›
›

Bài giảng Xử lý các chất đặc biệt trong nước - Xử lý các hợp chất Nito trong nước - Nguyễn Việt Anh

pdf 7 trang hapham 1750
Download
Bạn đang xem tài liệu "Bài giảng Xử lý các chất đặc biệt trong nước - Xử lý các hợp chất Nito trong nước - Nguyễn Việt Anh", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfbai_giang_xu_ly_cac_chat_dac_biet_trong_nuoc_xu_ly_cac_hop_c.pdf

Nội dung text: Bài giảng Xử lý các chất đặc biệt trong nước - Xử lý các hợp chất Nito trong nước - Nguyễn Việt Anh

  1. xö lý c¸c chÊt ®Æc biÖt 1. D¹ng tån t¹i cña c¸c hîp chÊt Nit¬ trong n−íc  KhÝ N 2 Nit¬ nguyªn chÊt. 79% khÝ quyÓn. +  Nit¬ Am«n NH 4 S¶n phÈm ph©n huû c¸c hîp chÊt h/c¬ Xö lý c¸c hîp chÊt Nit¬ chøa Nit¬. L nguån dinh d−ìng dÔ hÊp trong n−íc thô ®èi víi c©y trång  Ammoniac NH 3: KhÝ (®éc), tan nhiÒu trong n−íc. T¹o tõ + NH 4 trong n−íc khi pH cao.  NO 3 S¶n phÈm oxy ho¸. T¹o c¸c muèi víi c¸c kim lo¹i. D¹ng c©y trång dÔ hÊp thô.  NO 2 S¶n phÈm trung gian cña qu¸ tr ×nh oxy ho¸ Nit¬ Amm«ni thnh Nitrat PGS. TS. NguyÔn ViÖt Anh  ®¹m (Protein) Hydrocacbon C xHyOzNn. Phã viÖn tr−ëng, Cã ph©n tö l−îng cao, l thnh phÇn quan ViÖn Khoa häc v Kü thuËt M«i tr−êng, träng ®Ó x©y dùng tÕ bo cña bÊt kú c¬ thÓ Tr−êng ®¹i häc X©y dùng sèng no.  2 C¸c hîp chÊt Nit¬ trong n−íc ngÇm  + Nit¬ trong Humic (25 60%), Axit Amin (21 35%),  NNH 4 trong n−íc ngÇm: N−íc th¶i sinh ho¹t, qu¸ Clorophyl (1 3%), Peptite, vv trình Am«n hãa ph©n hñy c¸c HCHC: ®¹m, n−íc  Chóng cã thÓ l s¶n phÈm cña c¸c qu¸ trình hãa tiÓu, axit nucleic bëi vi sinh vËt, hay do viÖc sö dông sinh häc, x©m nhËp vo n−íc ngÇm tõ n−íc th¶i hay ph©n bãn trong n«ng nghiÖp. do mét sè qu¸ trình ®Þa hãa ®Æc biÖt.  Qu¸ trình amon hãa (nhê c¸c vi khuÈn amon, men, ): Protein  Pepton  Peptit  Axit Amin  Ammoniac (NH 2)2CO + H 2O  2 NH 3 + CO 2 3 4 C¸c hîp chÊt Nit¬ trong n−íc:  Lt vào cơ th, NO 3 chuyn hóa thành NO 2 nh vi  Phát trin vi sinh vt trong đưng ng và làm tăng khun đưng rut. nhanh quá trình ăn mòn đưng ng.  Các NO 2 tác đng lên Hemoglobin (Hb), bin nó  Gây nên mt s bnh nguy him cho ngưi s dng thành Methemoglobin (MetHb), mt kh năng vn nưc. chuyn oxy đn các mô.  NO 2 tác dng vi các Amin hay Alkyl Cacbonat trong  NO 3 to ra chng thiu Vitamin và có th kt hp cơ th ngưi, có th to thành các hp cht cha vi các Amin đ to nên nhng Nitrosamin gây Nitơ gây ung thư. ung thư ngưi cao tui.  N trong Nưc pha Sa cho Tr em men d dày còn chưa phát trin NO 3 d bin thành NO 2 chim ly Hb bin thành MetHb Các mô thiu 5 oxy Tr xanh xao 6 PGS. TS. NguyÔn ViÖt Anh, IESE 1
  2. 2. C¸c ph−¬ng ph¸p lo¹i bá c¸c hîp chÊt Nit¬ trong n−íc QCVN 01:2009/BYT  NO 3 7, c©n b»ng chuyÓn dÞch sang ph¶i. • víi pH >10, h¬n 85% Amoni cã thÓ chuyÓn dÞch sang d¹ng khÝ khi lm tho¸ng. • + pH = 10 11: c¸c ion Hydroxyt d− sÏ chuyÓn c¸c ion NH 4 thnh Hydroxit Amon. + ↔ NH 4 + OH NH 4OH ↔ ↑ NH 4OH NH 3 + H 2O 9 10 2.2. Ph−¬ng ph¸p Clo hãa L−îng Cl 2  NH 3 d hoà tan trong nưc: Hi = f(t) d−, mg/l 1 o  Hi (NH 3) = 0,76 atm/mol 20 C 2  CO 2: 150 atm/mol; O 2: 43000 atm/mol  Cn lưng không khí ln: Ct A 3  G/L = 6000, E = 90%. * C  Vôi, NaOH + Tăng nhit đ  Tăng E. t B * C C A B LiÒu l−îng Cl 2 ®−a vo n−íc, mg/l Cl 2 d− khi trong n−íc kh«ng cã NH 3 Cl 2 d− khi trong n−íc cã NH 3 11 Hm l−îng NH 3 trong n−íc 12 PGS. TS. NguyÔn ViÖt Anh, IESE 2
  3. 2.3. Trao ®æi Ion (pH 8)  XL Amoni: läc qua vËt liÖu läc trao ®æi Kation nh− Zeolite ↔ ↔ + Cl 2 + H 2O HCl + HClO H + ClO tù nhiªn ®Êt sÐt, Klinoptilolyte hay Sepiolite. Break points ZNa + NH +  ZNH + + Na + NH + Cl  HCl + NH Cl 4 4 3 2  2 + + + hoÆc ZH + NH 4  ZNH 4 + H NH 3 + 2Cl 2  2 HCl + NHCl 2 Hoµn nguyªn: NH 2Cl + NHCl 2  N2 + 3HCl NaCl 0.6M hoÆc H SO (thu ®−îc (NH ) SO : ph©n bãn) 2 NH 2Cl + Cl 2  N2 + 4HCl 2 4 4 2 4  [Cl 2] = 7 10 (10 25) [NH 3] (= 6 15 mg/l).  XL Nitrat, Nitrit: Sö dông c¸c vËt liÖu trao ®æi Anionit gèc 2 Cl , OH hay SO 4 .  [Cl 2] ? [Cl 2] d−? THMs? Mïi?  Sö dông, vËn hnh phøc t¹p; khã hon nguyªn, .v.v. 13 14 2.4. Ph−¬ng ph¸p sinh häc Denitrification (1) Nitrification/D enitrification Primary 1060% Settling tank settling tank Nitrification  BÞ hÊp thô bëi tÕ bo trong qu¸ tr ình chuyÓn ho¸ 100% 4080% Metabolism 3040% 20%  TÕ bo hÊp thô ®Ó sinh tr−ëng 1520%  ChuyÓn tõ Amoni sang d¹ng oxy ho¸  ChuyÓn tõ d¹ng «xy ho¸ sang Nit¬ tù do N 2 Supernatant Incorporation:  Yªu cÇu: Sludge 1520%  Oxygen Digestor Sludge thickening  Carbon (h u c¬/v« c¬) 15 16 16 a. Nitrification  Nitrosomonas, Nitrosospire, Nitrosococcus, Nitrosolobus Vi khun t dưng hóa năng : dùng năng lưng sinh ra t + + phn ng Nitrat hóa đ kh CO ca không khí và to nên 2 NH 4 + 3 O 2  4 H + 2 NO 2 + 2 H 2O + Q 2 các cht hu cơ ca cơ th chúng. TÕ bo míi  Nitrobacter , Nitrospina, Nitrococcus M« tÕ bo 2 NO 2 + O 2  2 NO 3 + Q TÕ bo míi NH 4+ + 1,83 O 2 + 1,98 HCO 3 0,021 C5H7NO 2 + 1,041 H 2O + 0,98 NO 3 + 1,88 H 2CO 3 §é kiÒm gi¶m bæ sung KiÒm! 17 18 PGS. TS. NguyÔn ViÖt Anh, IESE 3
  4.  B lc sinh hc  Vn tc quá trình oxy hóa Amôni ph thuc vào tui th bùn (màng VSV), nhit đ, pH ca môi trưng, nng đ vi sinh vt, hàm lưng Amôni, oxy hòa tan, vt liu lc, t l C/N  Đ kim  1 mg NNH 4 cn 4,6 mg O 2, to 0,09 mg sinh khi  DO > 4 mg/l; DO = 2 mg/l: E = 50%  Các cht c ch: Cu, Ag, Hg, Ni, Cr, Zn, , các hp cht Phenol, Xianua, Nitrit, 19 20 b. Khö Nitrat trong ®iÒu kiÖn thiÕu khÝ (Anoxic)  Nguån Cacbon: Metan, Methanol, ®−êng, Etanol, dÊm :  NÕu cã oxy trong n−íc, ph¶i khö b»ng c¸ch bæ sung thªm 1 l−îng Methanol: NO + 1.08 CH OH + 0.24 H CO  3 3 2 3 3O + 2 CH OH  2 CO + 4 H O 2 3 2 2 0.056 C 5H7NO 2 + 0.47 N 2+ 1.68 H 2O + HCO 3  H« hÊp néi bo:  Ch t nh−êng ®iÖn tö: Hydro (H)  BOD/N: BOD/(NO + NO )N = 3 5 kg/kg C5H7NO 2 + 4.6NO 3  2.8N2 + 5CO 2 + 4.6OH + 1.2H2O 2 3  KiÒm t ăng Aerobacter Microcucous Alcaligenes Ptoteus Vi khuÈn dÞ d−ìng Bacilus Pseudomonas Brevibacterium Brevibacterium Lactobacillus Spirillium 21 22 Nitrification – denitrification 3 VK NH + + O VK Nitrit → NO − + 2H + + 2H O + 276 ÷ 351KJ 4 2 2 2 2 1 VK NO+ + O VKNitrat → NO − 2 2 2 3 NH + + 2O → NO− + 2H+ + H O Nitrification 4 2 3 2 - - 4NO 3 + CH 3COONa → 4NO 2 + 2CO 2 + H 2O + NaOH VK - 2NO 2 + CH 3COONa → N2 + 2CO 2 + H 2O + NaOH VK - 4NO 3 + 3CH 3COONa → 2N 2 + 6CO 2 + 3H 2O + 3NaOH Denitrification 23 24 PGS. TS. NguyÔn ViÖt Anh, IESE 4
  5. Nitrification: Temp., pH, Alkalinity Graph 50.0 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 Temperature, (oC) Temperature, pH, Alkalinity (mgeq/l) Alkalinity pH, 15.0 3.0 10.0 2.0 To in 5.0 1.0 To out 0.0 0.0 pH in pH out Date Ki in Ki out 25 26 Denitrification: Temp., pH, Alkalinity Graph 30.0 9.0 Nitrogen loading rate (NLR) vs. Removal efficiency(E) 8.0 100 25.0 7.0 20.0 6.0 5.0 95 15.0 4.0 Temperature, oC Temperature, pH, Alkalinity (mgeq/l) Alkalinity pH, 10.0 3.0 E, % 90 2.0 5.0 T in 1.0 Removal efficiency E, % E, efficiency Removal T out 0.0 0.0 pH in 85 Date pH out 0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 Ki in NLR, g NNO /(g VSS.d) 3 Ki out 27 28 COD consumed vs. NNO removed Graph 3 180 25.0 160 20.0 140 Nitrification NaHCO3 = 50 mg/l 50.0 100.0 120 HRT = 0.5h 15.0 45.0 90.0 100 (mg/l) 2 in, out(mg/l) in, 40.0 80.0 80 3 , NO , COD in, out (mg/l) in, out COD + 35.0 70.0 10.0 4 NH 60 NNO 30.0 60.0 40 25.0 50.0 5.0 (mg/l), removal E (%) 20.0 40.0 3 20 15.0 30.0 NO 0 0.0 COD in 10.0 20.0 NH4+ in Date COD out 5.0 10.0 NH4+ out NO2 in 0.0 0.0 NO2 out NNO3 in NO3 in Date NO3 out NNO3 out E removal, % 29 30 PGS. TS. NguyÔn ViÖt Anh, IESE 5
  6. (2) Xö lý sinh ho¸, nhê c¸c vi khuÈn khö Nitrat tù d−ìng Denitrification  Methanogenic, Homoaceotogenic, vi khuÈn khö Sulfat, . 3.00 100.0 90.0  Sö dông Hydro Cathode (tõ qu¸ tr ×nh oxy ho¸ s¾t): 2.50 80.0 → 2+ Fe(0) + 2 H 2O H2 + Fe + OH 70.0 2.00 in,(mg/l) out 2 60.0  Hydrogen: chÊt nh−êng ®iÖn tö, t¹o n ¨ng l−îng cho qu¸ tr ×nh , NO + 1.50 50.0 dinh d−ìng. 4 in, (mg/l), E out rem. (%) NH 40.0 3 2NO + 5 H  N + 4 H O + 2 OH 1.00 NO 3 2 2 2 30.0 20.0 0.50 NH4+in 10.0 NH4+out →→→ 2+ NO2 in 5 Fe(0) + 2 NO 3 + 6 H 2O 5 Fe + N 2 + 12 OH 0.00 0.0 NO2 out 4 4 4 4 4 4 4 0 0 0 0 0 0 0 NO3 in 0 / / 0 / 0 0 2 4 4 2 6 2 2 Date / /0 /0 / /0 / / /3 4 7 /5 6 /7 /7 NO3 out 9 1 2 2 1 7 0 1 2 3 E removal, % 31 32 (3) Oxy hóa bc cao, phn ng Fenton (4) Khö Nit¬ trong bÓ läc sinh häc nhá giät Raw Activ. sludge Sedimentation wastewater 2+ Fe 2+ or Fe 3+ Fe + H 2O2 ES Runoff 33 34 (5) C«ng nghÖ Anammox C¬ chÕ khö Nit¬ (Anaerobic Ammonia Oxidation) trong bÓ läc sinh häc nhá giät  Delft Univ., H lan  ViÖn M«i tr−êng Liªn bang Thôy sÜ EAWAG  Kumamoto Univ., NhËt b¶n  Hannover Univ., Germany  TT NC CN Cao, Qeensland, Australia + + (5060% Q) 2 NH 4 + 3 O2  4 H + 2 NO 2 + 2 H2O + (4050% Q) NH 4 + NO 2  N2 + 2H2O  Vi khuÈn kþ khÝ nhãm Planktomyces o 35  Môi trưng thích hp (pH, t , ) 36 PGS. TS. NguyÔn ViÖt Anh, IESE 6
  7. C«ng nghÖ Anammox Nitrogen Cycle Gi m 25% nhu c u oxy, 40% nhu c u Carbon ! HNO 333 NNOONO Nitrification/Denitrification Nitritation/ANAMMOX HNO 222 NNN222OOO + + NH 4 NH 4 gas aqueous 2 O 0.75 O 2 60% 2 Nitrification 40% NNN222 NNHHNH 222OOHHOH Denitrification NNN222HHH444 Anammox + NO 3 0.4 NH 4 0.6 NO 2 OrgOrg NNNN CH OH +++ 3 NNHHNH 333/NH 444 3.4 kgkg 1N no CH 3OH +++ Anammox: NNHHNH 444 NNOONO 222 NNN222 +++ 22HH2H 222OOO NNHHNH +++ + 1.32NO + 0.066HCO + 0.13H + 1.02N + 0.26NO +++ 0.5 N 2 0.5 N 2 444 222 333 222 333 37 0.066Biomass+2.03H 222OOO ガスタンクGas tank 2.5. Đin hóa 処理水effluent  Hòa nưc cn x lý vi nưc mui hay nưc bin ri cho qua ngăn đin phân vi đin cc bng than.  Do s khác nhau gia t trng ca nưc bin (mui) Ⓟ 流入水influent và dung dch, nưc mui s dn chy ti đáy Anod và to kt ta MgNH 4PO 4 + Mg(OH) 2.  Các bt khí H 2 xut hin trên Katod s ni lên, cun theo bt và tách ra.  Cl 2 to thành trên Anod đưc tn dng đ kh trùng nưc x lý.  Áp dng đ kh Nitơ trong nưc thi trong công đon x lý bc 3. 40 C¸c ph ươ ng ph áp kh¸c  Chưng ct  Lc màng: Đin thm tách, Đin thm tách đo chiu, thm thu ngưc,  S dng các thc vt nưc (to, rong, ) trong h / kênh sinh hc,  Lc nưc qua đt,  vv 41 PGS. TS. NguyÔn ViÖt Anh, IESE 7