Báo cáo nghiên cứu khoa học: " PHÁT TRIỂN QUÁ TRÌNH XỬ LÝ SINH HỌC MỚI LOẠI NITƠ TRONG NƯỚC THẢI TRÊN CƠ SỞ PHẢN ỨNG ANAMMOX"

Chia sẻ: Nguyễn Phương Hà Linh Linh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:10

Thêm vào BST

Báo xấu

126
lượt xem 32
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài báo giới thiệu sự phát triển, khả năng xử lý và một số đặc trưng của quá trình xử lý sinh học loại nitơ mới kết hợp nitrit hóa bán phần và oxi hóa kỵ khí amôni, viết tắt là SNAP.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Báo cáo nghiên cứu khoa học: " PHÁT TRIỂN QUÁ TRÌNH XỬ LÝ SINH HỌC MỚI LOẠI NITƠ TRONG NƯỚC THẢI TRÊN CƠ SỞ PHẢN ỨNG ANAMMOX"

TẠP CHÍ KHOA HỌC, Đại học Huế, Số 48, 2008 PHÁT TRIỂN QUÁ TRÌNH XỬ LÝ SINH HỌC MỚI LOẠI NITƠ TRONG NƯỚC THẢI TRÊN CƠ SỞ PHẢN ỨNG ANAMMOX Phạm Khắc Liệu Trường Đại học Khoa học, Đại học Huế Kenji Furukawa Trường Sau đại học về Khoa học và Công nghệ, Đại học Kumamoto (Nhật Bản) TÓM TẮT Bài báo giới thiệu sự phát triển, khả năng xử lý và một số đặc trưng của quá trình xử lý sinh học loại nitơ mới kết hợp nitrit hóa bán phần và oxi hóa kỵ khí amôni, viết tắt là SNAP. Quá trình SNAP được phát triển trong các bể phản ứng sử dụng vật liệu bám cho sinh khối làm từ sợi acrylic. Thí nghiệm nạp liên tục bằng nước thải tổng hợp mô phỏng nước rỉ rác chứa amôni với nồng độ 240 mg-N/L ở tải trọng 0,6 kg-N/m3/ngày cho thấy sự vận hành ổn định với hiệu suất chuyển hóa amôni 85-90% và hiệu suất loại nitơ 75-80%. Kết quả tương tự đạt được trong một bể phản ứng khác với nồng độ amôni 500 mg-N/L và tải trọng đến 1,0 kg-N/m3/ngày, với hiệu suất loại nitơ 80%. Quá trình SNAP sinh ra rất ít bùn, với hiệu suất sinh bùn 0,045 mg- VSS/mg-N bị loại. Sự cùng tồn tại của các vi khu n oxi hóa hiếu khí amôni (AOB), oxi hóa nitrit (NOB) và oxi hóa kỵ khí amôni (anammox) trên lớp bùn bám dính đã được xác nhận. Các chủng vi khu n AOB và NOB tương tự với Nitrosomonas europaea và Nitrospira sp; các chủng vi khu n anammox tương tự với các chủng đã được biết trước đó là KU2 và KSU-1 đã được phát hiện bằng kỹ thuật phân tích gen 16S rDNA. 1. Mở đầu Nồng độ giới hạn các hợp chất nitơ trong tiêu chuNn nước thải được kiểm soát ngày một chặt hơn, nhằm giảm thiểu nguy cơ gây phú dưỡng các nguồn nước. Do đó, xử lý loại nitơ trong nước thải, chủ yếu là nitơ amôni, có ý nghĩa quan trọng. Phương pháp xử lý sinh học loại nitơ truyền thống dựa vào sự kết hợp của 2 quá trình nitrat hóa và khử nitrat. Tuy nhiên, phương pháp truyền thống này có những hạn chế nhất định như tiêu thụ nhiều oxy, phải bổ sung nguồn carbon hữu cơ… Năm 1995, phản ứng oxy hóa kỵ khí amôni (viết tắt là anammox) đã được phát hiện. Đây là chuyển hóa sinh học nitơ mới chưa từng được biết đến trước đó, trong đó amôni được oxi hóa bởi nitrit trong điều kiện kỵ khí, không cần cung cấp chất hữu cơ để tạo thành nitơ phân tử (phản ứng 1) [1]. NH4+ + 1,32 NO2- + 0,066 HCO3- + 0,13 H+ → 1,02 N2 + 0,26 NO3- + 0,066 CH2O0,5N0,15 + 2,03 H2O (1) 109
Sự phát hiện phản ứng anammox đã mở ra hướng phát triển kỹ thuật xử lý nitơ mới, đặc biệt là đối với nước thải có hàm lượng nitơ cao và chất hữu cơ thấp. Quá trình xử lý trên cơ sở kết hợp nitrit hóa-anammox có nhiều ưu điểm hơn xử lý bằng nitrat hóa-khử nitrat, làm giảm đáng kể chi phí xử lý [2]. Theo hướng tiếp cận nitrit hóa bán phần-anammox, một nửa amôni trong nước thải được oxy hóa đến nitrit, tiếp đó phần còn lại phản ứng với nitrit tạo ra theo phản ứng anammox. Do nitrit hóa và anammox là các chuyển hóa sinh học, thực hiện bởi các nhóm vi khuNn tự dưỡng có đặc điểm sinh trưởng khác nhau, vấn đề then chốt là nghiên cứu kỹ thuật phản ứng nhằm đạt được sự kiểm soát tốt nhất cả hai chuyển hóa. Đã có một số quá trình được phát triển theo hướng này như CANON [3], OLAND [4], [5]. Bài báo này trình bày kết quả nghiên cứu phát triển một dạng quá trình xử lý nitơ mới kết hợp nitrit hóa bán phần và anammox chỉ trong một thiết bị phản ứng (Single-stage Nitrogen removal using Anammox and Partial nitritation, hay SNAP). 2. Vật liệu và phương pháp nghiên cứu 2.1. Cấu tạo bể phản ứng Sơ đồ bể phản ứng SNAP được trình bày ở hình 1. Sử dụng hai bể phản ứng giống nhau, ký hiệu SN-2 và SN-3, làm bằng nhựa acrylic có dung tích 5 lít. Vật liệu bám làm từ sợi acrylic, được chế tạo bởi hãng NET (Nhật). Tỷ lệ vật liệu sử dụng là 10 g/L-thể tích bể. Các thông số vận hành (lưu lượng, pH, nhiệt độ, tốc độ sục khí) đều được kiểm soát bởi thiết bị tự động. Bể phản ứng được khởi động bằng bùn hoạt tính được nuôi lâu dài trong phòng thí nghiệm với môi trường Hình 1. Sơ đồ bể phản ứng dịch chiết thịt-pepton. Lượng bùn cấy vào ban đầu là 13 g (theo SS). Nước thải tổng hợp, mô phỏng nước rỉ rác đã qua xử lý giảm COD, được bơm vào để chạy bể phản ứng. Thành phần nước thải đầu vào được cho ở bảng 1. 2.2. Bố trí thí nghiệm Cả hai bể phản ứng đều đã hoạt động hơn 200 ngày qua các pha khởi động và nitrit hóa trước khi đạt đến pha SNAP. Ở bể SN-2, ảnh hưởng của các điều kiện vận hành được nghiên cứu qua 10 đợt thí nghiệm, ở mỗi đợt thay đổi các thông số HRT, pH, nhiệt độ và tốc độ sục khí. Sau đó, kéo dài thêm 5 đợt để khảo sát sự ổn định của quá trình. Bảng 2 trình bày các điều kiện vận hành ở các đợt thí nghiệm. Bể SN-3 được chạy với các điều kiện tốt nhất đã thu được ở bể SN-2 để nghiên cứu khả năng làm việc ở tải trọng nitơ cao. Hiệu quả của quá trình SNAP được đánh giá qua mức chuyển hóa amôni (%) và hiệu suất loại nitơ (%) từ kết quả phân tích mẫu nước thải đầu vào và đầu ra. 110
Mẫu bùn được lấy ra từ các bể phản ứng vào các ngày vận hành thứ 127, 298, 335, 344 và 442 để phân tích thành phần vi khuNn. Bảng 1. Thành phần nước thải đầu vào (mg/L) Thành phần Bể SN-2 Bể SN-3 1. NH4Cl 916 (240 theo N) 1908,5 (500 theo N) 2. KH2PO4 43,4 43,4 3. NaHCO3 630 1480,5 4. KHCO3 750 1762,5 5. MgSO4.7H2O 328 328 6. CaCl2.2H2O 235,2 235,2 7. FeSO4.7H2O 16 16 8. Na2.EDTA 16 16 (a) 9. KHP 37,5 37,5~45 10. Humic acid 0 4,5~5,0 (a) KHP: Potassium Hydrogen Phthalate (C8H5O4K) 2.3. Phương pháp phân tích NO2-N, NO3-N và độ kiềm lần lượt được xác định theo các phương pháp tiêu chuNn 4500-NO2- B, 4500-NO3- B và 2320.B của Hoa Kỳ [6]. Ảnh hưởng của nitrit khi xác định nitrat được hiệu chỉnh bằng cách thêm những lượng NO2-N biết trước vào các dung dịch chuNn NO3-N. NH4-N được xác định theo phương pháp phenat cải tiến [7]. Máy trắc phổ U-2010 (Hitachi) được dùng trong các phương pháp trắc quang. DO được đo bằng máy 782 Oxygen Meter (Strathkelvin Instruments). 2.4. Phương pháp xác định thành phần vi khu n Kỹ thuật phân tích 16S rDNA được tiến hành để xác nhận sự có mặt và định danh các vi khuNn nitrat hóa và anammox trong bùn SNAP. Đối với vi khuNn anammox, quy trình phân tích bao gồm tách chiết DNA, khuếch đại DNA với các mồi đặc hiệu cho vi khuNn anammox, xác định trình tự DNA và so sánh độ tương đồng với công cụ BLAST trên ngân hàng dữ liệu NCBI. Các mồi đặc hiệu anammox gồm Ana-5’ (5’- TAGAGGGGTTTTGATTAT-3’) và Ana-3’ (5’-GGACTGGATACCGATCGT-3’) [8]. Đối với các vi khuNn nitrat hóa, DNA được tách chiết rồi khuếch đại với các cặp mồi 357F-534R và GM5F-907R [9]. Chạy DGGE đối với các mảnh DNA đã khuếch đại, các băng DGGE tách ra được xác định trình tự và sau đó đi so sánh độ tương đồng như trên. 3. Kết quả và thảo luận 3.1. Sự hình thành quá trình SNAP Bảng 2. Các đợt thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng các điều kiện vận hành lên quá trình SNAP Điều kiện vận hành Đợt thí nghiệm (từ ngày Nhiệt độ T ốc đ ộ s ụ c đến ngày) HRT (h) pH (oC) khí (vvm)(a) 1 (0~17) 6 35 7,5 0,10 2 (18~31) 6 35 7,5 0,06 111
3 (32~45) 8 35 7,5 0,06 4(46~67) 8 35 7,8 0,06 5 (68~82) 10 35 7,8 0,10 6 (83~88) 10 35 0,10 ≥ 8,0 7 (89~103) 10 32.5 7,8 0,06 8 (104~113) 10 35 7,5 0,14 9 (114~127) 10 35 7,5 0,10 10 (128~191)(b) 10 35 7,5 0,10 11 (192~209)(c) - - - - 12 (210~242)(d) 12~10 30~35 7,5 0,06~0,10 13 (243~298) 6 35 7,5 0,10 14 (299~322) 10 35 7,5 0,10 15 (323~344) 10 35 7,8 0,10 16 (345~464) 10 35 7,5~7,8 0,06~0,10 Ghi chú: (a) vvm: thể tích khí/thể tích bể/phút (b) Sau khi loại bớt bùn không bám (c) Ngưng chạy, bảo quản bùn trong tủ lạnh (d) Khởi động lại bể, điều chỉnh các thông số Thời gian trước khi xuất hiện SNAP (ngày) -82 -78 -74 -70 -66 -60 -56 -52 -48 -44 -40 -36 -32 -28 -24 -9 100 90 Chuyển hóa NH4-N Tổng N loại NO3-N ra NO3-N ra (% của T-N ra ) Chuy ể n hóa NH4-N (%); 80 70 Tổ ng N lo ại (%) 60 50 40 30 20 10 0 -10 189 193 197 201 205 211 215 219 223 227 231 235 239 243 247 253 262 Thời gian vận hành từ khi khởi đ ộng (ngày) Hình 2. Sự hình thành quá trình SNAP ở cuối pha nitrit hóa Phản ứng nitrit hóa bán phần đã xảy ra ở bể SN-2 trong khoảng 240 ngày từ khi khởi động (báo cáo này không mô tả pha nitrit hóa). Trong suốt pha nitrit hóa, sai lệch cân bằng nitơ vào-ra không đáng kể (khoảng 5%). Tuy nhiên, ở cuối pha này, đã xuất hiện sự mất nitơ trên 80% và hiện tượng giảm đồng thời NH4-N và NO2-N, như chỉ ra trên hình 2. Màu của bùn chuyển từ vàng sẫm sang hơi đỏ. Đây là các dấu hiệu của sự 112
xuất hiện các vi khuNn anammox, sinh trưởng đồng thời với các vi khuNn nitrit hóa trên vật liệu bám. Nhờ đó, quá trình loại nitơ do nitrit hóa và anammox trong cùng một bể phản ứng đã được hình thành. Giả thiết đặt ra là trên lớp bùn bám khá dày, các vi khuNn oxy hóa hiếu khí amôni (AOB) phân bố ở phía ngoài còn các vi khuNn anammox phân bố ở bên trong–nơi môi trường kỵ khí tồn tại. Các AOB chuyển hóa một phần amôni trong nước thải thành nitrit; khi amôni và nitrit khuếch tán tiếp vào bên trong được chuyển hóa bởi các vi khuNn anammox. 3.2. Hiệu quả vận hành của quá trình SNAP ở các điều kiện khác nhau Kết quả vận hành trong 10 đợt thí nghiệm của pha SNAP được trình bày ở hình 3. Hiệu quả chuyển hóa amôni và loại nitơ cao đạt được ở các đợt thí nghiệm có HRT dài (đợt 5~10), có thể do tốc độ sinh trưởng chậm của cả vi khuNn AOB và anammox. Quá trình SNAP được cải thiện khi pH tăng từ 7,5 lên 7,8 (đợt 3-4). Tuy nhiên, cả hiệu suất chuyển hóa amôni và loại nitơ đều giảm khi pH cao hơn 8 ở đợt thí nghiệm 7, có thể do sự ức chế của NH3 tự do đối với các vi khuNn AOB và anammox. Sự gia tăng sục khí (ở đợt thí nghiệm 8) dẫn đến gia tăng mức chuyển hóa amôni nhưng đồng thời làm tăng nồng độ nitrat. Hiện tượng này là do ái lực oxy của vi khuNn oxy hóa nitrit (NOB) cao hơn AOB, nên khi DO tăng (2,2-2,5 mg/L so với 0,5-2,0 mg/L ở các đợt thí nghiệm khác) sẽ thúc đNy sự tạo thành nitrat. Nhìn chung, hiệu quả loại nitơ tăng theo nhiệt độ. Sự thay đổi đồng thời HRT và tốc độ sục khí (đợt 4-5) dẫn đến thay đổi đáng kể hiệu quả quá trình SNAP. Kết quả tốt nhất thu được ở đợt thí nghiệm thứ 5, với mức chuyển hóa amôni và hiệu suất loại nitơ trung bình tương ứng là 88,1 ± 3,1% và 78,5 ± 2,8% (n = 15). Các điều kiện vận hành ở đợt này là HRT 10 h, nhiệt độ 35oC, pH 7,8 và tốc độ sục khí 0,10 vvm. Sau khi loại bớt bùn không bám tốt khỏi bể phản ứng (ngày thứ 128), cả mức chuyển hóa amôni và hiệu suất loại nitơ đều giảm, đến khoảng 65% và 20%. Lý do có thể ở sự khuếch tán oxy tăng lên, làm thu hẹp vùng kỵ khí. Như vậy, sự tồn tại của một lượng bùn không bám tốt có ảnh hưởng nhất định đến quá trình SNAP. Ở bể SN-3, quá trình SNAP xuất hiện từ ngày thứ 200 từ khi khởi động và sau đó hiệu suất loại nitơ tăng liên tục. Giá trị trung bình 50 ngày của mức chuyển hóa amôni và hiệu suất loại nitơ tương ứng là 65,9 ± 12,0 % và 56,3 ± 12,2 %. Hiệu suất loại nitơ 80% đã đạt được trong một số ngày ở tải trọng khá cao là 1,0 kg-N/m3/ngày. Số liệu vận hành ở các đợt thí nghiệm kéo dài (13~15) trên bể SN-2 được cho ở bảng 3, có so sánh với các đợt trước cùng điều kiện vận hành. Nhìn chung, không có sự khác biệt đáng kể giữa từng 2 đợt, đa số kết quả của các đợt sau đều hơi cao hơn đợt trước. Điều đó cho thấy quá trình SNAP khá ổn định. Ở đợt thứ 16, khi các điều kiện vận hành được kiểm soát lỏng lẻo, mức chuyển hóa amôni và hiệu suất loại nitơ trung bình của 60 ngày là 89,2 ± 6,2% và 76,3 ± 7,2% ở tải trọng 0,6 kg-N/m3/ngày. 113
So sánh các thông số của SNAP với một số quá trình có nguyên tắc xử lý tương tự được cho ở bảng 4. Mức chuyển hóa amôni và hiệu suất loại nitơ của SNAP cao hơn so với các quá trình CANON và OLAND trên bể phản ứng kiểu SBR (mẻ kế tục), hơi thấp hơn quá trình OLAND cải tiến trên thiết bị RBC (đĩa quay sinh học). Chuyển hóa NH4-N Hiệu quả loại nitơ NO3-N ra 4 6 7 8 9 10 1 2 5 3 100 Chuyển hóa NH4-N, Tổng N loại (%), NO3-N ra (mg-N/L) 80 60 40 20 0 0 13 25 37 52 71 83 95 107 119 131 153 177 Thời gian vận hành (ngày) Hình 3. Hiệu quả vận hành của quá trình SNAP ở các điều kiện thí nghiệm khác nhau Bảng 3. Vận hành của bể SN-2 ở các đợt thí nghiệm xác định tính ổn định Đợt TN 1 13 9 14 5 15 Chuyển hóa 52,2 ± 2,4 58,9 ± 5,2 77,0 ± 2,4 76,4 ± 11,2 88,1 ± 3,1 89,8 ± 6,2 NH4-N, % Hiệu suất 44,9 ± 2,8 51,4 ± 4,8 60,9 ± 1,7 63,4 ± 10,8 78,5 ± 2,8 77,4 ± 7,3 loại nitơ, % Bảng 4. So sánh vận hành của quá trình SNAP với một số quá trình tương tự Chuyển hóa amôni Loại nitơ Tải trọng Hệ thống (kg- Nguồn kg- kg- % % 3 N/m /ngày) N/m3/ngày N/m3/ngày SNAP Nghiên 0,58 0,51 88,1 0,45 78,5 cứu này (SN-2) SNAP Nghiên 1,00 0,66 65,9 0,56 56,3 cứu này (SN-3) CANON 0,131 0,075 57,2 0,064 48,9 [3] (SBR) OLAND 0,25 0,07 26,2 0,04 15,2 [4] (SBR) OLAND 1,189 1,135 95,5 1,058 89,0 [5] (RBC) 114
3.3. Một số đặc điểm của quá trình SNAP 3.3.1. DO trong bể Giá trị DO đo được trong khối lỏng trong ở cả 2 bể dao động từ 0,5 đến 2,5 mg/L, trong khi DO bên trong và sát bề mặt các khối bùn bám trên vật liệu hầu như bằng 0 mg/L. Các số liệu này cho thấy quá trình SNAP xảy ra ở điều kiện hạn chế oxy. 3.3.2. Tiêu thụ độ kiềm Tiêu thụ độ kiềm trong suốt pha SNAP ở SN-2 trung bình là 3,50 ± 0,78 mg CaCO3/mg NH4-N chuyển hóa hay 4,2 ± 1,0 mg CaCO3/mg-N bị loại. Các giá trị này khá gần với giá trị lý thuyết (4,07 mg CaCO3/mg-N bị loại). Như vậy, tiêu thụ độ kiềm trong quá trình SNAP chỉ bằng khoảng một nửa so với trong quá trình nitrat hóa hay nitrit hóa (7,1 mg CaCO3/mg NH4-N chuyển hóa). Sự tiết kiệm tiêu thụ độ kiềm là một ưu điểm của quá trình xử lý trên cơ sở anammox bên cạnh tiết kiệm nhu cầu oxy. 3.3.3. Nồng độ bùn trong bể và hệ số sinh bùn Trong thời gian vận hành ổn định, nồng độ bùn trong bể SN-2 được xác định rất cao, khoảng 7,0 g-SS/L-thể tích bể; và lượng bùn bám khoảng 0,52 g-SS/g-vật liệu. Điều này cho thấy khả năng bám sinh khối cao của vật liệu sợi acrylic. Trên cơ sở cân bằng khối, hiệu suất tạo bùn của SNAP tính được khá thấp, chỉ 0,045 mg-VSS/mg-N bị loại. Từ đó, tuổi bùn được ước tính khoảng 189 ngày. Hệ số sinh bùn thấp cũng là một ưu điểm của quá trình xử lý sinh học, sẽ làm giảm yêu cầu xử lý bùn dư. 3.4. Thành phần vi khu n chức năng trong bùn SNAP Kết quả phân tích 16S rDNA các mẫu bùn lấy từ bể SN-2 và SN-3 được tóm tắt trong các bảng 5 và 6. Các vi khuNn anammox tương đồng cao với chủng KU2 đã được phát hiện trong tất cả mẫu bùn từ bể SN-2 và SN-3, và một vi khuNn anammox tương đồng với chủng KSU-1 đã được phát hiện trong mẫu bùn từ bể SN-2. Các chủng KU2 và KSU-1 đã được phát hiện trước đó trong các cột phản ứng nuôi làm giàu anammox ở cùng phòng thí nghiệm [8], [10]. Các chủng vi khuNn tương đồng với Nitrosomonas europaea và Nitrospira sp. đã được định danh như là những vi khuNn giữ vai trò oxy hóa amôni và nitrit trong quá trình SNAP. Kết quả phân tích MPN đã cho thấy mật độ Nitrosomonas europaea luôn cao hơn Nitrospira sp. trong bùn SNAP (cỡ 102 lần). Bảng 5. Kết quả tìm kiếm tương đồng với các trình tự được khuếch đại bằng các đoạn mồi đặc hiệu anammox Chủng tương đồng cao nhất (Số truy Mẫu Độ tương đồng cập) Vi khuNn từ bùn thiếu khí không nuôi cấy SN-2 (ngày 335) 104/105 (99%) KU2 (AB054007) Vi khuNn từ bùn thiếu khí không nuôi cấy SN-2 (ngày 344) 116/116 (100%) KU2 (AB054007) 115
SN-2 (ngày 442) Planctomycete KSU-1 (AB057453) 116/116 (100%) Vi khuNn từ bùn thiếu khí không nuôi cấy SN-3 (ngày 344) 131/131 (100%) KU2 (AB054007) Vi khuNn từ bùn thiếu khí không nuôi cấy SN-3 (ngày 442) 105/106 (99%) KU2 (AB054007) Bảng 6. Kết quả tìm kiếm tương đồng với các trình tự được khuếch đại bằng các đoạn mồi cho vi khu n nitrat hóa Chủng tương đồng cao nhất (Số truy Mẫu Độ tương đồng cập) Tất cả mẫu của SN- Nitrosomonas europaea (AJ245759) 99/104 (97%) 2 và SN-3(a) SN-2 (ngày 442)(b) Nitrosomonas europaea (BX321856) 515/531 (97%) SN-2 (ngày 442)(b) Nitrospira sp. clone b2 (AJ224038) 446/464 (96,1%) SN-2 (ngày 442)(b) Nitrospira sp. clone b30 (AJ224041) 524/533 (98,3%) SN-3 (ngày 442)(b) Nitrospira sp. clone b30 (AJ224041) 528/537 (98,3%) Ghi chú: (a) Các băng đặc biệt nhờ sử dụng đoạn đánh dấu Nitrosomonas (Nitrosomonas marker) tách từ sắc đồ DGGE của đoạn 16S rDNA khuếch đại bằng PCR với cặp mồi 357F và 534R. (b) Các băng tách ra trên sắc đồ DGGE của đoạn 16S rDNA khếch đại bằng PCR với cặp mồi GM5F-907R 4. Kết luận - Đã đạt được quá trình xử lý loại nitơ kết hợp nitrit hóa bán phần và anammox chỉ trong một bể phản ứng, gọi là quá trình SNAP. - Quá trình SNAP cho hiệu quả xử lý cao và ổn định với hiệu suất chuyển hóa amôni gần 90% và hiệu suất loại nitơ đến 80% ở tải trọng vận hành 0,6 kg-N/m3/ngày khi chạy với nước thải mô phỏng nước rỉ rác có nồng độ amôni đầu vào 240 mg-N/L. Hiệu quả xử lý tương tự cũng có thể đạt được khi vận hành ở tải trọng cao đến 1,0 kg- N/m3/ngày và nồng độ amôni 500 mg-N/L. - Quá trình SNAP có một số ưu điểm giúp giảm chi phí xử lý như: vận hành ở DO thấp, tiêu thụ độ kiềm thấp và hệ số tạo bùn rất thấp (0,045 mg-VSS/mg-N bị loại). - Sự cùng tồn tại các vi khuNn oxy hóa hiếu khí và kỵ khí amôni trong lớp bùn bám trên vật liệu mang sợi acrylic đã được kiểm chứng bằng kỹ thuật phân tích sinh học phân tử. Các vi khuNn chức năng được phát hiện trong bùn SNAP gồm các AOB tương đồng cao với Nitrosomonas europaea và các vi khuNn anammox tương đồng cao với các chủng anammox đã biết trước đó là KU-2 và KSU-1. 116
TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Strous, M., Heijnen J.J., Kuenen J.G, and Jetten M.S.M, The sequencing batch reactor as a powerful tool for the study of slowly growing anaerobic ammonium-oxidizing microorganisms, Appl. Microbiol. Biotechnol., Vol. 50, (1998), 589-596. 2. Jetten, M.S.M., Wagner, M., Fuerst, J., Van Loosdrecht, M.C.M., Kuenen, G.and Strous, M., Microbiology and application of the anaerobic ammonium oxidation (‘anammox’) process, Curr. Opin. Biotechnol., Vol.12, (2001), 283-288. 3. Slierkers, A.O, Derwort, N., Gomez, J.L.C., Strous, M., Kuenen, J.G., and Jetten, M.S.M., Completely autotrophic nitrogen removal over nitrite in one single reactor, Water Res., Vol.36, (2002), 2475-2482. 4. Kuai, L. and Verstraete, W., Ammonium Removal by the Oxygen-Limited Autotrophic Nitrification-Denitrification System, Appl. Environ. Microbiol., Vol. 64, No. 11, (1998), 4500–4506. 5. Pynaert, K, Smets, B.F., Wyffels, S., Beheydt, D., Siciliano, S.D., and Verstraete W., Characterization of an autotrophic nitrogen-removing biofilm from a highly loaded lab-scale rotating biological contactor, Appl. Environ. Microbiol., Vol.69. No. 6, (2003), 3626–3635. 6. APHA, AWWA, WEF, Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater, 19th edition, Washington DC, USA, 1995. 7. Kanda, J. Determination of ammonium in seawater based on the indophenol reaction with o-phenylphenol (OPP), Water Res., Vol. 29, No. 12, (1995), 2746-2750. 8. Fujii, T., Sigino, H., Rouse, J., and Furukawa, K., Characterization of the microbial community in an anaerobic ammonium-oxidizing biofilm cultured on a nonwoven biomass carrier, J. Biosci. Bioeng., Vol. 94, No. 5, (2002), 412-418. 9. Muyzer, G., de Waal, E.C., and Uitterlinden, A.G., Profiling of complex microbial populations by denaturing gradient gel electrophoresis analysis of polymerase chain reaction-amplified genes coding for 16S rRNA, Appl. Environ. Microbiol., Vol.59, No. 3, (1993), 695–700. 10. Imajo, U., Yasui, H., Ishida, H., Fujii, T., Sugino, H., and Furukawa, K., Detection and enrichment of anammox microorganisms from activated sludges, Journal of Japan Society on Water Environment, Vol. 27, No. 6, (2004), 413-418. 117
DEVELOPMENT OF A NOVEL NITROGEN REMOVAL PROCESS USING ANAMMOX REACTION Pham Khac Lieu College of Sciences, Hue University Kenji Furukawa Graduate School of Science and Technology, Kumamoto University, Japan SUMMARY In this paper, the development and some characteristics of a novel nitrogen removal process named SNAP (Single-stage Nitrogen removal using Anammox and Partial Nitritation) are presented. The SNAP process was developed on reactors packed with acryl-resin fiber biomass carriers and seeded with nitrifying activated sludge during long-term partial nitritation. Continuous experiments on a synthetic landfill leachate containing 240 mg NH4-N/L showed the stable ammonium conversion of 85~90% and N-removal of 75~80% at loading rate of 0.6 kg-N/m3/d. The operation of another reactor fed with 500 mg NH4-N/L also confirmed the treatment capability, with 80% N-removal at loading rates up to 1.0 kg-N/m3/d. The SNAP was a less sludge producing process with a sludge yield of 0.045 mg-VSS/mg-N removed. There was a co-existence of aerobic ammonium oxidizers (AOB), anaerobic ammonium oxidizers (anammox bacteria) and nitrite oxidizers (NOB) in the SNAP sludge. Nitrifiers closely relative to Nitrosomonas europaea, Nitrospira sp. and anammox bacteria similar to KU2 and KSU-1 strains were identified in the SNAP sludge by 16S rDNA analyses. AOB and anammox bacteria are dominant under operational conditions of the SNAP process. 118