1. Nguyên tắc phân hủy COD
COD (Nhu cầu oxy hóa học) đề cập đến tổng lượng chất hữu cơ có thể oxy hóa và các chất vô cơ có thể khử trong nước. Cốt lõi của quá trình phân hủy là phá vỡ chất hữu cơ thành các phân tử nhỏ vô hại, có thể được phân loại thành hai loại
1. Phân hủy sinh hóa: Vi sinh vật hiếu khí (như vi khuẩn dạng bông trong bùn hoạt tính) chuyển hóa chất hữu cơ, phân hủy chúng thành CO₂ và H₂O đồng thời tổng hợp tế bào của chúng; vi sinh vật kỵ khí phân hủy chất hữu cơ phân tử lớn thành metan, CO₂ và các chất khác trong điều kiện không có oxy. Phương pháp này áp dụng cho COD dễ phân hủy (ví dụ: carbohydrate và protein trong nước thải sinh hoạt).
2. Phân hủy vật lý và hóa học: Đối với COD khó phân hủy (như hydrocarbon thơm và hợp chất dị vòng trong nước thải công nghiệp), quá trình oxy hóa tiên tiến (Fenton, oxy hóa ozone) được sử dụng để phá vỡ liên kết hóa học của chất hữu cơ, hoặc quá trình hấp phụ (than hoạt tính) được sử dụng để tách trực tiếp các chất ô nhiễm, do đó làm giảm giá trị COD trong nguồn nước.
Thành phần của Nhu cầu Oxy hóa học (COD) chủ yếu bao gồm () trong nguồn nước
A. Tất cả các chất hữu cơ
B. Chất hữu cơ có thể bị oxy hóa bởi các tác nhân oxy hóa mạnh + chất vô cơ có thể bị khử một phần
C. Tất cả các chất vô cơ
D. Phân hủy chất hữu cơ khó phân hủy II. Nguyên tắc phân hủy Amoniac Nitơ
Phân hủy amoniac nitơ (NH₃-N) chủ yếu liên quan đến sự biến đổi của nguyên tố nitơ, với các con đường sinh hóa là phương pháp chủ đạo, trong khi các phương pháp vật lý-hóa học đôi khi được sử dụng trong các trường hợp cụ thể
Nitrification-denitrification sinh hóa
Nitrification: Trong điều kiện hiếu khí với pH (7,5-8,5) và nhiệt độ (15-30°C) phù hợp, vi khuẩn nitrat hóa tự dưỡng (vi khuẩn oxy hóa nitrit + vi khuẩn oxy hóa nitrat) đầu tiên chuyển NH₃-N thành nitrit nitơ (NO₂⁻-N), sau đó tiếp tục chuyển hóa thành nitrat nitơ (NO₃⁻-N).
Phản ứng khử nitrat: Vi khuẩn khử nitrat dị dưỡng, trong điều kiện thiếu oxy, sử dụng nitrat nitơ làm chất nhận electron, khử nó thành N₂, được giải phóng vào khí quyển, do đó hoàn thành quá trình loại bỏ nitơ.
2. Phương pháp vật lý hóa
◦ Phương pháp sục khí: Điều chỉnh pH của nước thải lên 10,5-11,5, chuyển ion amoni (NH₄⁺) thành amoniac tự do (NH₃), và sục amoniac vào khí quyển bằng cách sục khí.
Phương pháp clo hóa điểm tới hạn: Thêm các chất oxy hóa như clo để oxy hóa amoniac nitơ thành N₂, phù hợp cho việc xử lý khẩn cấp nước thải amoniac nitơ nồng độ thấp.
III. Các yếu tố cốt lõi ảnh hưởng đến phân hủy COD
Đặc điểm chất lượng nước: COD dễ phân hủy (carbohydrate, protein) bị ảnh hưởng đáng kể bởi hoạt động của vi sinh vật; COD khó phân hủy (hydrocarbon thơm, hợp chất dị vòng) phụ thuộc vào cường độ oxy hóa của các quá trình oxy hóa tiên tiến, không thể phân hủy hiệu quả bằng các phương pháp sinh hóa thông thường.
2. Điều kiện vi sinh vật: Các quá trình hiếu khí đòi hỏi đủ oxy hòa tan (DO 2-4mg/L) và nồng độ bùn phù hợp (MLSS 2000-4000mg/L); các quá trình kỵ khí đòi hỏi môi trường hoàn toàn không có oxy và thời gian lưu bùn phù hợp (SRT). Quần thể vi sinh vật mất cân bằng sẽ làm giảm trực tiếp hiệu quả phân hủy.
3. Thông số môi trường: Nhiệt độ nước (phạm vi tối ưu: 20-35°C), pH (6,5-8,5). Nhiệt độ thấp hoặc axit/kiềm mạnh có thể ức chế quá trình trao đổi chất của vi sinh vật; các chất độc hại (kim loại nặng, phenol) có thể gây hại cho quần thể vi khuẩn, dẫn đến sự sụt giảm mạnh hiệu quả loại bỏ COD.
4. Vận hành quy trình: Thời gian lưu thủy lực (HRT) và tỷ lệ tuần hoàn trong các phương pháp sinh hóa, cũng như liều lượng hóa chất (ví dụ: tỷ lệ Fe²⁺ trên H₂O₂ trong thuốc thử Fenton) và thời gian phản ứng trong các phương pháp vật lý hóa, đều ảnh hưởng đến hiệu quả phân hủy COD.
4. Các yếu tố cốt lõi ảnh hưởng đến phân hủy Amoniac Nitơ
Hoạt động của vi khuẩn nitrosation: Vi khuẩn nitrosation là vi khuẩn tự dưỡng, phát triển chậm và nhạy cảm với điều kiện môi trường. Chúng đòi hỏi đủ oxy hòa tan (DO ≥2mg/L) và thời gian lưu bùn dài (SRT 10-20d). Điều kiện thiếu oxy hoặc thời gian lưu bùn quá ngắn có thể dẫn đến sự đình trệ trong phản ứng nitrosation.
2. Thông số môi trường: Nhiệt độ nước (15-30°C), dưới 10°C làm giảm đáng kể tốc độ nitrat hóa; pH (7,5-8,5), điều kiện axit ức chế hoạt động của vi khuẩn nitrat hóa; các chất độc hại (như kim loại nặng, xyanua) trực tiếp tiêu diệt vi khuẩn nitrat hóa.
3. Điều kiện khử nitrat: Vi khuẩn khử nitrat đòi hỏi môi trường thiếu oxy và nguồn carbon đầy đủ (tỷ lệ C/N ≥ 5:1). Nguồn carbon không đủ ngăn cản quá trình khử nitrat hoàn toàn, dẫn đến nitrat nitơ còn dư từ quá trình chuyển đổi amoniac nitơ và khó đáp ứng các tiêu chuẩn nitơ tổng.
4. Thông số quy trình: Thời gian lưu thủy lực và cường độ sục khí trong giai đoạn nitrat hóa, cũng như độ chính xác điều chỉnh pH (10,5-11,5) và thể tích khí sục trong phương pháp vật lý hóa (phương pháp sục khí), đều ảnh hưởng đến hiệu quả loại bỏ amoniac nitơ.
V. Các yếu tố ảnh hưởng phổ biến
• Tải đầu vào: Sự dao động quá mức về nồng độ COD và amoniac nitơ, vượt quá khả năng xử lý của quy trình, sẽ dẫn đến chất lượng nước thải vượt tiêu chuẩn.
• Hiệu quả tiền xử lý: Nếu các quy trình tiền xử lý như song chắn rác và bể lắng cát không loại bỏ hiệu quả cặn lơ lửng và tạp chất hạt lớn, chúng có thể làm tắc nghẽn bộ phản ứng, làm suy giảm hiệu quả truyền khối và gián tiếp làm giảm hiệu suất phân hủy.
