LOẠI bỏ ĐỒNG THỜI CHẤT hữu cơ và NITƠ từ nước (2)

Hai trong số các nhà máy, Isätra và Norsa, đã được nghiên cứu kỹ.Nhà máy xử lý nước rỉ rác Norsa ở nhiệt độ nước kiểm soát, trong khi nhà máy Isätra được tiếp xúc với biến đổi nhiệt độ t

Lớp cao học hóa lý – hóa lý thuyết K17-trương ĐHQN

Học viên: LÊ THỊ LỆ QUYÊN – HUỲNH MINH SƯƠNG

Loại bỏ nitơ và kim loại nặng trong xử lý nước rỉ rác bằng công nghệ SBR

Tóm tắt

Loại bỏ nitơ sinh học bằng việc sử dụng công nghệ phản ứng sinh học theo mẻ (SBRS) ngày nay là một mô hình được công nhận và đã được chứng minh Các kết quả SBR thực hiện để loại bỏ nitơ đã được các chuyên gia tư vấn khuyến khích, công ty kỹ thuật và vận hành bãi chôn lấp để phát triển và xây dựng các nhà máy quy mô SBR đầy đủ tại một số địa điểm ở Thụy Điển Hai trong số các nhà máy, Isätra và Norsa, đã được nghiên cứu kỹ.Nhà máy xử lý nước rỉ rác Norsa ở nhiệt độ nước kiểm soát, trong khi nhà máy Isätra được tiếp xúc với biến đổi nhiệt độ trong suốt cả năm Cả hai nhà máy đã được chứng minh khả năng loại bỏ nitơ tốt, mặc dù điều kiện mùa đông có ảnh hưởng xấu đến hiệu suất của nhà máy.Hiệu suất quá trình nitrat hóa điển hình là gần 100%, trong khi tổng lượng Nitơ là khoảng 90-95% trong điều kiện hoạt động ổn định Một mối quan hệ tốt giữa sự tải

nitơ và tỷ lệ nitrat hóa đã được quan sát thấy ở các nhà máy Norsa SBR Các hàm lượng kim loại nặng trong nước thải là rất thấp nhờ đến kết tủa kỵ khí sunfua kim loại bên trong các bãi rác Các hàm lượng kim loại nặng trong bùn sinh học là do đó cũng rất thấp

hợp, Bozkurt (Serti) [2] và Morling [3] Một số lượng lớn các nhà máy SBR đang được xây dựng và hoạt động trên toàn thế giới để xử lí nước rỉ rác từ các bãi rác vệ sinh Madu [4] trình bày một bản tóm tắt của một số các nhà máy đi vào hoạt động, phần lớn trong số này

là các nhà máy được xây dựng và hoạt động tại Vương quốc Anh.Các ứng dụng đầu tiên trên nước rỉ rác bằng SBRS quay trở lại những năm 1970.Các nhà máy thử nghiệm đầu tiên

sử dụng công nghệ SBR xử lý nước rỉ rác tại Thụy Điển đã được vận hành khoảng 18 tháng trong năm 1988 và năm 1989 trên bờ biển phía tây Thụy Điển Một số nghiên cứu đã được thực hiện có quy mô và các nhà máy quy mô đầy đủ dành riêng để xử nước rỉ rác, được xây dựng vào những năm 1980; Irvine et al [5] Việc sử dụng công nghệ xử lí nước thải theo

mẻ (SBRS) sớm được thành lập dựa trên khung tương đối nhỏ, và cũng có một thực tế là số lượng nước rỉ rác thường là khá hạn chế Một dòng chảy hàng ngày điển hình từ một bãi rác

cỡ vừa có thể nằm trong khoảng 50-120 m3/d Điều này có nghĩa là "biện pháp" từ một hoạt động quy mô thí điểm (rất thường dựa trên một đơn vị SBR) cho một nhà máy quy mô đầy

đủ cho một lò phản ứng xử lí nước rỉ rác có xu hướng nhỏ Phát triển SBR trong những năm

1970 cho các ứng dụng công nghiệp, thành phố và tập trung chủ yếu vào các nhà máy nhỏ

Do đó, các kinh nghiệm từ các ứng dụng tương tự khuyến khích chuyên gia tư vấn và các công ty kỹ thuật để sử dụng công nghệ này để xử lí nước rỉ rác Thành phần nước rỉ rác theo quy ước liên quan chặt chẽ đến các vật liệu tìm thấy ở bãi rác, nhưng cũng phải tới tuổi của các bãi chôn lấp, Bozkurt (Serti) [2] và Morling [3] Một quan điểm có khả năng gây tranh cãi của các đặc tính nước rỉ rác là hàm lượng của các kim loại nặng có thể được xem như là một mối đe dọa Vấn đề này chỉ đúng cho một nước rỉ rác rất "trẻ" khi các bãi rác đang trong giai đoạn "có tính axit" và ở cuối cùng khi các bãi rác có khuynh hướng hiếu khí một lần nữa, Bozkurt (Serti) [2] Bởi đến nay các tác nhân có tiềm năng nguy hiểm nhất trong các nước rỉ rác là nitơ NH3 mà đôi khi được tìm thấy ở nồng độ cao Báo cáo Zhou et al [6]

về mức độ ammoniac là khoảng 505-1200 mg NH4-N / l trong các thử nghiệm quy mô phòng thí nghiệm; Báo cáo Klimiuk và Kulikowska [7] về mức độ này khoảng 360 mg / l

và báo cáo Neczaj et al [8] về hàm lượng nitơ amoniac khoảng 800 mgNH4-N / l Spangi et

al [9] đã tìm thấy trong nghiên cứu hai năm rưỡi của họ trên nitrat hóa chế độ hoạt động mà nồng độ amoniac đã lên đến 1.540 mg NH4-N / l.

2. Mục tiêu

Mục đích của bài này là nghiên cứu nitơ và loại bỏ các chất hữu cơ tại hai nhà máy xử lý nước rỉ rác quy mô đầy đủ (Isätra và Norsa) dựa trên công nghệ SBR Ngoài các nội dung kim loại nặng trong bùn nước rỉ rác và sinh học được đề cập để đánh giá tầm quan trọng của nội dung kim loại nặng trong nước rỉ rác Các kết quả liên quan đến chuyển đổi nitơ và sự phụ thuộc nhiệt độ của nó trong quá trình xử lý sinh học với được so sánh với các nghiên cứu cây trồng thí điểm ban đầu được thực hiện tại Thụy Điển cách đây 20 năm, Johansson et al [10]

Hình 1 Tấm dòng chảy đơn giản của công nghệ SBR Norsa cho xử lí nước rỉ rác.

Do nghiên cứu này đại diện cho các nhà máy SBR đầu tiên (trong nhãn Bösarp sau đây) đặc biệt nhằm loại bỏ nitơ ở Thụy Điển vào năm 1988 và 1989 nó được coi là có liên quan để so sánh kết quả và rút ra kết luận Sự chú ý chủ yếu cho các hoạt động kiểm tra chính là tác động nhiệt độ nước vào hiệu quả xử lý Các kết quả này cũng được so sánh với các dữ liệu được tìm thấy trong văn chương liên quan đến chuyển đổi nitơ Trọng tâm chính trong nghiên cứu là về quá trình nitrat hóa chứ không phải là quá trình khử nitơ, như các vi khuẩn nitrat chính là những thứ nhạy cảm nhất trong quan hệ với điều kiện độc hại trong nước rỉ rác chưa qua xử lý Mục tiêu thứ hai của nghiên cứu là để giải quyết các vấn đề của các hàm lượng kim loại nặng trong nước rỉ rác và bùn sinh học

3. Thực nghiệm

3.1. Dữ liệu thiết kế cho các nhà máy

Các hình dạng thiết bị khác nhau giữa các nhà máy.Tuy nhiên, các yếu tố chính trong tất

cả các nhà máy là đơn vị SBR Một sơ đồ công nghệ tấm đã được giản hóa của các nhà máy Norsa SBR được hiển thị trong hình 1 Các dữ liệu thiết kế cho ba nhà máy được thể hiện trong Bảng 1 Hai bãi chôn lấp rác hợp vệ sinh tại Isätra và Norsa đều là những nhà máy tương đối cũ.Cả hai đều đã được đưa vào hoạt động vào đầu năm 1970 Các

điều kiện bên trong bãi rác thải có thể trong cả hai trường hợp được đặc trưng là men vi sinh methanogenic, với điều kiện kỵ khí thực sự Nhà máy Bösarp tại thời điểm các thí nghiệm là một sự kết hợp của một bãi rác cũ và một phần bãi rác tương đối mới.Thực tế này được phản ánh trong các nội dung chỉ số BOD 7 cao, và cũng là tỷ số giữa COD

và BOD 7 đó là khá thấp, ít hơn 1,4: 1 Trong mọi trường hợp hai thời kỳ quan sát khác

nhau được trình bày Đối với nhà máy thử nghiệm Bösarp có hai lò phản ứng thử nghiệm đã được sử dụng: một đơn vị 500 l và 70 m3 vùng đầm phá đã được chuyển đổi thành một đơn vị SBR Trong các nhà máy Isätra và Norsa lò phản ứng hình tròn được

sử dụng Nhà máy Isätra là một công trình mới, trong trường hợp của Norsa một bể lắng bùn cũ với kích thước phù hợp đã được chuyển đổi Nhà máy Norsa hoạt động với một lượng nhỏ của nước thải từ các trạm xử lý nước thành phố lân cận, được hưởng lợi từ các thành phần nước thải, như mô tả của Zhou et al [6]

Các nhà máy Bösarp đã được vận hành với một chu kỳ khác nhau 8-24 h chủ yếu là theo nhiệt độ nước hiện hành; khoảng từ 0,5-21 ◦C Bảng 2 cho thấy các chu kỳ hoạt động khác nhau tại ba nhà máy

Bảng này cho thấy rằng các chu kỳ hoạt động là cấu hình với một sự đa dạng của cách thức các quá trình Đây là một trong những đặc điểm của quá trình SBR: trong vòng thời gian một quá trình thiết kế cơ bản cho nó có thể điều chỉnh các thành phần chu kỳ phù hợp với tải trọng và điều kiện hiệu suất hiện hành Điều này đã được thực hiện rộng rãi tại các nhà máy Norsa sẽ được thảo luận dưới đây

3.2. Lấy mẫu và phân tích

Các dữ liệu ô nhiễm được trình bày đã được phân tích theo tiêu chuẩn Thụy Điển (SS) thường tuân thủ theo các tiêu chuẩn Châu Âu tương ứng (EN)

Bảng 2.Tóm tắt các cách thức hoạt động khác nhau tại ba nhà máy, Bösarp, Isätra và Norsa.

Hình 2 Nhà máy Norsa SBR Tổng lượng nitơ và nitơ amoniac, đầu vào nước rỉ rác năm

2007 và 2008, tám điểm quan sát

Tất cả các mẫu đã được thực hiện trên địa điểm bởi các nhân viên nhà máy là chủ yếu và lấy mẫu Những lý do cho các phương pháp lấy mẫu là xả liên tục cùng với một lượng nhỏ nước được xử lý và sự ổn định quá trình tích tụ trong một khoảng thời gian 24 h.

4. Kết quả và thảo luận

4.1. Chuyển đổi nitơ

Lượng nitơ có trong nước thải chưa qua xử lý khác nhau giữa các nhà máy khác nhau Nhà máy Bösarp cho thấy nồng độ nitơ cao nhất lên đến 500 mg N / l, Bảng 1 Nồng độ nitơ cao hơn đáng kể ở Bösarp, so với hai nhà máy kia có thể được quy cho các lớp lắng đọng từ một lò sát sinh trong khu vực đó là giàu nitơ Lượng nitơ có trong Norsa thay đổi trong suốt thời gian hoạt động 2000-2008 Trong suốt năm đầu của hoạt động tổng nồng độ nitơ trung bình là khoảng 120 mg N / l trong khi nồng độ trong năm 2007 và năm 2008 là cao hơn đáng kể, hoặc như là một giá trị trung bình khoảng 180 mg / l Mô hình này có thể cho thấy sự quan sát của Butler et al [11] có thể

đúng: một bãi rác trở nên càng lớn tuổi lưu lượng nitơ sẽ tăng lên Tỷ lệ giữa tổng N và amoniac N cũng đã thay đổi trong những năm gần đây Hình.2 minh họa tổng số đầu vào N và NH 4 -N biến đổi trong năm 2007 và 2008.Hiệu suất SBR nhà máy Norsa

trong năm 2007 và 2008 cho thấy mô hình hoàn toàn khác đối với quá trình nitrat hóa:

trong những tháng đầu tiên của năm 2007, một sự mất cân bằng đáng kể của quá trình nitrat hóa xảy ra đó là những gì còn lại trong ít nhất hai tháng.Những lý do cho sự mất cân bằng này đã được đề xuất bởi các kỹ sư quá trình có liên quan đến thiếu sục khí liên quan đến tổng lượng thực tế của nitơ và cũng là một nghi ngờ rằng hydro sulfat cũng có thể đã ảnh hưởng đến quá trình nitrat hóa Khi quá trình nitrat hóa được phục hồi vào tháng Năm, sự chuyển đổi từ một loại bỏ nitơ "đồng hóa" vào một quá trình nitrat hóa đầy đủ đã nhanh chóng thể hiện như trong hình

3 Năm 2008, nitrat hóa là thực sự hoàn chỉnh trong suốt cả năm, tiết kiệm cho một sư mất cân bằng nhỏ ngắn vào tháng chín năm 2008 Sự mất cân bằng trong năm 2007

có lẽ là không liên quan đến nhiệt độ nước, bởi vì sự có mặt của các thiết bị trao đổi nhiệt đảm bảo nhiệt độ nước tối thiểu khoảng 15 ◦C Mặt khác ảnh hưởng nhiệt độ

lên quá trình nitrat hóa tại hai nhà máy kia là rõ ràng hơn: nhiệt độ mùa đông tối thiểu là khoảng 0,5 ◦C Các mô hình chuyển đổi nitơ bao gồm các mô hình quá trình nitrat hóa tại nhà máy thử nghiệm Bösarp SBR trong quá trình khởi động trong mùa xuân năm

1988 được thể hiện trong hình 4 Một cuộc thảo luận chi tiết hơn về hiệu suất nitơ ở nhà máy được cho bởi Johansson et al [10] Tạm thời "thiêu kết" của lượng nitrit trước khi một quá trình nitrat hóa hoàn chỉnh cho thấy khả năng thiết lập các quy trình annamox trên cường độ cao nước rỉ rác, Spangi et al [9] và Gaul et al [12] Kết quả tương tự như tìm thấy trong Bösarp trên tạm thời thiêu kết của các nitrit đã thu được bằng Kulikowska

và Klimiuk [13] Tuy nhiên, quá trình nitrat hóa dần dần trở nên đầy đủ và dẫn đến một

sự suy giảm của nitrit sau khi ít hơn 20 ngày

Hình 3 Lưu lượng NH4-N từ Norsa SBR nhà máy năm 2007 và 2008, 48 quan sát.

Các hoạt động của nhà máy Bösarp chứng minh-như mong đợi-một ảnh hưởng nhiệt độ rõ ràng về khả năng nitrat hóa Khi nhiệt độ giảm sự tải hàng ngày trên các đơn vị SBR đã được hạ xuống Tuy nhiên, sự sụt giảm hiệu quả sử dụng đã được quan sát vào tháng mười năm 1988, cũng như nitơ amoniac trong nước thải được xử lý bắt đầu tăng Đáng chú ý là khả năng nitrat hóa không bao giờ được cuốn trôi ra từ lò phản ứng, nhờ thêm giảm sự tải trong mùa đông Đối với 70 m3 đơn vị SBR thực hiện quá trình nitrat hóa được duy trì bằng cách giảm lưu lượng hút gió trong mùa đông Hành động này đã thành công, như các nitrat hóa vào đầu tháng ba là nhiều hay ít hoàn chỉnh Trong những tháng cuối cùng của các thí nghiệm lò phản ứng lớn này đáp ứng rất tốt đối với loại bỏ nitơ với Từng bước một dòng chảy hàng ngày vào các lò phản ứng đã tăng 3,6-14 m3 / d

Hình 4.Nhà máy thử nghiệm SBR Bösarp, mô hình chuyển đổi nitơ năm 1988, sửa đổi sau

khi Johansson et al (1989)

Hình.5.Nhà máy thử nghiệm SBR Bösarp 70 m3, mức độ xả khí nitơ, 16 quan sát, sửa đổi

sau khi Johansson et al (1989)

Những thay đổi của lưu lượng nitơ từ đầu tháng cho đến khi kết thúc thí nghiệm trong nửa

đầu tiên của tháng Bảy được hiển thị trong hình 5 Chỉ có tại nhà máy Bösarp nó đã được xác định một sự gia tăng tạm thời của nitrit xảy ra trước sự hình thành của nitrat Bằng cách so sánh hai đường cong cho NO 2 và NO 3 có thể kết luận rằng sự hình thành nitrit có thể đã bị trì hoãn sự hình thành nitrate một chút, nhưng độ dốc của hai đường cong không chỉ ra rằng không có bất kỳ sự ức chế đáng kể đã xảy ra Đối với hai nhà máy khác không có nitrit tạm thời thiêu kết đã được xác định.Có lẽ điều này

có thể liên quan đến nồng độ nitơ trong nước thải ban đầu chưa được xử lý, vì nó là thấp hơn đáng kể ở Isätra và Norsa so với Bösarp.

Một mô hình phức tạp hơn được tiết lộ tại nhà máy Isätra SBR.Biểu diễn hoạt động trước

đó cho thấy khả năng nitrat hóa cạn kiệt vào cuối mùa đông, Morling [14].Sự phục hồi của công suất nitrat hóa trong mùa xuân là tương đối nhanh chóng, và nitrat hóa hoàn chỉnh tại nhà máy được tìm thấy vào cuối tháng Ba mỗi năm, Figs 6 và 7.Năm chuyển đổi hoàn toàn nitơ trong các đơn vị SBR được trình bày cho năm 2007 và năm 2008 Nhiệt độ nước hiện hành khi nitrat hóa được thiết lập là giữa 5 và 8 ◦C Việc gián đoạn của quá trình nitrat hóa trong tháng 6 năm 2008 được nhanh chóng khắc phục trong các lò phản ứng và nitrat hóa hoàn chỉnh vẫn còn cho đến cuối năm.

Hình 6 Nhà máy SBR Isätra, mức độ lưu lượng nitơ trong năm 2007, 11 quan sát.

Hình 7 Nhà máy SBR Isätra, mức độ lưu lượng nitơ trong năm 2008, 19 quan sát.

Các quá trình khử nitơ đã được "bảo đảm" bằng cách thêm một nguồn carbon bên ngoài Isätra và Norsa thìmethanol đã được sử dụng Khi một liều lượng thích hợp đã được áp dụng các quá trình khử nitơ đã được nhiều hơn hoặc ít hơn hoàn toàn Những hạn chế về tổng lượng Nitơ ở hai nhà máy này đã là một quá trình nitrat hóa không đầy đủ hoặc một sự

bổ sung không đủ của methanol Tại nhà máy thí điểm Bösarp hàm lượng cacbon hữu

cơ là đủ trong nước thải chưa qua xử lý như trong Bảng 1 Tỷ lệ BOD 7 : tổng số N trong nước thải là 9: 1 trong thời gian thử nghiệm Hình.8 minh họa lưu lượng nitơ tại nhà máy Norsa SBR trong quý đầu tiên của năm 2006 Các nitrat hóa đã được hoàn

tất trong thời gian này, nhưng do một sự thất bại trong các liều lượng methanol nồng

độ NO 3 -N còn lại là cao hơn so với bình thường Một khi liều lượng đã được sửa chữa

hệ thống phản ứng nhanh chóng, và Nitơ tổng cộng đã đi xuống.

Tại các cơ sở thử nghiệm Bösarp mô hình là hơi khác nhau, khi cacbon hữu cơ trong trường hợp đó có một thành phần phức tạp hơn; có thể là các axit hữu cơ là một phần chiếm ưu thế trong chỉ số BOD.Tuy nhiên, như minh họa trong hình.5 sự khử nitơ được thành lập nhanh chóng trong cuối mùa đông và đầu mùa xuân.Kể từ cuối tháng tư cho đến khi kết thúc giai đoạn thử nghiệm vào tháng Bảy xả tổng lượng nitơ là thấp.Tổng loại nitơ trong nhà máy trong thời gian này là khoảng 95%

Hình 8 Nhà máy SBR Norsa, mức độ lưu lượng nitơ trong quý đầu tiên năm 2006, tám quan sát.

Hình 9 Nhà máy SBR Norsa, tỷ lệ nitrat hóa cụ thể liên quan đến sự tải nitơ.

4.2 Tỷ lệ nitrat hóa

Tỷ lệ nitrat hóa trong xử lý nước rỉ rác đã được nghiên cứu trong phòng thí nghiệm bằng Kulikowska và Klimiuk [7,13] và Görfelt [15] ở nhiệt độ kiểm soát khoảng 20 ◦C Tất cả đã tìm thấy cụ cao tỷ lệ quá trình nitrat hóa khi điều trị nước rỉ rác: mức độ được hiển thị cho

là giữa 2,9 và 10 mg Noxidised / g VSS / h Những con số đáng kể cao hơn so với những gì

có thể được bắt nguồn từ việc thực hiện số liệu trong Bösarp, Isätra và Norsa Một số yếu tố quan trọng phải được chỉ ra trong bối cảnh này, để tránh những kết luận sai lầm khi so sánh kết quả có quy mô dự bị với kết quả từ ba nhà máy được trình bày trong nghiên cứu này: