 25.0 50.0 20.0 40.0 15.0 30.0 10.0 20.0 NH4+ in 5.0 10.0 NH4+ out 0.0 0.0 5.0 20 0.0 Date HRT = 0.5h NO3 (mg/l), E removal (%) 120 NH4+, NO 2- (mg/l) 20.0 140 N-NO in, out (mg/l) COD in, out (mg/l) 160 COD in COD out NO2- in N-NO3 in NO2- out NO3- in N-NO3 out Date NO3- out E removal, % 29 PGS TS Ngun ViƯt Anh, IESE 30 (2) Xư lý sinh ho¸, nhê c¸c vi khn khư Nitrat tù d−ìng Denitrification 100.0 90.0 2.50 80.0 70.0 2.00 60.0 1.50 50.0 40.0 1.00 30.0 20.0 0.50 10.0 NH4+in 04 30 /7 /2 04 27 /7 /2 16 /0 6/ 04 04 12 /5 /2 27 /0 4/ 04 Fe(0) + NO3- + H2O → Fe2+ + N2 + 12 OH- NH4+out NO2- in 0.0 14 /0 4/ 04 0.00 9/ 3/ 20 04 Methanogenic, Homoaceotogenic, vi khuÈn khö Sulfat, Sử dụng Hydro Cathode (từ trình oxy hoá s¾t): Fe(0) + H2O → H2 + Fe2+ + OHHydrogen: chất nhờng điện tử, tạo lợng cho tr×nh dinh d−ìng 2NO3- + H2 N2 + H2O + OH- NO3- in, out (mg/l), E rem (%) NH4+, NO2- in, out (mg/l) 3.00 NO2- out NO3- in Date NO3- out E removal, % 31 (4) Khö Nit¬ bĨ läc sinh häc nhá giät (3) Oxy hóa bậc cao, phản ứng Fenton Raw wastewater Activ sludge 32 Sedimentation Fe2+ or Fe3+ Fe2+ + H2O2 ES Runoff 33 34 (5) Công nghệ Anammox (Anaerobic Ammonia Oxidation) Cơ chÕ khư Nit¬ bĨ läc sinh häc nhá giät Delft Univ., Hà lan Viện Môi trờng Liên bang Thụy sÜ EAWAG Kumamoto Univ., NhËt b¶n Hannover Univ., Germany TT NC CN Cao, Qeensland, Australia (50-60% Q) (40-50% Q) 35 PGS TS Ngun ViƯt Anh, IESE NH4+ + O2 NH4+ + NO2- H+ + NO2 + H2O N2 + 2H2O Vi khuẩn kỵ khí nhóm Planktomyces Mơi trường thích hợp (pH, to, ) 36 C«ng nghƯ Anammox Nitrogen Cycle Giảm 25% nhu cầu oxy, 40% nhu cầu Carbon ! HNO3 NO Nitrification/Denitrification NH4+ Nitritation/ANAMMOX NH4+ O2 40% HNO2 N 2O gas 0.75 O2 60% aqueous N2 NH2OH N2H4 0.4 NH4+ NO3- 0.6 NO2- CH3OH 3.4 kgkg-1N 0.5 N2 OrgOrg-N no CH3OH 0.5 N2 37 Nitrification Denitrification Anammox NH3/NH4+ NH4+ NO 2Anammox: 2H2O NH4+ + 1.32NO2- + 0.066HCO3- + 0.13H + 0.066Biomass+2.03H2O N2 + 1.02N2 + 0.26NO3- + 2.5 Điện hóa ガスタンク Gas tank 処理水 effluent Ⓟ Hòa nước cần xử lý với nước muối hay nước biển cho qua ngăn điện phân với điện cực than Do khác tỷ trọng nước biển (muối) dung dịch, nước muối dồn chảy tới đáy Anod tạo kết tủa MgNH4PO4 + Mg(OH)2 Các bọt khí H2 xuất Katod lên, theo bọt tách Cl2 tạo thành Anod tận dụng để khử trùng nước xử lý Áp dụng để khử Nitơ nước thải công đoạn xử lý bậc 流入水 influent 40 C¸c phương pháp kh¸c Chưng cất Lọc màng: Điện thẩm tách, Điện thẩm tách đảo chiều, thẩm thấu ngược, Sử dụng thực vật nước (tảo, rong, ) hồ / kênh sinh học, Lọc nước qua đất, vv 41 PGS TS Ngun ViƯt Anh, IESE ... NO 2- (mg/l) 20.0 140 N-NO in, out (mg/l) COD in, out (mg/l) 160 COD in COD out NO 2- in N-NO3 in NO 2- out NO 3- in N-NO3 out Date NO 3- out E removal, % 29 PGS TS Ngun ViƯt Anh, IESE 30 (2) Xư lý. .. + OHHydrogen: chất nhờng điện tử, tạo lợng cho tr×nh dinh d−ìng 2NO 3- + H2 N2 + H2O + OH- NO 3- in, out (mg/l), E rem (%) NH4+, NO 2- in, out (mg/l) 3.00 NO 2- out NO 3- in Date NO 3- out E removal,... 0.26NO 3- + 2.5 Điện hóa ガスタンク Gas tank 処理水 effluent Ⓟ Hòa nước cần xử lý với nước muối hay nước biển cho qua ngăn điện phân với điện cực than Do khác tỷ trọng nước biển (muối) dung dịch, nước muối

Ngày đăng: 10/02/2020, 11:50

Từ khóa liên quan

Tài liệu cùng người dùng

Tài liệu liên quan