- Nguyên tắc cơ bản:
Khử bằng phương pháp sinh học khai thác các khả năng của một số trường hợp trong tự nhiên vi khuẩn sử dụng nitrat để hô hấp trong điều kiện thiếu oxy ( không có oxy).
Toàn bộ quá trình từ nitrat thành khí ni tơ như sau:
NO3– →NO2– → NO→N2O→N2
Khử nitrat có thể sử dụng bằng cả hai hình thức dị dưỡng và tự dưỡng vi khuẩn.
Quá trình dị dưỡng được thực hiện bằng cách sử dụng chất có gốc cacbon hữu cơ như ethanol, methanol hoặc axit axetic như nguồn thức ăn cho vi khuẩn.
Với quá trình tự dưỡng nguồn cacbon cho vi khuẩn thu được từ bicarbonate trong nước, cần giảm nguồn năng lượng vô cơ như lưu huỳnh .
Quá trình dị dưỡng thường được áp dụng rộng rãi hơn quá trình tự dưỡng
- Khử nitrat bằng quá trình dị dưỡng:
Thiết kế gồm bình phản ứng tầng sôi và cả hai bình phản ứng lên và xuống, các bình lọc hỗ trợ chứa vật liệu lọc như cát, than, hạt trao đổi ion.
Phải có nguồn để bổ sung cacbon vào nước thô thường bằng ethanol, methanol hoặc axit axetic. Bề mặt phải được tính toán đủ để đạt lượng oxy hòa tan ( DO) cũng như giảm nitrat về mức mong muốn. Bảng dưới đây cho phép tính toán lượng chất bổ sung cần thiết để giảm DO, nitrat theo yêu cầu:
| Chất bổ sung | Mg cần thiết cho mỗi mg DO | Mg cần thiết cho mỗi mg nitrat |
| Methanol | 1.0 | 0,56 |
| Ethanol | 0,5 | 0,45 |
| Axit axetic | 1,2 | 0,79 |
Đối với một số nguồn nước cũng cần đến sử dụng phosphate để hỗ trợ tăng trưởng vi sinh, lượng phosphat yêu cầu là 2,26 mg/l cho mỗi mg/l nitrat loại bỏ.
Nước chứa các chất bổ sung đi đến bình phản ứng tại đây sẽ diễn xảy ra quá trình giảm nitrat. Các bình phản ứng được hỗ trợ bởi các bình lọc cát, than để loại bỏ các sinh khối dư thừa.
Khi cacbon hữu cơ được thêm vào nước, sự phát triển của vi khuẩn dị dưỡng được tăng cường.
Nếu liều lượng không đủ có thể dẫn đến sự hiện diện của nitrit trong nước, các nitrit này có thể dễ dàng bị oxy hóa thành nitrat bởi clo, do đó sẽ làm giảm hiệu quả và làm tăng chi phí vận hành. Vì thế cần tính toán nồng độ cao hơn một chút để khử được hoàn toàn, nguồn cacbon dư thừa sau đó được loại bỏ tại bình lọc có chứa hạt nhựa trao đổi ion.
Có nhiều thiết kế khác nhau có thể được dùng cho quá trình khử nitrat bằng dị dưỡng bao gồm cả bình phản ứng và bình phản ứng tầng sôi. Bình phản ứng tầng sôi cho phép tỷ lệ loại bỏ nitrat cao hơn và tránh được các vấn đề do tắc nghẽn và chứa khí của bộ lọc.
Bình phản ứng xuôi dòng được biết đến bằng việc sử dụng aluminosilicate như là chất hỗ trợ và ethanol như là nguồn cacbon.
Bộ lọc hỗ trợ sau chứa than hoạt tính và cát để hỗ trợ cho quá tình khử nitrat.
Bình phản ứng ngược dòng sử dụng axit axetic hoặc ethanol như chất bổ sung.
Bình phản ứng tầng sôi ngược dòng sử dụng cát mịn với kích thước 0,3 – 0,5 mm để hỗ trợ sự tăng trưởng sinh học. Nước với nồng độ ethanol, methanol hoặc axit axetic tính toán chảy lên với một tốc độ đủ để cung cấp cho việc mở rộng phạm vi 40 -50% ( vận tốc điển hình với dòng chảy ngược 20 -30 m/h), thời gian cần giữ lại từ 5 -10 phút.
Kích thước bình phản ứng phụ thuộc vào tốc độ ngược dòng, nồng độ DO và nồng độ nitrat cần loại bỏ .
- Khử nitrat bằng quá trình tự dưỡng:
Quá trình này được thực hiện tự dưỡng tại bình hỗn hợp chứa lưu huỳnh và đá vôi ( CaCO3) theo tỷ lệ 1:1 về khối lượng. Bình khử khí được sử dụng để loại bỏ oxy từ nước. Nước sau khi loại bỏ oxy chảy trở lên qua bộ lọc với tốc độ lọc 0,5m/h tương tự như bộ lọc cát chậm. Trong điều kiện thiếu oxy nitrat được chuyển đổi thành khí nitơ trong khi lưu huỳnh hoạt động như chất hỗ trợ và được chuyển đổi thành sulphate. Quá trình khử đi kèm với sự hình thành của các ion hydro.
Mục đích của sử dụng đá vôi là để duy trì khoảng PH tối ưu ( PH từ 6,4 – 6,8) và cung cấp một nguồn cacbon vô cơ của vi khuẩn.
