Nghiên cứu xử lý nitơ hàm lượng cao trong nước thải thuộc da bằng công nghệ nitrit hóa bán phần (Partical nitritation) kết hợp công nghệ anammox và khử nitrat

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGÔ DIỆU LINH NGHIÊN CỨU HIỆU QUẢ XỬ LÝ NITƠ HÀM LƯỢNG CAO TRONG NƯỚC THẢI THUỘC DA BẰNG CÔNG NGHỆNITRIT HÓA BÁN PHẦN

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

NGÔ DIỆU LINH

NGHIÊN CỨU HIỆU QUẢ XỬ LÝ NITƠ HÀM LƯỢNG CAO

TRONG NƯỚC THẢI THUỘC DA BẰNG CÔNG

NGHỆNITRIT HÓA BÁN PHẦN (PARTICAL NITRITATION) KẾT HỢP CÔNG NGHỆ ANAMMOX VÀ

Công trình được hoàn thành tại: Trường đại học Bách Khoa -ĐHQG - HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS.TS Nguyễn Tấn Phong

Cán bộ chấm nhận xét 1:TS Lê Công Nhất Phương

Cán bộ chấm nhận xét 2: PGS TS Lê Đức Trung

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại: Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp.HCM ngày

18 tháng 01 năm 2016

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:

1 PGS TS Nguyễn Phước Dân (Chủ Tịch)

2 TS Nguyễn Như Sang (ủy Viên)

3 TS Lê Công Nhất Phương (PB1)

4 PGS TS Lê Đức Trung (PB2)

5 TS Trần Tiến Khôi (Thư ký)

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá luận văn và Bộ môn quản lý chuyên ngành sau khi luận vãn đã được sửa chữa (nếu có)

Trưởng khoa Môi Trường và Tài Nguyên Chủ tịch hội đồng

đánh giá luận văn

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: Ngô Diệu Linh Ngày, tháng, năm sinh: 21/01/1990 Chuyên ngành: Kỹ thuật môi trường

TRONG NƯỚC THẢI THUỘC DA BẰNG CÔNG NGHỆ NITRIT HÓA BÁN PHẦN (PARTICAL NITRITATION) KẾT HỢP CÔNG NGHỆ ANAMMOX VÀKHỬ NITRAT

II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

Kiểm soát các yếu tố pH, DO, HRT đến quá trình nitrit hóa bán phần nhằm tạo điều kiện tốt nhất cho hiệu quả xử lý

Đánh giá khả năng xử lý hàm lượng nitơ trong nước thải thuộc da bằng công nghệ Anammox và khử niưat ở các tải trọng khác nhau

Đánh giá hiệu quả xử lý COD bởi sự kết hợp quá trình anammox và quá trình khử nittat (denitrification)

III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 19/01/2015

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 20/12/2015

V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS NGUYỄN TẤN PHONG

Mã số: 60520320

Hai em sinh viên là Đào Nhựt Linh và Phạm Phan Hoàng Phương -Khóa 2011 của Khoa Môi trường và Tài nguyên đã đồng hành cùng tôi ttong thời gian thực hiện các nghiên cứu tại phòng thí nghiệm Vói sự cần cù, chăm chỉ và ham học hỏi của hai bạn sinh viên trong quá trình làm việc mà nghiên cứu đã hoàn thành đúng thời hạn với những mục tiêu đề

ra

Các anh chị, thầy cô làm việc tại Phòng Thí nghiệm Công nghệ Môi trường Nâng cao

đã giúp đỡ và hỗ ữợ nhiệt tình ưong mọi hoạt động của nghiên cứu

Trân trọng

Tp.Hồ Chí Minh, tháng 01/2016

NGÔ DIỆU LINH

ii

LỜI CAM ĐOAN Tôi tên: Ngô Diệu Linh, là học viên Cao học Chuyên ngành Kỹ thuật Môi trường -

khóa 2013 Tôi xin cam đoan:

- Luận văn cao học với đề tài “Nghiên cứu hiệu quả xử lý nitơ hàm lượng cao trong

nước thải thuộc da bằng công nghệ Nirit hóa bán phần (partial Nitritation) kểt hợp công nghệ Anammox và khử nitrat” là do chính tôi thực hiện tại Phòng Thí nghiệm Công nghệ

Môi trường Nâng cao của Khoa Môi trường và Tài nguyên, Đại học Bách Khoa Thành phố

3

TÓM TẮT LUẬN VĂN

Quá trình xử lý sinh học loại bỏ nitơ kết hợp nitrit hóa bán phần với anammox và khử niừat là một quá ttình mới có khả năng loại bỏ nitơ ở hiệu suất cao Mô hình PN xử lý nitrit hóa bán phần được nghiên cứu để tạo đầu ra phù hợp cho đầu vào của quá trình anammox và khử nitrat

Mô hình PN được vận hành vói 2 giai đoạn: thích nghi và vận hành, ừong 2 giai đoạn này DO và pH được điều chỉnh và kiểm soát bằng conừoller pH được giữ ừong khoảng 7,8

- 8,3 và DO ừong khoảng 2 - 2,3 mg/L Ở giai đoạn thích nghi, nước thải thuộc da được pha loãng vói nước thải tổng hợp theo các tỷ lệ 2:8, 4:6, 6:4, 8:2 với nồng độ Amonia là 100 mg/L, nghiên cứu lấy số liệu ừong 40 ngày Sau giai đoạn thích nghi, mô hình được vận hành với tải trọng lần lượt là 0,4; 0,8; 1,2 và 1,6 kg N-NH4/m3/ngày nghiên cứu 60 ngày cho kết quả hiệu suất loại bỏ N-NH4 lần lượt ở các tải là 27% ± 7,1%; 19,6% ± 10,9%; 38,3% ± 11,2% và 21% ± 5,6% DO và pH sẽ được đánh giá ảnh hưởng tại tải ừọng 1,6 kgN-NHị/m3/ngày Qua khảo sát, tại DO = 2,2 mô hình có hiệu suất chuyển hóa Amonia cao nhất là 61,8% Đối vói pH, sau khi khảo sát ttong 7 khoảng pH, nghiên cứu đã cho kết quả tại pH trong khoảng 7,8 - 8,0 thì quá trình nitrit hóa cân bằng và ổn định với dòng ra đạt 69% hiệu suất chuyển hóa Amonia và tỷ lệ NO2 /(NO3 4-NO2) đạt 96%

Mô hình anammox và khử niừat được vận hành với lưu lượng dao động từ 0,2 L/h -

5 L/h, pH duy trì ở giá ừị 7,5 ± 0,2 Ở giai đoạn thích nghi, mô hình sẽ được vận hành với

2 nồng độ N-NH4 là 100 mg/L và 200 mg/L ừong 60 ngày ở nước thải nhân tạo Giai đoạn vận hành khảo sát hiệu quả loại bỏ N-NH4 và N-NO2 ở các thời gian lưu nước khác nhau Vói HRT = 48h hiệu suất xử lý N-NH4 và N-NO2 đạt 80 - 85% và 85 - 92% ở ngày thứ 18

- 30 Với HRT = 36h và HRT = 24h hiệu suất xử lý N-NH4 và N-NO2 đạt 80 - 82% và 85

- 89%, nhưng ở HRT = 12h hiệu quả xử lý N-NH4 và N-NO2 còn 64 - 67% và 75 - 80% Như vậy HRT = 24h của mô hình Anammox và khử niừat hiệu quả xử lý N- NH4 và N-NO2 không thay đổi nhiều so với HRT = 48h Nghiên cứu khảo sát hiệu quả xử lý COD ở

2 tải là N-NH4 và N-NO2 khoảng 100mg/L; N-NH4 và N-NO2 khoảng 200 mg/L ở thời gian lưu là 24h Nghiên cứu được thực hiện ừong 60 ngày cho kết quả loại bỏ N-NH4 và COD lần lượt ở 2 tải là 82% và 38%; 75 - 78% và 25%

4

AB ABSTRACT

The process of biological treatment nitrogen removal combined partial nitritation with anammox and denitrification is a new process capable of removing nitrogen in high performance Model PN treatment partial Ammonia studied to create suitable output for the input of anammox and denitrification process

Model PN is operated with two phases: adaptation and operation, in this phase 2 DO and pH is adjusted and controlled by the controller pH was maintained in the range of 7.8

to 8.3 and DO of about 2 to 2.3 mg /L In the adaptation phase, tanning wastewater is diluted with synthetic wastewater under the ratio of 2: 8, 4: 6, 6: 4, 8: 2 with Ammonia concentration

is 100 mg /L, study taking data for 40 days After a period of adaptation, the model is operated with a load respectively 0.4; 0.8; 1.2 and 1,6 kg N-NHị/m3/day for 60 days studying performance results N-NHị removes at the load of 27% ± 7.1%; 19.6% ± 10.9%; 38.3% ± 11.2% and 21% ± 5.6% DO and pH will be measured at the load influence 1,6 kg N-NH4/m3/day Through the survey, at DO = 2.2 model transformation efficiency was 61.8% Ammonia highest For pH, after survey in 7 pH range, research has resulted in a pH of about 7.8 to 8.0, the process of balance nitrit and stable with 69% effluent metabolic performance ammonium and the ratio N-NO2 I (N-NO3 + N-NO2) is 96%

Model anammox and denitrification is operated with flow ranges from 0.2 L/h - 5L/h, the pH maintained at 7.5 ± 0.2 value In the adaptation phase, the model will be operated with N-NH4 concentration was 100 mg /L and 200 mg /L in 60 days in artificial wastewater Operation phase survey effectively remove N-NH4 and N-NO2 in different hydraulic retention time With HRT = 48h processor performance and N-NH4, N-NO2 reached 80-85% and 85-92% at day 18-30 With HRT (36h) and HRT (24h) efficiency removes N-NH4 and N-NO2 reached 80-82% and 85-89%, but at HRT (12h) treatment efficiency N-NH4 and N-NO2- to 64 - 67% and 75-80% Thus the pattern HRT (24h) anammox and denitrification efficiency N-NH4 processors and N-NO2 not change much compared with HRT (48h) survey research COD removal efficiency N-NH4 and N-NO2 at 2 load 100 mg/L and 200 mg /L in HRT (24h) The study was done in 60 days for results remove N-NH4 and

5

COD load was respectively 82% and 38%; 75-78% and 25%

6

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

LỜI CAM ĐOAN ii

TÓM TẮT LUẬN VĂN iii

ABSTRACT iv

MỤC LỤC V DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT X DANH MỤC HÌNH ẢNH xi

DANH MỤC BẢNG BIỂU xiii

Chương 1 MỞ ĐẦU 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Mục tiêu và nội dung nghiên cứu 2

1.2.1 Mục tiêu nghiên cứu 2

1.2.2 Nội dung nghiên cứu 2

1.3 Đối tượng nghiên cứu 2

1.4 Ý nghĩa của đề tài 3

1.4.1 Ý nghĩa khoa học 3

1.4.2 Ý nghĩa thực tiễn 3

1.5 Tính mới của đề tài 3

Chương 2 TỔNG QUAN 4

2.1 Tổng quan hiện trạng ngành công nghiệp Thuộc da của Việt Nam 4

2.2 Khái quát Công ty Đặng Tư Ký 5

2.3 Quy trình sản xuất của Công ty Đặng Tư Ký 6

2.4 Các phương pháp loại bỏ nitơ ừong nước thải 10

7

2.4.1 Phương pháp hóa - lý 10

2.4.2 Phương pháp sinh học 12

2.5 Tổng quan về quá trình nitrit hóa bán phần (Partial Nitritation) 15

2.5.1 Cơ chế của quá trình nitrit hóa bán phần 15

2.5.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nitrit hóa bán phần 16

2.6 Quá trình Anammox 19

2.6.1 Lý thuyết Anammox 19

2.6.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình Anammox 20

2.7 Công nghệ SNAD 23

2.8 Một số nghiên cứu về SNAD ttên thế giói và Vỉệt Nam 24

Chương 3 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 26

3.1 Mô hình nghiên cứu 26

3.1.1 Mô hình tổng thể 26

3.1.2 Mô hình nitrit hóa bán phần 27

3.1.3 Mô hình Anammox và khử niừat 28

3.2 Thiết bị 29

3.3 Bùn nuôi cấy ban đầu 31

3.4 Quá trình vận hành thí nghiệm 31

3.4.1 Vận hành mô hình nittít hóa bán phần 31

3.4.2 Vận hành mô hình anammox và khử Niừat 33

3.5 Phương pháp phân tích 35

3.6 Phương pháp xử lý số liệu 35

Chương 4 KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 37

8

4.1 Mô hình nitrit hoá bán phần 37

4.1.1 Thích nghi AOB vói nước thải thuộc da 37

4.1.2 Giai đoạn tăng tải trọng cho quá trình nitrit hoá bán phần 39

4.1.3 Ảnh hưởng của nồng độ oxy hòa tan (DO) 40

4.1.4 Ảnh hưởng của pH vói quá trình nitrit hóa bán phần 44

4.2 Vận hành mô hình anammox và khử Nitrat 45

4.2.1 Giai đoạn vận hành với nước thải nhân tạo 45

4.2.2 Giai đoạn vận hành vói nước thải thuộc da 46

CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 50

5.1 Kết luận 50

5.2 Kiến nghị 50

TÀI LIỆU THAM KHẢO 51

LÝ LỊCH TRÍCH NGANG 56

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ .57

PHỤ LỤC 58

X

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

Aerobic Quá trình hiếu khí/điều kiện hiếu khí/bể xử lý hiếu khí

Anaerobic Quá trình kị khí/điều kiện kị khí/bể xử lý kị khí

Anammox Oxi hóa Amonia ừong điều kiện kị khí (Anaerobic Ammonia Oxidation)

AOB Ammonia Oxidizing Bacteria (Vi khuan oxy hóa Amonia thành nitrit) Anoxic Quá trình thiếu khí/điều kiện thiếu khí/bể xử lý thiếu khí

COD Nhu cầu oxy hóa học

HRT Thòi gian luu nước thủy lực

PN Quá trình nitrit hóa bán phần (Partial Nitritation)

xi

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 2.1 Hình ảnh công ty Đặng Tư ký 6

Hình 2.2 Qui trình sản xuất da của công ty Đặng Tư ký 7

Hình 2.3 Quá trình tách khí Amoni 10

Hình 2.4 Quá trình ừao đổi ion chọn lọc loại Amonia 11

Hình 2.5 Sơ đồ mô tả quá trình khử nitơ truyền thống (Ciudad và công sự, 2005) 12

Hình 2.6 Công nghệ xử lý nitơ sử dụng nguồn carbon bên ngoài 14

Hình 2.7 Công nghệ xử lý nitơ sử dụng nguồn carbon từ dòng vào 14

Hình 3.1 Quy trình công nghệ PN (partial Nitrification) kết hợp mô hình Anammox and khử nittat 26

Hình 3.2 Sơ đồ lắp đặt bể phản ứng nitrit hóa bán phần 27

Hình 3.3 Sơ đồ mô hình Anammox và khử nitrat 28

Hình 3.4 Giá thể Polyester Non-Woven 30

Hình 4.1 Quá trình chuyển hóa Amonia ttong giai đoạn thích nghi 38

Hình 4.2 Hình thái bùn AOB trong giai đoạn thích nghi 38

Hình 4.3 Sự chuyển hóa N-NH/ trong giai đoạn tăng tải họng 40

Hình 4.4 Hiệu suất chuyển hóa nitơ ở các nồng độ DO khác nhau 41

Hình 4.5 Tỷ lệ NO27NH4+ ưong dòng ra sau quá ttình PN ở các DO khác nhau 43

Hình 4.6 Ảnh hưởng của pH đến quá trình chuyển hóa Amonia ttong bể PN 45 Hình 4.7 Nồng độ các hợp chất nitơ ở đầu vào và đầu ra của bể anammox và khử nhrat

ttong quá trình thích nghi với nước giả thải45 Hình 4.8 Nồng độ các hợp chất nitơ

ở đầu vào và đầu ra của bể anammox và khử niừat

13

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1: Đặc điểm và lượng nước tiêu thụ trong các cơ sở thuộc da Việt Nam 4

Bảng 2.2 Đặc tính nước thải thuộc da từ các công đoạn khác nhau 8

Bảng 2.3 Thành phần nước thải thuộc da sau xử lý hóa lý 9

Bảng 2.4 Ảnh hưởng của nồng độ DO đến quá trình niừat hóa 17

Bảng 2.5 Một số vi khuẩn tham gia vào quá trình anammox 20

Bảng 3.1 Thông số thiết kế bể phản ứng PN 26

Bảng 3.2 Thông số thiết kế của bể Anammox và khử niừat 27

Bảng 3.3 Các thiết bị của Mô hình Anammox và khử nitrat 29

Bảng 3.4 Các thông số kỹ thuật của giá thể 30

Bảng 3.5 Thành phần nước thải tổng hợp 31

Bảng 3.6 Tỷ lệ pha loãng nước thải tổng hợp và nước thải thuộc da 32

Bảng 3.7 Điều kiện vận hành thí nghiệm mô hình PN với nước thải thuộc da trong giai đoạn tăng tải 33

Bảng 3.8 Thành phần nước thải nhân tạo 33

Bảng 3.9 Điều kiện vận hành mô hình anammox vói nước thải nhân tạo 34

Bảng 3.10 Điều kiện vận hành mô hình anammox vói nước thải thuộc da 35

Bảng 3.11 Các thông số và phương pháp phân tích 35

Bảng 4.1 Nồng độ bùn trong giai đoạn thích nghi 38

1

Chương 1 MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề

Bước vào thời kỳ công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước, ttong các năm qua kinh tế

và xã hội nước ta phát triển với tốc độ cao Đời sống vật chất và tinh thần của nhân dân được cải thiện và nâng cao, song người dân cũng đã và đang phải đối mặt với những vấn đề môi trường rất bức xúc đặc biệt là môi trường nước Việt Nam có kim ngạch xuất khẩu ngành da dày tương đối cao tuy nhiên vấn đề về nước thải cũng đang làm nhức nhối cho các

cơ quan chức năng cũng như cho xã hội Xử lý nước thải thuộc da tốn chi phí rất cao nên gây khó khăn cho các doanh nghiệp

Công nghệ trước đây xử nước thải thuộc da thường gồm 2 công đoạn, công đoạn khử

Cr 6+ và công đoạn xử lý sinh học Nước thải thuộc da có hàm lượng nitơ cao Hiện nay vẫn chưa có nghiên cứu nào về xử lý nước thải thuộc da bằng công nghệ nitrit hóa bán phần kết hợp công nghệ Anammox và khử niừat Công nghệ trước đây xử lý nitơ thường được xử lý theo phương pháp truyền thống gồm 2 giai đoạn là: niừat hóa và khử nhrat Quá trình này tiêu tốn một lượng oxy rất lớn, tương ứng đó là nhu cầu năng lượng cao Bên cạnh đó việc khử niừat bắt buộc phải có mặt các chất hữu cơ như là nguồn cung cap carbon cho vi khuẩn khử niừat sử dụng, dẫn đến gia tăng chi phí xử lý Vì vậy quá trình xử lý nitơ truyền thống không đáp ứng được nhu cầu ttong quá trình xử lý nước, cũng như các loại nước thải có hàm lượng nitơ cao Do đó, cần phải có công nghệ thỏa mãn cả hai vấn đề ưên vừa xử lý được nước thải có hàm lượng nitơ cao vừa không cần bổ sung cacbon nhằm tiết kiệm chi phí xử lý Công nghệ nitrit hóa bán phần kết hợp công nghệ Anammox và khử nittat (Simultaneous partial Nitrification Anammox and Denitrification) xử lý nitơ trong 2 bể đã

và đang được nghiên cứu Công nghệ này cần được nghiên cứu để ứng dụng thực tế nhằm mang lại hiệu quả kinh tế ttong quá trình xử lý nước thải Xuất phát từ những vấn đề ưên,

đề tài “Nghiên cứu hiệu quả xử lý nitơ hàm lượng cao trong nước thải thuộc da bằng công nghệ Nirit hóa bán phần (partial Nitritation) kết họp công nghệ Anammox và khử nitrat.’’được tiến hành, nhằm mang lại một giải pháp mới cho vấn đề xử lý nitơ trong

nước thải thuộc da

2

1.2 Mục tiêu và nội dung nghiên cứu

1.2.1 Mục tiêu nghiên cứu

■ Đánh giá khả năng xử lý hàm lượng nitơ ttong nước thải thuộc da bằng công nghệnitrit hóa bán phần kết hợp Anammox và khử niừat với giá thể Polyester Non- Wovenở các tải họng khác nhau

■ Đánh giá hiệu quả xử lý COD bỏi sự kết họp quá trình anammox và quá trình khử nùrat (denitrification)

1.2.2 Nội dung nghiên cứu

■ Thiết kế mô hình Anammox và khử niừat quy mô phòng thí nghiệm

■ Kiểm soát các yếu tố pH, DO, HRT đến quá trình nitrit hóa bán phần nhằm tạo điều kiện tốt nhất cho hiệu quả xử lý

■ Nghiên cứu đánh giá hiệu quả xử lý nước thải thuộc da của công ty TNHH Đặng

Tư Ký, Khu Công Nghiệp Lê Minh Xuân nghiên cứu tập trung đánh giá hiệu quả xử lý nitơ

và COD qua từng tải họng và các thông số vận hành đi kèm của mô hình đã thiết kế

1.3 Đối tượng nghiên cứu

Nghiên cứu tập trung vào các đối tượng sau: Nước thải thuộc da với nồng độ nitơ - Amonia cao và hàm lượng muối cao

1.4 Ý nghĩa của đề tài

1.4.1 Ý nghĩa khoa học

Khi nghiên cứu hoàn thành sẽ đóng góp cho khoa học thêm cơ sở lý thuyết cho quá trình nitrit hóa bán phần xử lý Amonia ưong nước thải thuộc da Lý thuyết về ảnh hưởng của DO và pH ưong quá trình nghiên cứu, vận hành đối với công nghệ kết hợp Partial Nitritation - Anammox- khử nittat để loại bỏ nitơ và COD ưong nước thải thuộc da

1.4.2 Ý nghĩa thực tiễn

Nghiên cứu sẽ góp phần đóng góp thêm về lý thuyết công nghệ xử lý nitơ mới đạt hiệu

3

quả cao, chi phí thấp hơn so với quá trình khử nitơ truyền thống đang áp dụng hiện nay

1.5 Tính mói của đề tài

■ Nghiên cứu xử lý nước thải có hàm lượng nitơ cao ttong nước thải thuộc da ứng dụng quá trình nitri hóa bán phần kết hợp Anammox và khử nittat (denitrification) là một hướng mói, nghiên cứu còn hạn chế và chưa được ứng dụng thực tế

■ Công nghệ được nghiên cứu là sự kết họp quả quá trình nitrit hóa bán phần kết hợp Anammox và quá trình khử nittat nhằm nâng cao hiệu quả xử lý nitơ và COD, đồng thời COD sẽ là nguồn cơ chất ttong quá trình khử nittat

4

Chương 2 TỔNG QUAN 2.1Tổng quan hiện trạng ngành công nghiệp Thuộc da của Việt Nam

> về công nghệ:

o Hầu hết các doanh nghiệp thuộc da ở Việt Nam đều đang sử dụng công nghệ thuộc truyền thống, tiêu tốn nước, hoá chất, năng lượng, nước thải có mức độ ô nhiễm cao Hiện nay, tai Việt Nam đang tồn tại 3 công nghệ sản xuất như sau:

- Công nghệ 1: Từ da muối hoặc da tươi đến da hòan thành Tập trung chủ yếu ở khu vực phía Bắc và miền Trung

- Công nghệ 2: Từ công đoạn da muối hoặc da tươi đến da phèn (da wet-blue) Tập trung tại miền Nam

- Công nghệ 3: Từ công đoạn da phèn đến da hòan thành Tập trung tại miền Nam và các doanh nghiệp có vốn đầu tư nước ngòai

Do vậy, đặc điểm của nước thải và lượng nước sử dụng đối với mỗi quy trình sản xuất

là khác nhau như sau:

Bảng 2.1 Đặc điểm và lượng nước tiêu thụ trong các cơ sở thuộc da Việt Nam

Công nghệ sản xuất Lượng nước sử

dụng/tấn da nguyên liệu (m3)

Đặc điểm

Quy trình 1 40-50 Mùi hôi, hàm lượng BOD, COD, TSS rất cao,

s2' cao, hàm lượng Crôm cao Quy trình 2 25-35 Mùi hôi thối, hàm lượng BOD, COD, TSS rất

cao, s2' cao, hàm lượng Crôm cao nhưng thấp hơn quy trình 1

Quy trình 3 5-15 Mùi hôi, các thông số ô nhiễm đều thấp hơn

quy trình ưên

o Công nghệ thuộc da sử dụng Crôm là chủ yếu, có thể nói là 100% cơ sở thuộc da ở Việt Nam dùng chất thuộc là Crôm

> về môi trường:

o Đa số các cơ sở thuộc da ở Việt Nam chưa có hệ thống xử lý nước thải đạt yêu cầu QCVN 40:2011/BTNMT Hơn nữa vấn đề xử lý nước thải thuộc da bằng công nghệ nitrit hóa bán phần kết hợp Anammox và khử niừat còn mói đối vói các cơ sở thuộc

da

o Phần lớn nước thải được thải ra đường thoát nước chung của cộng đồng dân cư, chất thải rắn chủ yếu chôn lấp hoặc đổ ra bãi rác công cộng

o Vấn đề ô nhiễm môi trường từ ngành công nghiệp thuộc da hiện nay là nghiêm trọng

và rất bức xúc, cần sớm có giải pháp giải quyết

> về hệ thống kiểm tra chất lượng:

o Hầu hết các cở sở thuộc da ở Việt Nam không có hệ thống kiểm ừa chất lượng, kiểm

ừa chất lượng chủ yếu bằng kinh nghiệm và cảm quan

o Viện Nghiên cứu Da - Giầy được UNDP tài ừợ hệ thống kiểm ừa chất lượng theo Dự

án VIE 85/013 nhưng không đồng bộ Đặc biệt là các thiết bị kiểm ừa hoá chất độc hại

2.2 Khái quát Công ty Đặng Tư Ký

- Tên công ty: Công ty TNHH Thuộc da Đặng Tư Ký

- Tên quốc tế: DANG TU KY LEATHER co., LTD

- Địa chỉ: H25 - 26 - 27 - 24A đường số 3, khu công nghiệp Lê Minh Xuân, xã Lê Minh Xuân, huyện Bình Chánh, thành phố Hồ Chí Minh

- Giấy phép kinh doanh số: 0302825247; ngày cấp 19/12/2002

7

T

Hình 2.2 Quy trình sản xuất thuộc da Công Ty Đặng Tư Ký

> Dòng thải chứa Crôm (có tính axit): Đây là dòng thải thu được từ quá trình thuộc

da, thuộc lại Nước thải có tính axit, hàm lượng Crôm khá cao, TDS lớn

> Nước thải rửa da và các dòng thải khác: Đây là dòng thải thu được từ các quá trình rửa da, thành phần nước thải chủ yếu chứa BOD, COD, ss

- Công đoạn hồi tươi: Các chất gây ô nhiễm gồm mỡ, bạc nhạc, diềm da, cặn vôi, lông là các chất thải rắn Chất thải lỏng có hàm lượng BOD, COD, ss, Cl , sunphua cao

- Công đoạn thuộc: các axit, muối Crôm, chất thuộc, hàm lượng BOD, COD, SS

- Hoàn thành ướt: ép nước, bào, xẻ da, trung hòa, thuộc lại, nhuộm ăn dầu: mùn bào, diềm da, nước chứa Crôm, tannin, chất chống mốc, BOD, COD, ss

- Hoàn thành khô: sấy, hồi ẩm, vò mềm, trau chuốt Chất thải chứa kim loại nặng , cặn bã chất trau chuốt Nhìn chung, nước thải thuộc da chứa nhiều hóa chất tổng hợp như thuốc nhuộm, dung môi hữu cơ, hàm lượng TS, TSS, độ màu, chất hữu cơ cao

Bảng 2.2 Đặc tính nước thải thuộc da từ các công đoạn khác nhau

BOD 5

(mg/1) Hồi tươi 2,5 - 4,0 7,5 - 8,0 8000 - 28000 2500 - 4000 1100-2500

12,5

16000 -

45000 4500 - 6500 6000 - 9000 Khử vôi 7,0 - 8,0 3,0 - 9,0 1200 - 12000 200 - 1200 1000 - 2000

4,0 - 5,0 2,6 - 3,2 2400 - 12000 300 - 1000 800 - 1200 Dòng tổng 30 -35 7,5 - 10 10000 - 25000 1200 - 6000 2000 -3000

Nguồn: Cồng tỵ TNHH Đặng Tư Ký 2011 Bảng 2.3 Thành phần nước thải thuộc da sau xử lý hóa lý

(Nguồn: Cồng tỵ TNHH Thuộc da Đặng Tư Ký)

Nước thải thuộc da sau khi đem xử lý sinh học đã được xử lý hóa lý nên thành phần nước thải chủ yếu là BOD, COD, N, p

2.4 Các phưong pháp loại bỏ nitơ trong nước thải

10

2.4.1 Phưong pháp hóa - lý

2.4.1.1 Tách khí Amoni

Trong nước thải, Amonia ở ừong nước tồn tại dưới dạng cân bằng nồng độ giữa khí

NH3 và NH4 phụ thuộc vào điều kiện nhiệt độ và pH: NH4+ <=> NH3(tìlí hoà tan) + H+ với

pKa = 9,5 Chính vì đặc điểm này mà quá trình loại bỏ Amonia bằng cách tách Amonia tự

do được sử dụng Phương pháp này dựa trên cơ sở chuyển Amonia trong pha lỏng thành Amonia tự do vào không khí ở điều kiện nhiệt độ và áp suất nhất định Như vậy, ở pH gần

7 chỉ có một lượng rất nhỏ khí Amoni so vói Amonia Neu ta nâng pH tói

9,5 tỷ lệ [NH3]/[NH4+] = 1, và càng tăng pH cân bằng càng chuyển về phía tạo thành NH3 Khi đó nếu áp dụng các kỹ thuật sục hoặc thổi khí thì Amoniac sẽ bay hơi theo định luật Henry, làm chuyển cân bằng về phía phải: NH3(dung dịch) <=> NH3(khí) Đầu tiên, nước rỉ rác được nâng pH lên khoảng lớn hơn 10, bằng cách thêm NaOH hoặc CaO Sau đó, sục khí cưỡng bức vào nước thải để đuổi Amonia tự do Có thể sử dụng acid H2SO4 để hấp thụ lượng Amonia thoát ra Phương pháp tách khí Amoni tự do thường được thực hiện trong tháp thổi khí như hình 2.3 sau:

Hình 2.3 Quá trình tách khí Amoni

Bên cạnh một số ưu điểm như phương pháp đơn giản dễ thực hiện thì phương pháp tác khí Amoni này cũng có nhiều hạn chế Hạn chế đầu tiên đó là chi phí xử lý khá cao vì

11

tốn rất nhiều hóa chất (để nâng pH) cũng như năng lượng để cấp khí Ngoài ra, khi thổi khí vào dòng nước thải thì ngoài khí Amoni thoát ra thì còn một số hợp chất hữu cơ dễ bay hơi khác cũng thoát ra ngoài khí quyển, gây độc hại đến môi trường

2.4.I.2 Phuong pháp trao đổi ion chọn lọc

Chinoptilolite là một vật liệu tự nhiên có khả năng ừao đổi ion với Amonia cao hơn

so vói các ion khác Nước thải khi đi vào cột ữao đổi ion với vật liệu là Chinoptilolite và Amonia sẽ bị hấp thu nhờ quá trình ừao đổi Hình 2.4 thể hiện quá trình ừao đổi ừong cột

và tháp thổi khí Amoni tự do

Hình 2.4 Quá trình trao đổi ion chọn lọc loại Amonia

Sơ đồ hình 2.4 thể hiện quá trình loại Amonia bằng cột ừao đổi ion chọn lọc Khi cột hao đổi bão hòa, khả năng hấp thụ giảm có thể sử dụng một số hóa chất để tái sinh như NaCl, NaOH hay Ca(OH)2 Trước khi đưa vào cột ừao đổi ion, nước thải rỉ rác nên được lọc sơ bộ để ừánh tắc nghẽn cột Phương pháp này có thể loại bỏ đến hơn 90% Amonia, tuy nhiên lại không xử lý được nitrit, niừat và nitơ hữu cơ

2.4.2 Phưong pháp sinh học

12

2.4.2.1, Phuong pháp khử nitơ truyền thống

a Lý thuyết khử nitơ truyền thống

Sử dụng phương pháp sinh học khử nitơ truyền thống là biện pháp phổ biến nhất để loại bỏ nitơ ra khỏi nước thải, bao gồm quá trình niừat hóa và khử niừat

X

NHÍ -» NO2 ->iNO3Ị -> NO2 -> NO -> N2O -> N2 I

Hình 2.5 Sơ đồ mô tả quá trình khử nỉtơ truyền thống (Ciudad và công sự, 2005)

Nittat hóa là một chuỗi các phản ứng sinh học, với các tác nhân oxy hóa Amonia thành nitrit và nittat Thông thường, các vi khuẩn tham gia vào quá trình sẽ được gọi là nitrifiers, nhưng có thể chia ra làm 2 nhóm chính là AOB (Ammonia-Oxidizing Bacteria:

Nitrosococcus, Nitrosospira, Nitrosoỉobus, Nitrosorobrio ) và NOB (Nitrite-Oxidizing

Bacteria: Nitrobacter, Nitrococcus, Nitrospira, Nitrospina, Nitroeystis ) Amonia, một cơ

chất phản ứng sẽ chuyển thành hydroxylamine nhờ enzyme ammonia monooxygenase (Hofman và Lees, 1953), đã được xác nhận bằng thí nghiệm isotope 18O2 (Hollocher và cộng

sự, 1981) Hydroxylamnine sau đó chuyển hóa thành nitrit qua 2 phản ứng khác với chất trung gian là HNO và NO (Anderson và Hopper, 1983) Cuối cùng nitrit bị oxy hóa thành niừat qua một phản ứng

Tổng quan quá trình nittat hóa qua các bước sau:

♦♦♦ Bước 1: Nhóm vi khuẩn AOB hoạt động chuyển hóa NH4 thành NO2

❖ Bước 2: Nhóm vi khuẩn NOB hoạt động chuyển hóa từ NO2 thành NO3

NOB - _

Nhóm vi sinh vật niừat hóa là vi khuẩn tự dưỡng, chúng sử dụng nitơ để tăng trưởng

tế bào và thu nhận năng lượng từ các phản ứng (2.1) và (2.2) Te bào vi khuẩn đại diện là

C5H7N02 + 134.5NO3 + 3H2O (2.4) Tổng họp phương trình (2.3) và (2.4) ta có:

NH+ + l,8602 + 1,98HCO3 0,02CSH7N02

+ 0,98N03 + 1,04H20 + 1,88H2CO3 (2.5) Sau khi nitrat hóa, nitrat sẽ được chuyển thành nitơ tự do ttong điều kiện thiếu khí thông qua một loạt các hợp chất trung gian như NO2, NO, N2O nhờ một nhóm vi khuẩn Theo nghiên cứu của (Gayle, 1989) có ít nhất 14 chi vi khuẩn thực hiện khử nitrat Có thể

kể đến như: Bacillus, Pseudomonas, Methanomonas, Paracoccus, Spirillum, Thiobacillus

Nhóm vi khuẩn này là vi khuẩn tự dưỡng, chính vì vậy chúng cần được cung cấp nguồn carbon cho quá trình tổng hợp tế bào từ các hợp chất hữu cơ

Neu sử dụng methanol như nguồn cung cấp carbon cho tế bào thì phương trình mô tả quá trình khử niừat như sau:

Bùn tuần hoàn

Hình 2.6 Công nghệ xử lỵ nỉtơ sử dụng nguồn carbon bên ngoài

Hình 2.6 Mô tả quá trình khử nitơ bằng cách kết hợp quá trình hiếu khí trước và thiếu khí sau Trong đó, tại bể hiếu khí, niừat hóa xảy ra để oxy hóa Amonia thành niừat nhờ hoạt động của nhóm vi khuẩn AOB và NOB Sau đó, niừat sẽ bị khử thành nitơ tự do tại bể thiếu khí Đe quá trình khử niừat xảy ra hiệu quả hơn, bể thiếu khí sẽ được bổ sung nguồn carbon bên ngoài như methanol, glucose, ethanol, acetate Đây cũng chính là

Hình 2.7 Công nghệ xử lý nỉtơ sử dụng nguồn carbon từ dòng vào

Methanol Dòng vàc

nhược điểm của quá trình vì sẽ tốn chi phí cho việc bổ sung chất dinh dưỡng

Dòng tuần hoàn cung cấp

15

Hình 2.7 biểu diễn công nghệ xử lý nitơ bằng cách kết hợp quá trình thiếu khí trước và hiếu khí sau Ưu điểm lớn nhất của công nghệ này là không cần cung cấp carbon cho quá trình khử niừat tại bể thiếu khí, mà ở đây nhóm vi khuẩn khử niừat sẽ sử dụng luôn nguồn carbon ừong dòng nước thải dòng vào

2.5 Tổng quan về quá trình nitrit hóa bán phần (Partial Nitritation)

2.5.1 Cơ chế của quá trình nitrit hóa bán phần

Quá trình nitrit hóa bán phần thực chất là một phần ừong chuỗi phản ứng chuyển hóa

từ Amonia đến sản phầm cuối cùng là nitơ tự do Vậy nitrit hóa bán phần (Partial Nitritation)

là quá trình oxy hóa một phần Amonia thành nitrit

NH+ + HCO3 + 0,7502 -> 0,5NH+ + 0,5N02 + co2 + 1,5H2O (2.10) Trong quá trình nitrit hóa bán phần có sự tham gia chính nhóm vi khuẩn AOB

(Nitrosomonas, Nitrosococcus, Nitrosospira, Nitrosolobus, Nitrosorobrio ) và một phần nhỏ

nhóm vi khuẩn NOB (Nitrobacter, Nitrococcus, Nitrospira, Nitrospina, Nitroeystis ) theo

phản ứng (2.11) và (2.12) sau:

Theo phương trình (2.10), HCO3 đóng vai cho như nguồn cung cấp carbon cho nhóm

vi khuẩn hoạt động Bên cạnh đó, HCO3 còn giữ vai ừò đệm cho môi trường Theo phản ứng (2.11), quá trình oxy hóa Amonia thành niừit tạo ra H+, làm giảm pH của môi trường Vì vậy, HCO3 sẽ phản ứng với H+ tạo môi trường kiềm cho hoạt động của vi sinh vật Hầu hết vi khuẩn trong quá trình nitrit hóa bán phần là vi khuẩn tự dưỡng nên chúng sẽ sử dụng nguồn carbon là co2 hoặc HCO3 cho quá trình tổng hợp tế bào Nếu đại diện cho sinh khối của vi khuẩn nitrit hóa bán phần là C5H7NO2, thì phương trình tạo sinh khối sẽ là:

I3NH4 + 15CO2 -> 10N02 + 3C5H7NO2 + 23H+ + 4H2O (2.13) Theo (Szatkowska, 2002) mô tả quá ưình niừit hóa bán phần có sự tổng hợp sinh khối được mô tả theo phương trình (2.14) sau:

2,34NH+ + l,85O2 + 2,66HCƠ3 ->

2.5.2.2 pH

Tốc độ nitrat hóa cực đại khi pH nằm trong khoảng 7,2 - 9,0 và giảm tuyến tính khi pH

< 7,2 Bằng cách xác định tốc độ quá trình nitrat hóa, Meyerhof (1916) tìm thấy pH tối ưu

cho hoạt động của Nitrosomonas là khoảng 8,5 - 8,8 và cho Nitrobacter là 8,3 -

9.3 Trong điều kiện pH < 7,0 hoặc > 8,9 tốc độ quá trình nitrat chỉ bằng 50% tốc độ cực đại, dừng hẳn khi pH trong khoảng 5,0 - 5,5 Các kết quả trên xác định ừong trường hợp quá trình niừat hóa được tiến hành riêng Trong trường hợp kết hợp quá trình niừat hóa và phản niừat hóa thì pH tối ưu là khoảng 7-8

2.5.2.3 Nồng độ oxy hòa tan (Dissolved Oxygen - DO)

Có thể nói DO là một trong những yếu tố ảnh hưởng lớn nhất đến quá trình nitrit hóa bán phần Quá trình tích lũy nitrit, oxy hóa Amonia, loại bỏ nitơ đều phụ thuộc vào nồng độ oxy hòa tan Lượng oxy cần thiết cho quá trình oxy hóa Amonia và oxy hóa nitrit theo phương trình (2.11) và (2.12) lần lượt là 3,43 mgO2/mg N-NH4 và 1,14 mgO2/mg N-NH4 Như vậy lượng oxy cho cả quá trình nitrat hóa là 4,57 mgO2/mg N-NH4 điều đó cho thấy nhu cầu oxy cho nitrat hóa là rất cao

Mặc dù DO là tác nhân cần thiết để nâng cao hoạt tính của nhóm vi khuẩn nitrit hóa và niừat hóa Tuy nhiên, các nghiên cứu gần đây về nồng độ DO cho thấy vi khuần AOB thích hợp ở DO thấp so với vi khuẩn NOB Ngoài ra NOB còn bị ức chế khi DO xuống quá thấp Nghiên cứu của (Ma và cộng sự, 2009) thiết lập mô hình xử lý nitơ bằng hệ thống dòng chảy liên tục (V=300L) đối với nước thải đô thị bằng việc kiểm soát nồng độ DO tại 0,4-0,7 mg/L Nghiên cứu cho thấy đã oxy hóa được trên 95% hợp chất nitơ tại thời điểm kết thúc thổi khí

17

khi sử dụng phương pháp nitrit hóa bán phần Ngoài ra, hiệu quả loại bỏ nitơ cao hơn 20% so với phương pháp khử nitơ truyền thống và giảm được 24% chi phí năng lượng cho quá trình cấp khí Tổng hợp đánh giá ảnh hưởng của DO đến quá trình nitrit hóa bán phần được (Parades

0,5 ức chế quá trình oxy hóa và tích lũy nitrit

6 Nitrat hóa toàn phần

<0,5 Tích lũy Nitrit và Amonia Bùn hoạt tính 0,7 Tích lũy nitrit lên đến 67%

1,0 Oxy hóa 80% NH4, ừong đó 80% là NO2

1,4 Oxy hóa 99% NH4, trong đó 70% là NO2

>1,7 Nitrat hóa toàn phần 2,4 Oxy hóa 99% NH4, trong đó 10% là NO2

Bể Bioíĩlm- Airìiíl

1,0 Cân bằng và tích lũy nitrit 100%

<1,0 Chuyển hóa Amonia và tích lũy NO2, NO3 đều thấp 1,5 50% NH4 chuyển hóa thành NO2

>2,5 Nitrat hóa toàn phần, quá trình oxy hóa NH4 phụ thuộc

vào tải trọng Amonia

- Độ kiềm là yếu tố quan trọng đối với quá trình nitrit hóa bán phần Quá trình chuyển

hóa một phần hay toàn bộ Amonia thành nitrit phụ thuộc vào độ kiềm ừong nước thải Theo phương trình (2.10), 1 mol NH4 tiêu tốn khoáng 1 mol NO2 cho quá trình chuyển hóa Chính

vì vậy neu pH xuống thấp hơn 6.5, tương ứng với độ kiềm thấp, quá trình nitrit hóa bán phần

có thể bị ức chế hoàn toàn

- Độ kiềm ừong nước thải có 2 vai trò chính: (i) cung cấp nguồn carbon cho quá trình

tổng hợp tế bào của nhóm vi khuẩn oxy hóa Amonia, (ii) trung hòa H+ trong phản ứng (2.11) tạo môi trường cho vi khuẩn phát triển

2.5.2.5 Muối

Độ mặn cao sẽ dẫn đến áp suất thẩm thấu cao và vi sinh vật trong môi trường có độ mặn cao có thể bị chết hoặc không hoạt động Như vậy, áp suất thẩm thấu trong nước thải tập trung có thể ức chế vi khuẩn Tuy nhiên, vi khuẩn Anammox được tìm thấy phổ biến trong môi trường nước biển thiếu oxy Một số nhà nghiên cứu làm giàu vi khuẩn Anammox từ trầm tích biển cho rằng Anammox có khả năng thích nghi nhanh trong môi trường có nồng độ muối cao

Khi độ mặn ở một giá trị nhất định (3-15 g NaCl/1) thúc đẩy sự hình thành bùn Anammox dạng hạt và làm tăng khả năng lưu giữ của vi khuẩn trong bể phản ứng nhưng độ mặn cao sẽ ức chế vi khuẩn Anammox Tuy nhiên, hiệu suất quá trình Anammox dưới điều kiện độ mặn cao tăng dần nhờ khả năng thích nghi của vi khuẩn

Tác động của độ mặn phụ thuộc vào loại muối, loại bùn ở các điều kiện thí nghiệm Dapena-Mora và cộng sự chứng minh được rằng NaCl không ảnh hưởng tới Anammox khi

19

nồng độ ở mức dưới 8,78 mg/1 Khi nồng độ KC1 cao hơn 7,45 g/1 hoặc nồng độ Na2SO4

cao hơn 7,1 g/1, Anammox bị ức chế

Kartal và cộng sự kết luận rằng vi khuẩn Anammox từ hệ thống nước sạch có thể thích nghi vói môi trường có nồng độ muối cao tới 30 g/1 Nồng độ muối (90% NaCl và 10% KC1) tăng dần với gradient nồng độ 5, 10, 30, 40, 60, 75 và 90 mg/1 Sự có mặt của muối có thể ảnh hưởng đến vi khuẩn và ức chế hoạt tính của chúng Theo Moussa et al (2006) hoạt tính của vi khuẩn nitrat hóa sẽ bị giảm 95% ở nồng độ 40 g-Cl- /L

2.6 Quá trình Anammox:

2.6.1 Lý thuyết Anammox

Mặc dù vi khuẩn anammox được phát hiện khá sớm nhưng mãi cho đến năm 1995 thì quá trình anammox mới được phát hiện trong nghiên cứu khử nitrat của bể fluidized- bed (Mulder và công sự, 1995) Sau đó, trong một nghiên cứu khác ở quy mô phòng thí nghiệm cũng thực hiện trên bể fluidized-bed đã báo cáo kết quả loại bỏ Amonia và nitrit là 82% và 99%, tương ứng với tải trọng nitơ là 1,5 kgN/m3/ngày (Strous và cộng sự., 1997) Cũng trong nghiên cứu đó (Strous và cộng sự, 1997) cũng đã đề xuất phương trình phản ứng cho quá trình anammox:

so với quá trình khử nitơ truyền thống Một số loại vi khuẩn anammox được trình bày trong bảng 2.5 sau đây:

20

Bảng 2.5 Một sổ vỉ khuẩn tham gia vào quá trình anammox

2.6.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình Anammox

2.6.2.1 Ảnh hưởng của pH

Có thể nói pH là một trong những yếu tố ảnh hưởng nhất đến quá trình anammox Phản ứng giữa N-NH4 và N-NO2 xảy ra ở trong khoảng pH nhất định Theo nghiên cứu (Jetten và cộng sự 1999), quá trình anammox xảy ra ở pH khoảng 6,7 - 8,3, tối ưu ở pH 8,0 Theo nghiên cứu của (Strous và cộng sự, 1999) thì hoạt tính của vi khuẩn Anammox chỉ phụ thuộc vào pH môi trường đầu vào mà không ảnh hưởng nhiều trong thời gian diễn ra phản ứng của quá trình

xử lý Amonia, do đó pH đầu ra cũng không thay đổi nhiều so với pH đầu vào

2.6.2.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ

Hoạt động của vi khuẩn anammox cũng bị ảnh hưởng bỏi yếu tố nhiệt độ Hiện nay, chưa có một nghiên cứu đầy đủ về ảnh hưởng của nhiệt độ đến hoạt động của nhóm vi khuẩn anammox Theo (Jetten và cộng sự, 1999), khoảng nhiệt độ cho vi khuẩn anammox sinh trưởng là 20-43°C, thuận lợi nhất ở 40°C Trên nghiên cứu về một loại vi khuẩn anammox

K.stuttgartensis, (Egli, 2001) đã đưa ra được điều kiện nhiệt độ thích hợp nhất là 37°c và khi

nhiệt độ ừên 45°c thi không còn thấy hoạt động của vi khuẩn này Ngoài ra, hoạt động của vi

khuẩn K.stuttgartensis chỉ còn khoảng 24% ở 1 l°c so với khi hoạt động ở 37°c

2 Ó.2.2 Ảnh hưởng của Oxy hòa tan (DO - Dissolved Oxygen)

Theo (Van De Graaf và cộng sự, 1996), khi nồng độ DO khoảng 0 - 0,01 mg/L thì vi

21

khuẩn anammox hoạt động hiệu quả ttên mô hình dạng mẻ Một nghiên cứu khác thực hiện bởi (Strous và cộng sự, 1997) thì vi khuẩn anammox hoạt động ở môi trường không hoàn toàn kỵ khí Bởi vì khi ghép nối 2 quá trình niừat hóa bán phần và anammox như be SNAP (Single stage Niừogen removal using Anammox and Partial nitritation) thì đòi hỏi DO ừong thiết bị phải lớn hơn lmg/L

2 Ó.2.3 Ảnh hưởng của nồng độ N-NH 4 và N-NO 2

Nồng độ N-NH4 và N-NO2 với vai ừò như cơ chất cũng có thể ức chế hoạt động của vi khuẩn, theo (Jetten và cộng sự, 1999) hoạt động của vi khuẩn anammox bị ức chế hoàn toàn khi nồng độ nitrit lớn hơn 20 mM Nếu vi khuẩn anammox hoạt động ừong điều kiện nồng

độ nitrit cao ừong hơn 12 giờ thì toàn bộ hoạt động sẽ bị ức chế Bên cạnh đó tỷ lệ giữa NH4/N-NO2 cũng rất quan trọng, vì theo phương trình (2-14), hoạt động anammox cho hiệu quả cao nhất khi tỷ lệ N-NH4/N-NO2 đạt khoảng 1/1,3

N-Một số đặc điểm của vi khuẩn anammox:

Vi khuẩn anammox có màu nâu đỏ

- Thời gian nhân đôi khoảng 10,6 ngày

- Tốc độ tiêu thụ nitơ khá cao, đạt 0,82gN/gVSS.ngày

- Theo Van de Graaf (1996), hoạt tính của anammox bị ảnh hưởng khi tiếp xúc với ánh

nắng mặt trời, giảm từ 30 - 50% hoạt tính

- Vi khuẩn anammox có thể hoạt động trong khoảng nhiệt độ từ 20°C đến 43°c, nhiệt

độ tối ưu là 37°c

- pH của vi khuẩn anammox ở khoảng 6,7 - 8,3, pH tối ưu là 8

- Anammox là vi khuẩn kị khí, vì vậy trong môi trường có nồng độ oxy hòa tan lớn

hơn 0,5% thì hoạt tính của anammox bị ức chế

- Vi khuẩn anammox là nhóm vi khuẩn tự dưỡng, chúng không dùng nguồn cacbon

hữu cơ (COD) để phát triển

- Sự ức che của nồng độ phosphate đối với 2 loài Candidatus Brocadia anarnmoxidans

và Candidatus Kuenenia stuttgartiensis là khác nhau và được ghi nhận qua nhiều nghiên cứu

Theo Pynaert (2003), hoạt tính của vi khuẩn anammox giảm xuống còn 63% so với hoạt tính

22

thông thường khi nồng độ phosphate là 55 mgPO43 ZL và giảm xuống còn 20% ở nồng độ 110 mgPO43ZL Ở nồng độ 285 mgPO43 /L hệ vi khuẩn anammox bị giảm hoạt tính 80%

- Tỉ lệ N-NH4/N-NO2 và nồng độ của N-NƠ2 cũng ảnh hưởng đến quá trình anammox

Tỉ lệ N-NH4ZN-NO2 phải là 1:1,32 theo lý thuyết Tuy nhiên, theo thí nghiệm của Van Hulle

và cộng sự (2003) cho thấy tỉ lệ này có thể thay đổi từ 0,5 - 1,5

- Vi khuẩn anammox bị ức chế khi nồng độ N-NO2 vượt quá 70 mg/1 trong vài ngày (theo Van Dongen et al, 2001) Theo báo cáo của Fux et al (2004), hoạt tính của anammox bị

ức chế nghiêm trọng khi nồng độ nitrit đạt 30 - 50 mg N-NO2/1 trong 6 ngày Theo Strous và cộng sự (1999), thì quá trình anammox không thể hoạt động khi nồng độ N-NO2 lớn hơn 100mg/l

Một số ưu điểm nổi bật của quá trình ANAMMOX:

- Không cần cung cấp nguồn carbon bên ngoài

- Lượng bùn tạo ra ít, thể tích bể xây dựng nhỏ (giảm được 50%)

- Giảm phát thải co2 (lên đến 90%) nên giảm nguồn gây hiệu ứng nhà kính

- Giảm nhu cầu về năng lượng và lượng điện tiêu thụ, lên đến 60-90% (so vói quá trình

niừat hóa/khử niừat hóa)

ttình này trong xử lý nước làm men bánh mì (Kalyuzhnyi et aỉ., 2006): Nguyên tắc của quá

trình này là sự kết họp anammox vói các điều kiện khử niừat tự dưỡng, sử dụng sunfua như