Qua trinh mang sinh hc x li nc thi

MỞ ĐẦU Hiện nay, môi trường ô nhiễm môi trường vấn đề thời nóng bỏng giới quan tâm Nước nguồn tài nguyên vô quan trọng cần thiết cho sống bị nhiễm nghiêm trọng Đã có nhiều phương pháp áp dụng nhằm xử lý ô nhiễm môi trường nước phường pháp vật lý, phưng pháp hóa học, phương pháp hấp phụ Trong phải kể đến phương pháp xử lí nước thải nhiễm phương pháp sinh học 1 Màng sinh học- sinh trưởng bám dính Màng sinh học gì? Trong dịng nước thải có vật rắn làm giá đỡ, vi sinh vật (chủ yếu vi khuẩn) dính bám bề mặt Trong số vi sinh vật có lồi sinh polysacarit có tính chất chất dẻo, tạo thành màng Màng dầy dần thêm thực chất khối vi sinh vật dính bám hay cố định chất mang Màng có khả oxi hóa chất hữu có nước chảy qua tiếp xúc, ngồi màng cịn có khả hấp phụ chất bẩn lơ lửng trứng giun sán,… Như vậy, màng sinh học tập hợp lồi vi sinh vật khác nhau, có hoạt tính oxi hóa chất hữu có nước tiếp xúc với màng Phân loại Dựa vào cấu tạo thiết bị xử lý, trình màng sinh học chia làm loại: + Bể lọc sinh học có vật liệu lọc không ngập nước (lọc nhỏ giọt) + Bể lọc sinh học có vật liệu lọc ngập nước + Đĩa quay sinh học RBC Trong tiểu luận chúng tơi tìm hiểu bể lọc sinh học có vật liệu lọc khơng ngập nước Cấu tạo màng sinh học Hình 1.1 Cấu tạo màng vi sinh vật Màng thường có độ dày từ 1-3mm Màu màng thay đổi theo thành phần nước thải từ màu vàng sang đến màu nâu tối Màng tạo thành từ hàng triệu đến hàng tỉ tế bào vi khuẩn, vi sinh vật khác có động vật nguyên sinh Khác với vi sinh vật bùn hoạt tính, thành phần lồi số lượng loài màng lọc tương đối đồng Mỗi màng lọc có quần thể cho riêng Màng sinh học tạo thành chủ yếu vi khuẩn hiếu khí phin lọc sinh học cơng trình làm nước hiếu khí, thực phải coi hệ tùy tiện Ngồi vi khuẩn hiếu khí, màng cịn có vi khuẩn tùy tiện kị khí Màng sinh học gồm lớp: + Lớp lớp lớp hiếu khí, dễ thấy loại trực khuẩn Bacillus + Lớp trung gian vi khuẩn tùy tiện, Pseudomonas, Alcaligenes, Flavobacterium, Micrococus Bacillus + Lớp sâu bên màng kị khí, thấy có vi khuẩn kị khí khử lưu huỳnh khử nitrat Desulfovibrio Như vậy, hệ vi sinh vật màng sinh học phin lọc thể tùy tiện + Phía màng lớp quần thể vi sinh vật với có mặt động vật nguyên sinh số sinh vật khác Các loài ăn vi sinh vật sử dụng phần màng sinh học để làm thức ăn tạo thành lỗ nhỏ màng bề mặt chất mang Quần thể vi sinh vật màng sinh học có tác dụng bùn hoạt tính Nhìn chung vùng phin lọc có sinh khối nhiều màng lọc dày nhất, vùng vùng Màng vi sinh vật tăng dần lên dày thêm, tế bào bên màng tiếp xúc với chất nhận oxi phải chuyển sang phân hủy kị khí Cơ chế hoạt động màng sinh học Màng sinh học oxi hóa tất hợp chất hữu dễ phân hủy có nước thải Màng bịt khe hạt cát, phin lọc giữ lại tạp chất, thành phần sinh học có nước làm cho vận tốc nước qua lọc chậm dần phin làm việc có hiệu Nó hấp phụ giữ lại vi khuẩn tạp chất hóa học Nó oxi hóa chất hữu có nước nước làm Nếu lớp màng dày ta dùng nước rửa, sục nước để loại bỏ màng phin chảy nhanh hơn, hiệu lọc có giảm lại hồi phục Vận tốc lọc tốt vào khoảng 11000 m3/0,4 ha.ngày Hiệu phin lọc chậm giữ tới 99% vi khuẩn có nước Cơ chế hoạt động chia thành giai đoạn sau:  Quá trình tiêu thụ chất làm nước Lớp màng vi sinh vật phat triển bề mặt vật liệu đệm tiêu thụ chất chất hữu cơ, oxi, nguyên tố vết…từ nước thải tiếp xúc với màng cho hoạt động Quá trình tiêu thụ chất sau: Đầu tiên chất từ chất lỏng tiếp xúc với bề mặt màng sau chuyển vận vào màng sinh học theo chế khuếch tán phân tử Trong màng sinh học diễn trình tiêu thụ chất trình trao đổi chất vi sinh vật màng Đối với loại chất chất rắn dạng lơ lủng có phân tử khối lớn khơng thể khuếch tán vào màng chúng phân hủy thành dạng phân tử khối nhỏ bề mặt màng sau tiếp tục q trình vận chuyển tiêu thụ màng sinh học giống Sản phẩm cuối trình trao đổi vận chuyển khỏi màng vào chất lỏng Qúa trình vận chuyển mô tả công thức sau: Chất hữu + oxi + nguyên tố vết → sinh khối vi sinh vật + sản phẩm cuối Khi thành phần cần thiết cho vi sinh vật tiêu thụ bị thiếu, phản ứng sinh học xảy không Nếu chất bị hết chiều sâu màng vi sinh vật, phản ứng sinh học có liên quan đến chất không xảy chất gọi chất trình Các nguyên tố vết nito, photpho, kim loại vi lượng khơng có đủ nước thải theo tỉ lệ phản ứng sinh học trở thành yếu tố giới hạn màng sinh học  Quá trình sinh trưởng , phát triển suy thoái màng vi sinh vật Quy luật chung phát triển màng vi sinh vật q trình tiêu thụ chất có nước thải làm nước thải sau: Quá trình vi sinh vật phát triển bám dính bề mặt đệm chia làm giai đoạn Giai đoạn thứ nhất, màng vi sinh vật mỏng chưa bao phủ hết bề mặt rắn Trong điều kiện tất vi sinh vật phát triển nhau, điều kiện, phát triển giống trình vi sinh vật lơ lửng Giai đoạn thứ hai độ dày màng trở lên lớn bề dày hiệu Trong giai đoạn thứ hai tốc độ phát triển số, bề dày lớp màng hiệu khơng thay đổi bất chấp thay đổi toàn lớp màng, tổng lượng vi sinh phát triển cung khơng thay đổi trong suốt q trình Lượng chất tiêu thụ dùng để trì trao đổi chất vi sinh vật, khơng có gia tăng sinh khối Trong giai đoạn thứ ba bề dày lớp màng trở nên ổn định, tốc độ phát triển màng cân với tốc độ suy giảm phân hủy nội bào, phân hủy theo dây chuyền thực phẩm bị rửa trơi lực cắt dịng chảy Trong q trình phát triển màng vi sinh vật phát triển số lượng chủng loại Bể lọc sinh học (Bể biophin) 1.1 Bể lọc sinh học có lớp vật liệu khơng ngập nước (lọc nhỏ giọt) Hình 2.1.Bể lọc sinh học nhỏ giọt 1.1.1 Cấu tạo Hình 2.2 Cấu tạo lọc sinh học nhỏ giọt Lọc nhỏ giọt loại bể lọc sinh học với vật liệu tiếp xúc không ngập nước Bể bao gồm vật liệu lọc, hệ thống phân phối nước, sàn đỡ thu nước • Vật liệu lọc Vật liệu lọc phong phú: từ đá cuội, đá dăm, đá ong, vòng kim loại, than đá, than cốc, gỗ mảnh, chất dẻo uốn lượn Các loại đá nên chọn cục có kích thước trung bình 60 – 100 mm Chiều cao lớp đá thường chọn 0,4m – 2,5m – 4m, trung bình khoảng 1,8 – 2,5m Nếu kích thước vật liệu nhỏ làm giảm độ hở cục vật liệu gây tắc nghẽn cục bộ, kích thước q lớn diện tích tiếp xúc giảm dẫn tới giảm hiệu suất xử lí Bể với vật liệu đá giăm thường có dạng hình trịn Những năm gần đây, kĩ thuật chất dẻo có nhiều tiến bộ, nhựa PVC, PP sử dụng rộng rãi có đặc điểm nhẹ Các vật liệu lọc cần đáp ứng yêu cầu sau: - Diện tích riêng lớn - Chỉ số chân không cao để tránh lắng đọng - Nhẹ, sử dụng độ cao lớn - Có độ bền học đủ lớn • Hệ thống phân phối nước: Nước thải phân phối bề mặt lớp vật liệu lọc nhờ hệ thống giàn quay phun nước thành tia nhỏ giọt Khoảng cách từ vòi phun đến bề mặt vật liệu khoảng 0.2-0.3 m (hình 2.1; 2.2) • Sàn đỡ thu nước Sàn đỡ bê tông sàn nung Khi làm việc, vật liệu dính màng sinh học ngậm nước nặng tới 300- 350 kg/m3 Để tính tốn, giá đỡ thường lấy giá trị an tồn 500kg/m3 Khoảng cách từ sàn phân phối đến đáy bể thường 0.60.8 m Sàn đỡ thu nước thường có hai nhiệm vụ: - Thu nước có mảnh vỡ màng sinh học bị tróc - Phân phối gió vào bể lọc để trì MT hiếu khí khe rỗng 2.1.2 Cơ chế hoạt động Các vật liệu lọc có độ rỗng diện tích mặt tiếp xúc đơn vị diện tích lớn điều kiện Nước từ hệ thống phân phối nước đến vật liệu lọc chia thành dòng hạt nhỏ chảy thành lớp mỏng qua khe hở vật liệu, đồng thời tiếp xúc với màng sinh học bề mặt vật liệu làm vi sinh vật màng phân hủy hiếu khí kị khí chất hữu có nước Các chất hữu phân hủy hiếu khí sinh CO2 nước, phân hủy kị khí sinh CH4 CO2 làm tróc màng khỏi vật mang, bị nước theo Trên mặt giá mang vật liệu lọc lại hình thành màng Hiện tượng lặp lặp lại nhiều lần Kết BOD nước thải bị vi sinh vật sử dụng làm chất dinh dưỡng bị phân hủy kị khí hiếu khí: nước thải làm Nước thải trước đưa vào sử lí lọc phun cần phải qua xử lí sơ để tránh tắc nghẽn khe vật liệu Nước sau xủ lí lọc sinh học thường chứa nhiều chất lơ lửng mảnh vỡ màng sinh học theo, cần phải đưa vào lắng lưu thời gian thích hợp để lắng cặn Trong trường hợp này, khác với nước bể aroten: nước khỏi bể lọc sinh học thường bùn cặn bể aroten Nồng độ bùn cặn thường nhỏ 500mg/l, không xảy tượng làm hạn chế Tải trọng bề mặt lắng sau lọc phun vào khoảng 16-25 m3/m2.ngày 2.1.3 Phân loại bể lọc nhỏ giọt Dựa vào thông số khác bể lọc mà người ta chia làm hai loại: bể lọc tải trọng thấp bể lọc tải trọng cao Sự khác đưa bảng 2.1 Bảng 2.1 Phân biệt tải trọng bể lọc sinh học nhỏ giọt (các tiêu thiết kế) Thông số Chiều cao lớp VL Đơn vị đo m Tải trọng thấp 1-3 Tải trọng cao 0,9-2,4 (đá) 6-8 (nhựa Loại VL Đá cục, than cục, đá ong, cuội lớn 0,08-0,4 tấm) Đá cục, than, đá ong, nhựa đúc O,4-1,6 Tải trọng kgBOD5/m3vật theo chất liệu ngày Tải trọng m3/m2.ngày 1-4,1 4,1- 40,7 thủy lực theo diện tích bề nặt Hiệu % 80-90 65-85 BOD Chú ý: tải trọng thủy lực nêu bảng tỉ số lưu lượng nước xử lý (m3/ngày) cộng với lưu lượng tuần hồn (m3/ngày) (nếu có) chia cho diện tích bề mặt bể lọc S (m2) 2.1.4 Ưu, nhược điểm bể lọc sinh học nhỏ giọt • Ưu điểm bể lọc sinh học nhỏ giọt: - Q trình oxi hóa nhanh nên rút ngắn thời gian xử lí - Điều chỉnh thời gian lưu nước tốc độ dòng chảy - Xử lí hiệu nước cần có q trình khử nitrat phản nitrat hóa - Nước khỏi bể lọc sinh học thường bùn cặn bể aroten • Nhược điểm bể lọc sinh học: - Khơng khí khỏi bể lọc thường có mùi thối - Khu vực xung quanh bể thường có nhiều ruồi muỗi 2.2 Bể lọc sinh học có lớp vật liệu ngập nước 2.2.1 Cấu tạo Bể lọc sinh học có lớp vật liệu ngập nước bao gồm vật liệu lọc, hệ thống phân phối nước, sàn đỡ thu nước giống bể lọc sinh học có vật liệu không ngập nước Tuy nhiên lớp vật liệu lọc thiết kế ngập nước (hình 2.3) Hình 2.3 Bể lọc sinh học có lớp vật liệu ngập nước 2.2.2 Cơ chế hoạt động Trong trình làm việc, lọc khử BOD chuyển hóa NH4+ thành NO3-, lớp vật liệu lọc có khả giữ lại cặn lơ lửng Để tiếp tục khử BOD, NO3-, P người ta thường đăt lọc liên tiếp.Giàn phân phối khí lọc sau lớp vật liệu với độ cao cho lớp vật liệu nằm phía vùng hiếu khí để khử NO3- P Ở lọc nước khơng khí chiều từ lên cho hiệu xử lí cao Kĩ thuật áp dụng cho việc xử lí nước thải sinh hoạt thị đồng thời khử hợp chất hữu cacbon nito đồng thời loại bỏ huyền phù Đối với nước sinh hoạt phương pháp lọc sinh học với vật liệu ngập nước thích hợp để nitrat hóa khử nitrat hóa 2.2.3 Ưu, nhược điểm bể lọc sinh học có lớp vật liệu ngập nước • Ưu điểm Kĩ thuật dựa hoạt động quần thể vi sinh vật tập trung màng sinh học có hoạt tính mạnh bùn hoạt tính Do phương pháp có số ưu điểm sau: - Chiếm diện tích - Đơn giản dễ dàng cho việc bao che cơng trình, khử độc đảm bảo mĩ quan - Không cần phải rửa lọc - Phù hợp với nước thải pha loãng - Đưa vào hoạt động nhanh - Dễ dàng tự động hóa • Bên cạnh bể lọc sinh học có vật liệu ngập nước có nhược điểm: - Tăng tổn thất tải lượng - Giảm lượng nước thu hồi - Tổn thất khí cấp cho q trình - Giảm khả giữ huyền phù 2.3 Đĩa quay sinh học RBC 2.3.1 Cấu tạo Đĩa quay sinh học gồm hàng loạt đĩa tròn, phẳng làm PVC PS, lắp trục Các đĩa đặt vào nước phần (khoảng 30-40% theo đường kính có ngập tới 70-90%) quay chậm làm việc Đây công trình hay thiết bị xử lý nước thải kĩ thuật màng sinh học dựa sinh trưởng gắn kết vi sinh vật bề mặt vật liệu đĩa Hình 2.4 Đĩa quay sinh học Vật liệu thường gặp dạng đĩa có diện tích bề mặt khoảng - 7,62 m2/m3, dạng lưới có diện tích bề mặt tử 9,1 – 10,6 m2/m3 Dạng đĩa chế tạo từ nhựa cứng polystyren dạng lưới làm từ polyetylen 2.3.2 Cơ chế hoạt động Khi quay, màng sinh học tiếp xúc với chất hữu nước thải sau tiếp xúc với oxi khỏi nước thải Đĩa quay sinh học nhờ moto sức gió Nhờ quay liên tục mà màng sinh học vừa tiếp xúc với khơng khí vừa tiếp xúc với chất hữu nước thải, chất hữu phân hủy nhanh Yếu tố quan trọng ảnh hưởng tới hoạt động RBC lớp màng sinh học Khi bắt đầu vận hành vi sinh vật nước bám vào vật liệu phát triển tất vật liệu bao lớp màng nhầy dầy chừng 0,16-0,32 cm Sinh khối bám vào RBC tương tự màng lọc sinh học Vi sinh vật màng bám dính đĩa quay bao gồm vi khuẩn kị khí tùy tiện Pseudomonas, Alcaligenes, Flavobavterium,Micrococcus, vi sinh vật hiếu khí Bacillusthif thường có lớp màng Khi khí yếm khí tạo thành lớp màng vi sinh vật yếm khí Trong điều kiện yếm khí vi sinh vật thường tạo mùi khó chịu Nám vi sinh vật hiếu khí phát triển lớp màng trên, tham gia vào việc phân hủy chất ự đóng góp nấm đặc biệt quan trọng trường hợp pH nước thải thấp loại nước thải công nghiệp đặc biệt nấm khơng thể cạnh tranh với loại vi khuẩn thức ăn điều kiện bình thường pH tối ưu cho RBC tử 6,5 -7,8 Nhiệt độ nước thải mức 13 – 32oC khơng ảnh hưởng nhiều đến q trình hoạt động Tuy nhiên nhiệt độ giảm xuống 13oC hiệu xử lý giảm Để đạt hiệu cao nước thải phải giữ điều kiện thống khí tồn hệ thống để đảm bảo q trình oxi hóa hidrocacbon nitrat hóa Hình 2.5 Sơ đồ điển hình hệ thống xử lý RBC a- Hệ thống xử lý RBC b,c – cách đặt đĩa quay Tính tốn 3.1 Hiệu suất lọc S0 H = k AS n Sf Q Trong đó: So- BOD5 nước sau lắng (mg/l) Sf - BOD5 nước khỏi lọc sau lắng (mg/l) AS – Diện tích riêng vật liệu lọc (m2/m3) H – chiều cao chứa vật liệu (m) Q – Lưu lượng thủy lực tính m3/ ngày.tiết diện lớp đệm Tải lượng không tính đến tải lượng tuần hồn mà tính đến tải lượng xử lí 0,91 − n- hệ số thực nghiệm: n= 21,48 AS k- số thủy phân sinh học Phụ thuộc vào chất chất gây ô nhiễm đem xử lí nhiệt độ 3.2 Thể tích cần thiết khối vật liệu W= Trong đó: Q q0 Q – lưu lượng nước thải cần xử lí (m3/ngày) q0 – tải trọng thủy lực (m3/m3.ngày) 3.3 Tải trọng thủy lực q0 = C0 Fa S0 (m3/m3.ngày) Trong đó: C0 – tải trọng BOD5 cho phép 1m2 diện tích bề mặt lớp vật liệu (gBOD5/m2/ngày) Fa – Diện tích bề mặt lớp vật liệu đơn vị thể tích khối vật liệu (m2/m3) S0 – Hàm lượng BOD5 nước thải đầu vào (mg/l) 3.4 Tải trọng chất hữu C0 = P.H KT η (gBOD5/m2ngày) Trong đó: H – Chiều cao lớp vật liệu bể (m) P – Độ rỗng lớp vật liệu (%) KT – Hằng số nhiệt độ, η KT = 0,2.1,047(T − 20) - hệ số phụ thuộc vào hàm lượng BOD5 đầu