Download miễn phí Đồ án Xử lý ammonium trong nước thải chăn nuôi heo bằng phương pháp nitrification và anammox



MỤC LỤC
PHẦN MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề 1
2. Mục tiêu nghiên cứu 2
3. Nội dung nghiên cứu 2
4. Phương pháp nghiên cứu 2
5. Giới hạn đề tài 3
6. Địa điểm - thời gian nghiên cứu 3
7. Y nghĩa của đề tài 4
8. Tính thực tế của đề tài 5
9. Nhu cầu kinh tế xã hội 5
CHƯƠNG I. TỔNG QUAN TÀI LIỆU TRONG NƯỚC – TỔNG QUAN CHUNG VỀ NƯỚC THẢI, NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI HEO 6
I.1. Sự nhiễm bẩn nguồn nước 7
I.2. Thành phần nước thải 8
I.3. Vai trò của ngành chăn nuôi heo 9
I.4. Sự ô nhiễm nước thải chăn nuôi heo 11
I.5. Một số phương pháp xử lý nước thải chăn nuôi heo 13
I.5.1. Xử lý nước thải bằng phương pháp cơ học 13
I.5.2. Xử lý nước thải bằng phương pháp hoá – lý 13
I.5.2.1. Đông tụ và keo tụ 13
I.5.2.2. Tuyển nổi 14
I.5.2.3. Hấp phụ 14
I.5.3. Xử lý nước thải bằng phương pháp hoá học 14
I.5.4. Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học 15
I.5.4.1. Xử lý nước thải bằng phương pháp lên men hiếu khí 15
I.5.4.2. Xử lý bằng phương pháp lên men yếm khí 16
I.5.4.3. Những yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học 17
I.5.5. Xử lý nước thải qua bể UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) 19
CHƯƠNG II. TỔNG QUAN TÀI LIỆU NƯỚC NGOÀI – TỔNG QUAN VỀ
XỬ LÝ SINH HỌC LOẠI NITƠ TRONG NƯỚC THẢI, NITRIFICATION
VÀ ANAMMOX 20
II.1. Mở đầu 20
II.2. Tổng quan về tình hình nghiên cứu ammonium trên thế giới 21
II.2.1. Tác hại của việc xả bỏ ammonium vào môi trường 23
II.3. Tổng quan về kỹ thuật xử lý nitơ truyền thống 25
II.3.1. Quá trình nitrate hóa 25
II.3.1.1. Động học của quá trình nitrate hóa 27
II.3.1.2. Các điều kiện tối ưu cho quá trình nitrate hóa 28
II.3.2. Quá trình khử nitrate 29
II.4. Các phương pháp xử lý ammonium 32
II.4.1. Phương pháp khử ammonium sinh học 33
II.4.2. Phương pháp hóa lý 34
II.4.3. Phương pháp oxy hoá kị khí ammonium(Anammox) 34
II.4.3.1. Sự phát hiện phản ứng Anammox 34
II.4.3.2. Hóa sinh học của Anammox 36
II.4.3.3. Vi sinh học của Anammox 39
II.4.3.3.1. Định danh và phân loại vi khuẩn Anammox 39
II.4.3.3.2. Một số đặc điểm sinh lý của vi khuẩn Anammox 41
II.4.3.3.3. Các yếu tố kiểm soát quá trình Anammox 42
II.4.3.3.4. Sinh học phân tử của vi khuẩn Anammox 43
II.4.3.3.5. Mối liên hệ di truyền của Anammox 44
 
II.4.4. Phản ứng ghép SHARON – ANAMMOX. 46
II.4.4.1. Quá trình SHARON 46
II.4.4.2. Quá trình CANON 47
II.4.4.3. Phản ứng ghép SHARON – ANAMMOX 48
CHƯƠNG III. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ THỰC NGHIỆM 50
III.1. Cơ sở lý thuyết 50
III.1.1. Hợp chất của Nitơ 50
III.1.2. Sự tác động của các vi sinh vật và ảnh hưởng của nó đến
hợp chất Nitơ 52
III.1.2.1. Quá trình Amon hoá Ure 53
III.1.2.2. Các tính chất cơ bản 53
III.1.2.2.1. Tính chất cơ bản của ammonium 53
III.1.2.2.2. Tính chất cơ bản của Nitrit 54
III.1.2.3. Độ pH 55
III.1.2.4. Lượng oxy hoà tan-DO 55
III.1.2.5. Nhu cầu oxy hoá học – COD 55
III.1.2.6. Hàm lượng chất rắn 56
III.2. Phương pháp nghiên cứu 57
III.2.1. Mô hình thí nghiệm 57
III.2.2. Phương pháp phân tích 59
III.2.2.1. Xác định ph 59
III.2.2.2. Xác định DO- Disolved Oxygen 60
III.2.2.3. Xác định lượng chất rắn lơ lửng – SS 60
III.2.2.4. Xác định COD - Phương pháp chuẩn độ ngược 60
III.2.2.4.1. Nguyên tắc 60
III.2.2.4.2. công cụ – Hoá chất 61
III.2.2.4.3. Tiến hành 62
III.2.2.4.4. Các yếu tố cản trở 63
III.2.2.4.5. Công thức tính 63
III.2.2.5. Xác định hàm lượng nitrate – phương pháp quang trắc với
thuốc thử acid phenol di- sunphonic. 64
III.2.2.5.1. Nguyên tắc 64
III.2.2.5.2. công cụ - Hoá chất 64
III.2.2.5.3. Tiến hành 65
III.2.2.5.4. Các yếu tố cản trở 66
III.2.2.5.5. Xác định đường chuẩn nitrat 66
III.2.2.6. Xác định hàm lượng nitrite - phương pháp diazo hóa 67
III.2.2.6.1. Nguyên tắc 67
III.2.2.6.2. công cụ - Hoá chất 67
III.2.2.6.3. Tiến hành 68
III.2.2.6.4. Các ion cản trở 68
III.2.2.6.5. Xác định đường chuẩn nitrite 68
III.2.2.7. Xác định hàm lượng ammonium - phương pháp so màu
với thuốc thử netsle 70
III.2.2.7.1. Nguyên tắc 70
III.2.2.7.2. công cụ - Hoá chất 70
III.2.2.7.3. Tiến hành 71
III.2.2.7.4. Các yếu tố cản trở 71
III.2.2.7.5. Xác định đường chuẩn ammonium 71
III.2.2.8. Xác định hàm lượng photphat P-PO4 73
III.2.2.8.1. Nguyên tắc 73
III.2.2.8.2. công cụ - Hóa chất 73
III.2.2.8.3. Cách tiến hành 74
III.2.2.8.4. Xác định đường chuẩn photphat 74
III.2.2.9. Xác định hàm lượng sắt tổng - phương pháp trắc quang với thuốc thử 1.10 – phenaltroline 75
III.2.2.9.1. Nguyên tắc 75
III.2.2.9.2. công cụ – Hóa chất 76
III.2.2.9.3. Các yếu tố ảnh hưởng 76
III.2.2.9.4. Cách tiến hành 77
III.2.2.9.5. Xác định đường chuẩn Fe 77
CHƯƠNG IV. KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ BIỆN LUẬN 79
IV.1. Kết quả thực nghiệm 79
IV.2. Biện luận 85
IV.3. Đề xuất sơ đồ dây chuyền công nghệ 91
CHƯƠNG V. KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ 95
V.1. Kết luận 95
V.2. Kiến nghị 95
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHẦN PHỤ LỤC
 
 
 


http://s1.liketly.com/flash/edoc/jh2i1fkjb33wa7b577g9lou48iyvfkz6-swf-2013-12-15-do_an_xu_ly_ammonium_trong_nuoc_thai_chan_nuoi_heo.AMH6r46vPE.swf /tai-lieu/de-tai-ung-dung-tren-liketly-49765/
Để tải bản Đầy Đủ của tài liệu, xin Trả lời bài viết này, Mods sẽ gửi Link download cho bạn sớm nhất qua hòm tin nhắn.
Ai cần download tài liệu gì mà không tìm thấy ở đây, thì đăng yêu cầu down tại đây nhé:
Nhận download tài liệu miễn phí

Tóm tắt nội dung tài liệu:

ù trình sinh tổng hợp tạo tế bào mới và 1 phần thoát nhiệt. Điều kiện tối ưu cho sự phát triển các vi khuẩn nitrat hoá là pH:7,5; DO:0,5mg/l; to:5-40oC. Ammonium được xử lý bằng nhiều phương pháp khác nhau, với các quá trình trên thì chỉ xử lý ammonium ở tải trọng trung bình còn với công nghệ mới thì có thể xử lý tải trọng ammonium cao hơn mà đơn giản và ít tiêu tốn năng lượng
Hình 3: Sơ đồ chuyển hoá ammonium
II.4.2. Phương Pháp Hóa Lý
Có thể loại bỏ nitơ bằng phương pháp hóa lý, phương pháp này dựa trên nguyên lý về sự cân bằng của ion ammonium và khí ammoniac trong dung dịch. Đưa độ pH của nước thải lên tới giá trị pH = 11 bằng cách cho thêm vôi vào để chuyển NH4+ thành NH3 trong nước và được loại bỏ bằng chưng cất lôi cuốn hơi nước. Tuy nhiên người ta thường sử dụng phương pháp này để kết hợp loại bỏ photpho. Thực tế ít sử dụng vì vốn đầu tư lớn, tốn năng lượng điện sử dụng để đun nóng, ngoài ra cặn nhạy cảm với nhiệt độ và dễ kết tủa nên không dễ dàng vận hành và bảo trì thiết bị.
II.4.3. Phương Pháp Oxy Hoá Kị Khí Ammonium (ANAMMOX)
II.4.3.1. Sự phát hiện phản ứng Anammox
Thật ra, phản ứng anammox đã được dự báo từ trước khi được phát hiện [22]. Trên cơ sở tính toán nhiệt động học, Broda đã dự báo sự tồn tại của các vi khuẩn tự dưỡng hóa năng có khả năng oxy hóa ammonium bởi nitrat, nitrit và thậm chí về mặt năng lượng còn dễ xảy ra hơn sự oxy hóa bởi oxy phân tử
NH4+ + NO2- " N2 + 2 H2O G0 = -357 kJ/mol (9)
5 NH4+ + 3 NO3- " 4 N2 + 9 H2O + 2 H+ G0 = -297 kJ/mol (10)
NH4+ + 1.5 O2 " NO2- + 2 H+ + H2O G0 = -275 KJ/mol (11)
Mãi 17 năm sau đó, bằng chứng thực tế đầu tiên của phản ứng anammox mới được phát hiện ở một bể denitrat hóa xử lý nước lắng của bể phân hủy bùn tại Gist-brocades (Delft, Hà Lan) [28]. Qua theo dõi cân bằng nitơ, các tác giả đã phát hiện thấy sự giảm đồng thời nồng độ ammonium và nồng độ nitrat, nitrit cùng sự tạo thành nitơ phân tử ở điều kiện kỵ khí.
Trong một vài năm tiếp theo, nhóm Đại học Kỹ thuật Deft (TU-Deft) đã có các nghiên cứu xác nhận và mô tả ban đầu về anammox được công bố [20], [22], [27]. Theo đó, anammox được xác định có bản chất là quá trình sinh học, ammonium được oxy hóa dưới điều kiện kỵ khí với nitrit là phần nhận điện tử, tạo thành nitơ phân tử.
Tiếp theo phát hiện của nhóm TU-Deft, phản ứng anammox cũng đã lần lượt được phát hiện và xác nhận trên các hệ thống xử lý nước thải bởi các nhà nghiên cứu ở các nơi khác như Đức (Schmid et al., 2000); Nhật (Furukawa et al., 2000); Thụy Sĩ (Egli et al., 2001); Bỉ (Pynaert et al., 2002); Anh (Schmid et al., 2003). [20]
Sự phát hiện vi khuẩn Anammox ở các hệ thống xử lý nước thải đã dẫn các nhà khoa học đến sự tìm kiếm trong các hệ sinh thái tự nhiên. Phản ứng anammox đã được chứng minh đóng đến 50% vai trò trong việc tạo khí nitơ trong trầm tích biển Baltic [27], trong vùng nước thiếu khí dưới đáy đại dương ở Costa Rica, [27]. Các vi khuẩn Anammox thuộc một chi mới đã được phát hiện trong vùng nước gần đáy Biển Đen [23].
Trên cơ sở các phát hiện vi khuẩn và phản ứng anammox, chu trình chuyển hóa nitơ tự nhiên có trong sách giáo khoa từ lâu nay đã được bổ sung một mắc xích mới và được viết lại.
Hình 4: Chu trình nitơ mới có thêm mắc xích anammox
Các nghiên cứu mô tả chi tiết về hóa sinh học, vi sinh học, sinh học phân tử, . . . của anammox tiếp tục phát triển mạnh từ cuối thập niên 1990 đến nay, đã làm rõ nhiều khía cạnh của anammox về mặt hóa sinh học, vi sinh học, sinh học phân tử, ….
II.4.3.2. Hóa Sinh Học Của Anammox
Phương Trình Phản Ưùng
Như đã nói ở trên, phản ứng anammox đã được xác nhận là sự oxy hóa ammonium bởi nitrit, phản ứng hóa học đơn giản với tỉ lệ mol NH4+ : NO3- = 1:1 như ở phương trình (9).
Trên cơ sở cân bằng khối lượng từ thí nghiệm nuôi cấy làm giàu với kỹ thuật mẻ liên tục (SBR), có tính đến sự tăng trưởng sinh khối, phản ứng anammox được xác định với các hệ số tỉ lượng như sau [20]
NH4+ + NO2- Anammox N2 + 2 H2O
Cụ thể là:
NH4+ + 1.32 NO2- + 0.066 HCO3- + 0.13 H+ " 1.02 N2 + 0.26NO3-
+ 0.066 CH2O0.5N0.15 + 2.03 H2O (12)
Trong đó sự tạo thành lượng nhỏ nitrat từ nitrit được giả thiết là để sinh ra các đương lượng khử khi đồng hóa CO2. Phương trình này đã được chấp nhận rộng rãi như là thay mặt cho phản ứng anammox khi tính toán, giải thích,. . .
Cơ Chế Sinh Hóa
Cơ chế chuyển hóa nội bào của phản ứng anammox đến nay vẫn chưa được làm sáng tỏ hoàn toàn. Cơ chế sinh hóa của anammox được đề nghị như hình dưới đây [22]
Hình 5. Cơ chế sinh hóa quá trình anammox
NR: enzyme khử nitrit (sản phẩm giả thiết là NH2OH); HH: hydrazine hydrolase, enzyme xúc tác tạo hydrazyne từ amôni và hydroxylamine; HZO: enzyme oxy hóa hydrazine (tương tự enzyme hydroxylamine oxidoreductase tức HAO ở các Nitrosomonas);Cytoplasm:tế bào chất
Theo đó, quá trình đi qua sản phẩm trung gian là hydrazine (N2H4). HZO, một enzyme tương tự như HAO trong oxi hóa hiếu khí ammonium, sẽ xúc tác cho sự oxy hóa hydrazine thành nitơ phân tử (G0 = -288 kJ/mol). Các điện tử từ quá trình oxy hóa này (4 e-) sẽ được vận chuyển đến cho sự khử nitrit thành hydroxylamine với một enzyme tạm gọi là NR (G0 = -22.5 kJ/mol). Hydroxylamine tạo ra sẽ phản ứng ngưng tụ với ammonium tạo ra hydrazine mới (xúc tác bởi enzyme HH,), (G0 = -46 kJ/mol). Chu trình xúc tác cứ thế sẽ được lặp lại.
Các bằng chứng ban đầu cho thấy phản ứng ngưng tụ ammonium với hydroxylamine và oxy hóa hydrazine xảy ra bên trong một thể gọi là anammoxosome. Anammoxosome nằm trong tế bào chất , bao bọc bởi màng cấu tạo từ lipid ladderane, có thể phân lập được nguyên vẹn từ tế bào anammox [20]. Các đặc điểm, chức năng của anammoxosome vẫn còn đang được tiếp tục nghiên cứu và được coi là một trong các vấn đề thú vị của sinh học tế bào [22]. Hình 6 cho thấy sơ đồ phân khoang của tế bào anammox, với vị trí của anammoxosome.
Hình 6: Sơ đồ phân khoang tế bào anammox
Cell wall: thành tế bào, Intracytoplasm: màng trong tế bào chất, Cytoplasmic membrane: màng tế bào chất, Nucleoid: thể nhân.
Một điểm khá thú vị liên quan đến enzyme đặc trưng HZO của vi khuẩn anammox. HZO được biết có cấu trúc tương tự HAO trong các vi khuẩn Nitrosomonas, tức là chứa các cytochrome c (cyt c) với các haem c và haem hấp thụ mạnh ở 468 nm (tương tự P460 của HAO) [27]. Vì ion trung tâm của các haem này là sắt (FeII và FeIII), nên các vi khuẩn anammox có màu đỏ đặc trưng nếu quần tụ ở mật độ lớn. Việc quan sát sự xuất hiện màu đỏ là một chỉ dấu tốt cho sự phát hiện vi khuẩn anammox.
Hình 7: Cơ chế chuyển hoá của anammox
II.4.3.3. Vi Sinh Học Của Anammox
II.4.3.3.1. Định Danh Và Phân Loại Vi Khuẩn Anammox
Đến nay đã có 3 chi của vi khuẩn anammox được phát hiện, gồm Brocadia, Kuenenia và Scalindua. Về mặt phân loại, các vi khuẩn anammox là những thành viên mới tạo thành phân nhánh sâu của ngành Planctomycetes, bộ Planctoycetales [20],[28]
Ở trường hợp phát hiện đầu tiên, bùn kỵ khí được nuôi cấy làm giàu bằng phương pháp mẻ liên tục (SBR), vi khuẩn được tách bằng kỹ thuật ly tâm gradient tỷ trọng, chiết xuất DNA, rồi tiến hành phân tích trình tự 16S rDNA. Kết quả phân tích trình tự cho thấy vi khuẩn thu

---