Mối tương quan bicacbonat và ammonium của quá trình nitrit hóa một phần anammox để loại ammonium trong nước thải nuôi lợn

Bài viết này nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của độ kiềm đến hiệu quả của quá trình nitrit hóa một phần/Anammox, từ đó tìm mối liên hệ giữa độ giảm N-NH4+ và độ giảm HCO3-. Mời các bạn cùng tham khảo.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Mối tương quan bicacbonat và ammonium của quá trình nitrit hóa một phần anammox để loại ammonium trong nước thải nuôi lợnTẠP CHÍ SINH HỌC, 2012, 34(3SE): 63-68MỐI TƯƠNG QUAN BICACBONAT VÀ AMMONIUM CỦA QUÁ TRÌNHNITRIT HÓA MỘT PHẦN/ANAMMOX ĐỂ LOẠI AMMONIUMTRONG NƯỚC THẢI NUÔI LỢNLê Công Nhất Phương(*), Nguyễn Huỳnh Tấn Long, Ngô Kế SươngViện Sinh học nhiệt đới, Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam, (*)vshnd@yahoo.comTÓM TẮT: Kết qủa xử lý ammonium trong nước thải chăn nuôi lợn bằng quá trình nitrit hóa mộtphần/anammox với việc sử dụng bùn hoạt tính với chế độ hoạt động được thực hiện theo chu kỳ 3 phútcấp khí/15 phút ngưng cấp khí và tải lượng đầu vào là 0,22 kgN-NH4/m3.ngày đã cho thấy, hiệu suất xử lýN-NH4 giảm từ 75,4% xuống còn 65,7% khi tỉ số HCO3-/N-NH4 của nước thải đầu vào giảm từ 1,5 xuống0,9. Mô hình vận hành tốt ở tỉ số HCO3-/N-NH4 ≥ 1,1. Ngoài ra, còn có mối liên hệ giữa hiệu suất xử lý NNH4 và hiệu quả tiêu thụ HCO3- với hệ số tin cậy (R2) cao nhất là 0,775. Do đó, có thể đo mức độ tiêu thụbicarbonate để dự đoán hiệu quả xử lý ammonium.Từ khóa: Anammox, Nitrosomonas, nitrit hóa, nước thải, xử lý ammonium.Ngành chăn nuôi nói chung và chăn nuôilợn nói riêng là ngành sản sinh ra khối lượngchất thải (khí, rắn và lỏng) rất lớn. Nước thảicủa quá trình chăn nuôi lợn là nguồn gây ônhiễm nghiệm trọng đến môi trường nước,không khí. Xử lý nguồn nước thải này sẽ gópphần rất lớn vào việc phát triển bền vững ngànhchăn nuôi.Năm 1995, một phản ứng chuyển hóa nitơđược phát hiện, đó là phản ứng oxy hóa kỵ khíammonium (Anaerobic Ammo-nium Oxidation- Anammox). Trong đó, ammonium được oxyhóa bởi nitrit trong điều kiện kỵ khí, không cầncung cấp carbon hữu cơ, để tạo thành nitơ phântử. Đây là một hướng phát triển kỹ thuật xử lýnitơ mới, nhất là với các loại nước thải có hàmlượng nitơ cao [5].Việc ứng dụng phương pháp sinh học kỵ khíđể xử lý nước thải chăn nuôi lợn là một giảipháp phù hợp và hiệu quả. Tuy nhiên, quá trìnhnày làm cho nước thải sau xử lý có một lượngrất lớn ammonium (N-NH4 từ 200-800 mg/l)nếu chưa qua xử lý mà xả thải ra các nguồnnước tiếp nhận sẽ gây tác động xấu đến môitrường nước.Để thực hiện quá trình Anammox, trước tiênphải thực hiện oxy hóa một phần ammoniumthành nitrit nhờ vi khuẩn Nitrosomonas (gọi làquá trình nitrit hóa một phần), sau đó lượngnitrit sinh ra sẽ oxy hóa lượng ammonium cònlại trong điều kiện kỵ khí để tạo thành nitơnguyên tử bởi nhóm vi khuẩn Anammox, theophương trình phản ứng dưới đây:MỞ ĐẦU2,34NH4+ + 1,85O2 + 2,59HCO3-  1,02N2 + 0,26NO3- + 2,41CO2 + 5,83H2O + 0,024C5H7NO2(Nitrosomonas) + 0,066CH2O0,5N0,15 (Anammox) (1)Quá trình này là quá trình hoàn toàn tựdưỡng nên không sử dụng carbon hữu cơ, nguồncarbon để vi khuẩn tổng hợp sinh khối chính làđộ kiềm trong nước. Độ kiềm thể hiện khả năngnhận ion H+ trong nước, có thể biểu diễn bởicông thức:[Alk] = [OH-] + [HCO3-] + 2[CO32-] - [H+] (2)Độ kiềm trong nước vừa có tác đụng ổnđịnh pH của dung dịch, vừa cung cấp nguồncarbon cho vi khuẩn. Vì vậy, độ kiềm đóng vaitrò quan trọng trong quá trình nitrit hóa mộtphần/Anammox. Trong quá trình này, nhu cầuđộ kiềm là 1,1 mmol HCO3-/mmol N-NH4 [6],nghĩa là có sự tương quan giữa lượngbicarbonate tiêu thụ với lượng N-NH4 chuyểnhóa. Do đó, có thể tính hiệu suất của quá trìnhnitrat hóa một phần/anammox thông qua lượngbicarbonate tiêu thụ. Cũng với lập luận như trên,Szatkowska et al. (2000) [6], Gut et al. (2006)[2] đã tính toán hiệu suất quá trình Canon vànitrit hóa một phần/anammox thông qua chỉ tiêuđộ dẫn điện vì sự tiêu thụ ion N-NH4+ và HCO3trong quá trình làm giảm độ dẫn điện. Nghiên63Le Cong Nhat Phuong, Nguyen Huynh Tan Long, Ngo Ke Suongcứu này tiến hành đánh giá ảnh hưởng của độkiềm đến hiệu quả của quá trình nitrit hóa mộtphần/Anammox, từ đó tìm mối liên hệ giữa độgiảm N-NH4+ và độ giảm HCO3-.VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁPVật liệu và mô hìnhNước thải: Nghiên cứu được tiến hành vớinước thải thực, được lấy từ nước thải chăn nuôilợn đã qua giai đoạn phân hủy sinh học kỵ khí.Nước thải này có nồng độ ammonium caonhưng hàm lượng các hợp chất carbon thấp.Nước thải đầu vào sử dụng trong nghiên cứunày được lấy từ đầu ra từ bể kỵ khí của hệ thốngxử lý nước thải chăn nuôi lợn, Xí nghiệp lợngiống Đông Á, Dĩ An, Bình Dương với côngsuất 150 m3/ngày.Bảng 1. Thành phần của nước thải chăn nuôi heo sau xử lý kỵ khíSTTChỉ tiêu phân tíchĐơn vịPhạm vi giá trị1pH7,0 - 7,52CODmg/l175 - 2253N-NH4mg/l282 - 4414N-NO2mg/l0,0 - 0,25N-NO3mg/l0,9 - 2,46Tổng Pmg/l13 - 447Ôxy hòa tan DOmg/l0,1 - 0,2o8Nhiệt độC27 - 32Hệ thống vận hành theo sự thay đổi tỉ sốbicarbonat/ammonium của nước thải đầu vào.Nồng độ ammonium cố định ở nồng độ khoảng280 mg/L (20 mM), thay đổi giá trị bicarbonattừ 14 mM đến 30 mM tương ứng với tỉ sốHCO3-/N-NH4+ từ 0,7 đến 1,5 để đánh giá ảnhGiá trị trung bình7,32053700,11,6280,130hưởng của nồng độ bicarbonat đến mô ...