Báo cáo nghiên cứu khoa học: PHÁT TRIỂN QUÁ TRÌNH XỬ LÝ SINH HỌC MỚI LOẠI NITƠ TRONG NƯỚC THẢI TRÊN CƠ SỞ PHẢN ỨNG ANAMMOX

Bài báo giới thiệu sự phát triển, khả năng xử lý và một số đặc trưng của quá trình xử lý sinh học loại nitơ mới kết hợp nitrit hóa bán phần và oxi hóa kỵ khí amôni, viết tắt là SNAP.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Báo cáo nghiên cứu khoa học: " PHÁT TRIỂN QUÁ TRÌNH XỬ LÝ SINH HỌC MỚI LOẠI NITƠ TRONG NƯỚC THẢI TRÊN CƠ SỞ PHẢN ỨNG ANAMMOX"TẠP CHÍ KHOA HỌC, Đại học Huế, Số 48, 2008 PHÁT TRIỂN QUÁ TRÌNH XỬ LÝ SINH HỌC MỚI LOẠI NITƠ TRONG NƯỚC THẢI TRÊN CƠ SỞ PHẢN ỨNG ANAMMOX Phạm Khắc Liệu Trường Đại học Khoa học, Đại học Huế Kenji Furukawa Trường Sau đại học về Khoa học và Công nghệ, Đại học Kumamoto (Nhật Bản) TÓM TẮT Bài báo giới thiệu sự phát triển, khả năng xử lý và một số đặc trưng của quá trình xử lýsinh học loại nitơ mới kết hợp nitrit hóa bán phần và oxi hóa kỵ khí amôni, viết tắt là SNAP.Quá trình SNAP được phát triển trong các bể phản ứng sử dụng vật liệu bám cho sinh khối làmtừ sợi acrylic. Thí nghiệm nạp liên tục bằng nước thải tổng hợp mô phỏng nước rỉ rác chứaamôni với nồng độ 240 mg-N/L ở tải trọng 0,6 kg-N/m3/ngày cho thấy sự vận hành ổn định vớihiệu suất chuyển hóa amôni 85-90% và hiệu suất loại nitơ 75-80%. Kết quả tương tự đạt đượctrong một bể phản ứng khác với nồng độ amôni 500 mg-N/L và tải trọng đến 1,0 kg-N/m3/ngày,với hiệu suất loại nitơ 80%. Quá trình SNAP sinh ra rất ít bùn, với hiệu suất sinh bùn 0,045 mg-VSS/mg-N bị loại. Sự cùng tồn tại của các vi khu n oxi hóa hiếu khí amôni (AOB), oxi hóa nitrit(NOB) và oxi hóa kỵ khí amôni (anammox) trên lớp bùn bám dính đã được xác nhận. Các chủngvi khu n AOB và NOB tương tự với Nitrosomonas europaea và Nitrospira sp; các chủng vikhu n anammox tương tự với các chủng đã được biết trước đó là KU2 và KSU-1 đã được pháthiện bằng kỹ thuật phân tích gen 16S rDNA. 1. Mở đầu Nồng độ giới hạn các hợp chất nitơ trong tiêu chuNn nước thải được kiểm soátngày một chặt hơn, nhằm giảm thiểu nguy cơ gây phú dưỡng các nguồn nước. Do đó,xử lý loại nitơ trong nước thải, chủ yếu là nitơ amôni, có ý nghĩa quan trọng. Phươngpháp xử lý sinh học loại nitơ truyền thống dựa vào sự kết hợp của 2 quá trình nitrat hóavà khử nitrat. Tuy nhiên, phương pháp truyền thống này có những hạn chế nhất địnhnhư tiêu thụ nhiều oxy, phải bổ sung nguồn carbon hữu cơ… Năm 1995, phản ứng oxy hóa kỵ khí amôni (viết tắt là anammox) đã được pháthiện. Đây là chuyển hóa sinh học nitơ mới chưa từng được biết đến trước đó, trong đóamôni được oxi hóa bởi nitrit trong điều kiện kỵ khí, không cần cung cấp chất hữu cơ đểtạo thành nitơ phân tử (phản ứng 1) [1]. NH4+ + 1,32 NO2- + 0,066 HCO3- + 0,13 H+ → 1,02 N2 + 0,26 NO3- + 0,066 CH2O0,5N0,15 + 2,03 H2O (1) 109 Sự phát hiện phản ứng anammox đã mở ra hướng phát triển kỹ thuật xử lý nitơmới, đặc biệt là đối với nước thải có hàm lượng nitơ cao và chất hữu cơ thấp. Quá trìnhxử lý trên cơ sở kết hợp nitrit hóa-anammox có nhiều ưu điểm hơn xử lý bằng nitrathóa-khử nitrat, làm giảm đáng kể chi phí xử lý [2]. Theo hướng tiếp cận nitrit hóa bánphần-anammox, một nửa amôni trong nước thải được oxy hóa đến nitrit, tiếp đó phầncòn lại phản ứng với nitrit tạo ra theo phản ứng anammox. Do nitrit hóa và anammox làcác chuyển hóa sinh học, thực hiện bởi các nhóm vi khuNn tự dưỡng có đặc điểm sinhtrưởng khác nhau, vấn đề then chốt là nghiên cứu kỹ thuật phản ứng nhằm đạt được sựkiểm soát tốt nhất cả hai chuyển hóa. Đã có một số quá trình được phát triển theo hướngnày như CANON [3], OLAND [4], [5]. Bài báo này trình bày kết quả nghiên cứu phát triển một dạng quá trình xử lýnitơ mới kết hợp nitrit hóa bán phần và anammox chỉ trong một thiết bị phản ứng(Single-stage Nitrogen removal using Anammox and Partial nitritation, hay SNAP). 2. Vật liệu và phương pháp nghiên cứu 2.1. Cấu tạo bể phản ứng Sơ đồ bể phản ứng SNAP được trìnhbày ở hình 1. Sử dụng hai bể phản ứng giốngnhau, ký hiệu SN-2 và SN-3, làm bằng nhựaacrylic có dung tích 5 lít. Vật liệu bám làm từsợi acrylic, được chế tạo bởi hãng NET(Nhật). Tỷ lệ vật liệu sử dụng là 10 g/L-thểtích bể. Các thông số vận hành (lưu lượng,pH, nhiệt độ, tốc độ sục khí) đều được kiểmsoát bởi thiết bị tự động. Bể phản ứng đượckhởi động bằng bùn hoạt tính được nuôi lâudài trong phòng thí nghiệm với môi trường Hình 1. Sơ đồ bể phản ứngdịch chiết thịt-pepton. Lượng bùn cấy vào banđầu là 13 g (theo SS). Nước thải tổng hợp, mô phỏng nước rỉ rác đã qua xử lý giảmCOD, được bơm vào để chạy bể phản ứng. Thành phần nước thải đầu vào được cho ởbảng 1. 2.2. Bố trí thí nghiệm Cả hai bể phản ứng đều đã hoạt động hơn 200 ngày qua các pha khởi động vànitrit hóa trước khi đạt đến pha SNAP. Ở bể SN-2, ảnh hưởng của các điều kiện vậnhành được nghiên cứu qua 10 đợt thí n ...