Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
Động học quá trình nitrat hóa

Động học quá trình nitrat hóa

Tải bản đầy đủ - 0trang

quyết định tốc độ phản ứng oxy hóa đối với một hệ xử lý hoạt động bình thường.

Vì lý do đó, trong khi tính tốn theo mơ hình động học người ta chỉ sử dụng các

thông số liên quan đến loại vi sinh Nitrosomonas đặc trưng cho quá trình oxy hóa

amoni.

Động học của sự phát triển hay suy giảm của vi sinh vật có thể được mơ tả

bằng nhiều mơ hình khác nhau, nhưng phổ biến nhất là phương trình Monod.

Tốc độ phát triển của vi sinh vật tự dưỡng tuân theo qui luật động học

Monod đối với từng yếu tố ảnh hưởng hay đối với từng loại cơ chất cần thiết cho vi

sinh vật.

Tốc độ phát triển của vi sinh vật tự dưỡng không những phụ thuộc vào nhu

cầu đối với thức ăn hay cơ chất (N,O) mà còn phụ thuộc vào các yếu tố vận hành

khác như nhiệt độ, pH và các yếu tố ức chế khác trong quá trình xử lý. Tuy nhiên,

khi nghiên cứu về xử lý nước ngầm, các yếu tố môi trường thường khá ổn định,

trong khoảng phù hợp với sự sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật, phương trình

động học khơng xét đến ảnh hưởng của các yếu tố đó.

Hai yếu tố (cơ chất) có ảnh hưởng quan trọng đến tốc độ sinh trưởng của vi

sinh tự dưỡng là nồng độ amoni và oxy hòa tan, chúng tác động lên tốc độ sinh

trưởng của vi sinh theo dạng quy luật hàm Monod [55]:





   .

m



Trong đó:



SN



SN





K









.

N 



K



DO

DO 



(1-13)

DO









, m: Hằng số phát triển riêng và cực đại của vi sinh tự dưỡng.

SN : Nồng độ amoni,

DO : Nồng độ oxy hòa tan,

KN, KDO: Chỉ số bán bão hòa của amoni và của oxy.

Trong phương trình (1-13) chứa ba thơng số động học: m, KN và KDO. Giá

trị của cả KN và KDO thu được từ thực nghiệm biến động trong khoảng rộng: KDO

nằm trong khoảng 0,15 – 2,0 mg O2/l, KN từ 0,256 – 1,84 mg NH  N /l [25].

4

Đại lượng thời gian lưu tế bào của vi sinh liên quan trực tiếp với hoạt tính vi

sinh (μ hay μ’), hai đại lượng trên tỷ lệ nghịch với nhau. Hai đại lượng quan hệ với

nhau:



c 



(1-14)



1

1

,



  kp 



Trong đó, kp là hệ số phân hủy nội sinh, do có giá trị thấp hơn nhiều so với μ

nên có thể bỏ qua (μ’ = μ – kp)

Tốc độ oxy hóa amoni (tiêu thụ cơ chất) (k) liên hệ với hệ số phát triển riêng

của vi sinh:



k



1

Y



(1-15)



.



Hệ số tiêu thụ cơ chất (k) được định nghĩa là lượng amoni được oxy hóa

trong một ngày trên một đơn vị sinh khối (gN-NH4+/g.d).

Cũng tương tự như vi sinh vật dị dưỡng, hoạt tính của vi sinh vật tự dưỡng

được thể hiện qua thời gian lưu tế bào, thời gian lưu tế bào cần đạt một giá trị tối

thiểu nào đó (lớn hơn so với loại dị dưỡng) thì hệ xử lý mới phát huy tác dụng. Để

tính thời gian lưu tế bào tối thiểu cho vi sinh vật tự dưỡng sử dụng công thức:



1

 Y.k 

c, t

kp



(1-16)





kp



 – kp là hệ số tốc độ phát triển riêng thực của vi sinh tự dưỡng, kp là hằng

số phân hủy nội sinh. Trong thực tế khi thiết kế hệ xử lý, thời gian lưu tế bào được

chọn ít nhất gấp đơi giá trị c,t, thơng qua giá trị hệ số an tồn F [21,53,54]:



θc =θc,t .F



(1-17)



Giá trị F đối với trường hợp xử lý với tải lượng cao được chọn trong khoảng

từ 2 đến 10 [54]

Thời gian lưu tế bào có mối quan hệ với mật độ sinh khối (X) và hiệu suất

sinh khối thực (đã trừ đi phần phân hủy nội sinh, Y’) và thời gian lưu thủy lực (θ)

khi sử dụng kỹ thuật xử lý huyền phù:





c



(1-18)



X .

Y



'



Thể tích của bể xử lý tính từ thời gian lưu thủy lực (  

 .Y'.Q



V

Q



):

V



c



X



(1-19)



Quá trình khử nitrat

Quá trình xử lý nitrat bằng phương pháp sinh học xảy ra nhờ sự hoạt động

của các vi khuẩn tự dưỡng (Autotrophic Bacteria) hoặc vi khuẩn dị dưỡng

(Heterotrophic bacteria). Quá trình làm sạch nitrat bằng các vi khuẩn tự dưỡng tuỳ

theo chất cho thêm vào nước là hydro H 2 hay lưu huỳnh S sẽ xảy ra theo các

phương trình phản ứng sau:

2NO3- + 5H2 4H2O + N2 + 2OH-



(1-20)



5S + 6NO3- + 2H2O  3N2 + 5SO42- + 4H+



(1-21)



Các vi khuẩn nhận năng lượng cho hoạt động phát triển của các tế bào từ

nguồn dinh dưỡng lấy từ các hợp chất chứa cacbon.

Trong trường hợp chất dinh dưỡng là rượu ethanol (C2H5OH), phản ứng sinh

học khử nitrat xảy ra theo phương trình sau:

12 NO3- + 5 C2H5OH  6 N2 + 10 CO2 + 9 H2O + 12 OH-



(1-22)



Trong trường hợp dinh dưỡng dùng axit axetic (CH3 COOH), phản ứng sinh

học khử nitrat xảy ra theo phương trình:

8 NO3- + 5 CH3 COOH  4 N2 + 10 CO2 + 6 H2O + 8 OH-



(1-23)



Trong trường hợp dinh dưỡng là chất hữu cơ (C18H19O9N), phản ứng sinh

học khử nitrat xảy ra theo phương trình:

1

1

1

1

C H O N  NO  H   N







17







1



HCO 



1



1

NH  H 0



CO

70



18 19 9



5



3



5



10



2



70



2



70



3



70



4



5

(1-24)



2



Ảnh hưởng của cơ chất

Cơ chất cho quá trình khử nitrat là các chất khử, chất có khả năng nhường

điện tử cho nitrat (chất oxy hóa), bao gồm chất hữu cơ và chất vô cơ (hydro, lưu





huỳnh, sunfua, Fe2 ).

Trong hệ khử nitrat, mức độ tiêu hao chất khử phụ thuộc vào sự có mặt và

nồng độ của các chất nhận điện tử (chất oxy hóa) trong hệ: oxy hòa tan, nitrat, nitrit

và sunfat. Trong các hợp chất trên thì oxy hòa tan có khả năng phản ứng tốt nhất

với các chất khử vì trong hệ luôn tồn tại cả loại vi sinh vật dị dưỡng hiếu khí hoặc

phần lớn loại vi sinh Denitrifier có khả năng thay đổi quá trình trao đổi chất từ

phương thức sử dụng oxy sang nitrat [25]. Vi sinh vật chỉ sử dụng đến nitrat và

nitrit khi môi trường đã cạn kiệt nguồn oxy hòa tan. Mức độ cạnh tranh về phương



diện sử dụng chất cho điện tử để khử nitrat và nitrit là ngang nhau. Oxy hóa với

sunfat khó hơn nên phản ứng giữa sunfat với chất hữu cơ chỉ xảy ra khi oxy tan,

nitrit, nitrat đã bị tiêu thụ hết.

Các chất hữu cơ mà vi sinh Denitrifier có thể sử dụng khá đa dạng: từ nguồn

nước thô, các hợp chất hóa học xác định được đưa từ ngồi vào hoặc các chất hữu

cơ hình thành từ phân hủy nội sinh. Một số chất và nguồn hữu cơ có thể sử dụng là:

axeton, axit axetic, etanol, metanol, đường glucose, gỉ đường, metan, siro hoa quả,

nước thải giàu thành phần COD. Khi khơng có nguồn hữu cơ rẻ tiền từ nước thơ

hoặc từ các phế phẩm thì metanol và axit axetic là loại được ưa dùng. Để khử nitrat

cho nước sinh hoạt có thể dùng ethanol và khí hydro [25].

Trong q trình khử nitrat, cả nitrat và chất hữu cơ đều bị tiêu thụ. Mức độ





tiêu thụ chất hữu cơ được thể hiện qua tỷ lệ N/C: NO 3  N /COD hoặc theo





NO3  N / BOD. Tính tốn nhu cầu chất hữu cơ cho quá trình khử nitrat chỉ có tính



chặt chẽ ở mức độ nào đó đối với kỹ thuật khử nitrat riêng biệt, vì ít nhất một lượng

chất hữu cơ có nguồn gốc từ phân hủy nội sinh tham gia phản ứng. Khi sử dụng

nguồn carbon từ nước thải (kỹ thuật xử lý cùng hệ bùn) thì việc xác định nhu cầu

carbon sẽ phức tạp hơn [50,51,52].

Trong một hệ thống khử nitrat, chất hữu cơ bị tiêu hao vào các q trình:

chuyển hóa nitrat, nitrit thành khí N2, xây dựng tế bào vi sinh và oxy hóa với oxy

hòa tan. Cung cấp vừa đủ lượng chất hữu cơ cho các q trình trên chỉ có thể tính

tốn gần đúng vì vậy cần được theo dõi và điều chỉnh khi vận hành hệ thống xử lý.

Phương pháp tính tốn nhu cầu chất hữu cơ được trình bày chi tiết trong tài

liệu [15], tuy vậy có thể áp dụng cơng thức tương đối đơn giản để tính, ví dụ từ tài





liệu [3]: lượng chất hữu cơ cần để khử nitrat là 2,86 gCOD/g NO 3  N , khử nitrit

bằng 0,6, khử oxy bằng 0,35 lượng chất hữu cơ so với khử nitrat. Lượng chất hữu

cơ tổng (mS) tiêu thụ cho cả ba chất oxy hóa: nitrat, nitrit và oxy tính theo COD của

chất hữu cơ có dạng (chưa tính cho tổng hợp tế bào):

mS  2,86[1, 0NO  N  0, 6NO  N  0,35O

3

2

2

]



(1-25)



Nồng độ nitrat, nitrit tính theo nitơ trong nitrat và nitrit.

Phương trình tính nhu cầu chất hữu cơ (1-25) cho quá trình khử nitrat với sự

có mặt đồng thời ba chất oxy hóa: nitrat, nitrit và oxy được thành lập trên cơ sở



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Động học quá trình nitrat hóa

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×