BÀI TIỂU LUẬN MÔN VI SINH MÔI TRƯỜNG ĐỀ TÀI ỨNG DỤNG QUÁ TRÌNH TĂNG TRƯỞNG LƠ LỬNG CỦA VI SINH VẬT TRONG XỬ LÝ NƯỚC

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HCM KHOA SINH HỌC VÀ MÔI TRƯỜNG  BÀI TIỂU LUẬN MÔN: VI SINH MÔI TRƯỜNG ĐỀ TÀI: ỨNG DỤNG QUÁ TRÌNH TĂNG TRƯỞNG LƠ LỬNG CỦA VI SINH VẬT TRONG XỬ LÝ NƯỚC Thành phố Hồ Chí Minh, tháng năm 2022 DANH SÁCH HÌNH Hình 3.1 Phương pháp xử lý nước thải bùn vi sinh Hình 3.2 Q trình chuyển hóa chất bẩn bùn vi sinh Hình 3.3 Cơng nghệ UNITANK Hình 3.4 Bể SBR hoạt động với chu kỳ pha Hình 3.5 Nguyên lý hoạt động bể SBR Hình 3.6 Mương oxy hóa Hình 3.7 Quá trình Ludzack - Ettinger Hình 3.8 Quá trình Ludzack – Ettinger cải tiến (MLE) Hình 3.9 Quá trình khử nito cung cấp theo bậc Hình 3.10 Quá trình Bardenpho (4 bậc) Hình 3.11 Cơng nghệ A/O DANH SÁCH BẢNG Bảng 1.1 Chức vi khuẩn bùn hoạt tính MỤC LỤC PHẦN MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài: Mục đích đề tài: .6 PHẦN NỘI DUNG .6 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG .6 1.1 Định nghĩa bùn hoạt tính: 1.2 Thành phần cấu tạo: 1.3 Quá trình hình thành: 1.4 Vai trò bùn hoạt tính xử lý nước thải: .8 CHƯƠNG 2: CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG VÀ PHÂN LOẠI BÙN HOẠT TÍNH 10 2.1 Các yếu tố ảnh hưởng: .10 2.2 Phân loại bùn hoạt tính: .11 CHƯƠNG 3: QUÁ TRÌNH BÙN HOẠT TÍNH 12 3.1 Bể bùn hoạt tính (bùn sinh học) trình xử lý nước thải: .12 3.2 Nguyên lý công tắc: .12 3.3 Các dạng ứng dụng trình bùn hoạt tính: 15 3.3.1 Bùn hoạt tính – cịn gọi Aerotank: 15 3.3.2 Bể bùn hoạt tính tiếp xúc - ổn định: .15 3.3.3 Bể UNITANK: 16 3.3.4 Bể phản ứng dạng mẻ SBR: 18 `3.3.5 Mương oxy hóa: .20 3.4 Các trình khử nitrat, khử ntio: .22 3.4.1 Quá trình Ludzack – Ettinger: .22 3.4.2 Quá trình Ludzack – Ettinger cải tiến (MLE): .22 3.4.3 Quá trình khử nito cung cấp theo bậc: 23 3.4.4 Q trình khử nito bùn hoạt tính bậc (với nguồn cacbon bên ngoài): 23 3.4.5 Quá trình Bardenpho (4 bậc): 24 3.4.6 Quá trình Phoredox (A/O): .24 3.4.7 Quá trình A2/O: .25 3.4.8 UTC (University of Cape Town): 25 TÀI LIỆU THAM KHẢO 26 PHẦN MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài: Lý chọn đề tài: “Ứng dụng trình tăng trưởng lơ lửng vi sinh vật xử lý nước thải” vấn nạn ô nhiễm nguồn nước vấn đề vô cấp bách nước phát triển nước phát triển, công nghệ áp dụng nhiều nước có nhu cầu bảo trì, lượng thấp nhìn chung liên quan đến cơng nghệ Ngồi cịn phù hợp để xử lý phần nước thải cộng đồng có quy mơ nhỏ, hộ gia đình khả vận hành đơn giản, gặp phải cố có khả khơi phục tốt Và nhằm giúp cho tất người hiểu thêm công dụng cấu tạo q trình xử lý nước thải, từ giúp cho người dễ dàng tiếp cận trình xử lý nước thải để đưa chúng vào áp dụng đời sống thực tiễn Mục đích đề tài: Nhằm giúp hiểu rõ tường tận tầm quan trọng việc xử lý nước thải đời sống trình sản xuất cơng nghiệp đại Và cịn giúp hiểu cấu tạo máy vận hành trình tăng trưởng lơ lửng vi sinh vật q trình xử lý nước thải Ngồi ra, giúp hiểu tầm quan trọng trình xử lý nước thải hoạt động công nghiệp PHẦN NỘI DUNG CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 Định nghĩa bùn hoạt tính: Bùn hoạt tính (hay cịn gọi bùn vi sinh hoạt tính) quy trình xử lý nước thải nước thải cơng nghiệp sử dụng khơng khí khối sinh vật học bao gồm loài vi khuẩn động vật nguyên sinh Còn nơi tụ hợp vi sinh vật, vi khuẩn có khả giữ ổn định chất hữu hiếu khí tạo lập nên q trình sinh hóa hiếu khí xử lý nước thải theo kiểu phương pháp sinh học Chúng bơng cặn (có kích thước từ – 150um), màu nâu sẫm, chứa đựng chất hữu hấp thụ từ nước thải, nơi trú ngụ phát triển vi sinh vật, vi khuẩn khác 1.2 Thành phần cấu tạo: Bùn sinh học tập hợp cá thể sinh vật (còn gọi quần thể sinh vật), vi sinh vật bao gồm: vi khuẩn, nấm, Protozoa, tích trùng lồi động vật không xương sống, động vật bậc cao khác (giun, dịi, bọ) Bùn có hình thù dạng bóng, sở hữu màu nâu xám Chúng bao gồm sinh vật sống kết lại dạng hạt dạng với trọng tâm chất rắn lơ lửng (40%) Chất bùn hoạt tính lên đến 90% phần chết rắn rêu, tảo phần sót lại rắn khác Các hạt cặn xáo trộn thổi khí vào từ từ trở nên to lớn lên hấp phụ nhiều hạt rắn lơ lửng nhỏ bé, tế bào vi sinh vật, nguyên sinh động vật chất độc Những hạt bị tạm ngừng thổi khí vào chất kiệt quệ, chúng lắng xuống tạo nên bùn hoạt tính Khi bùn sinh học chìm xuống lúc gọi “bùn già” bùn hoạt tính bị hạ xuống đáng kể Hoạt tính bùn hoạt hóa trở lại cách cung cấp đầy đủ chất dinh dưỡng chất hữu cấp thiết Vi khuẩn nhóm vi sinh vật đặc biệt quan trọng việc phân hủy hợp chất hữu thành phần cấu tạo thiết yếu bùn hoạt tính Bản chất hợp chất hữu nước thải khẳng định vi khuẩn loại chủ đạo 1.3 Q trình hình thành: Trong tồn q trình phát triển sinh khối, vi sinh vật tiến hành đồng bộ, hấp thụ, bẻ gãy liên kết chất dinh dưỡng có nước thải Các vi sinh vật sinh sản cách nhân đôi tế bào cốt yếu Một mặt khác, trình sinh sản vi sinh vật không cần thiết phải đến bất tận mà tùy thuộc vào nhiều nhân tố khác như: thức ăn, độ pH, nhiệt độ… Do đó, nhân tố kể phía khơng thuận lợi trình sinh sản định dừng lại Vi khuẩn bám dính vào chất lơ lửng nước để trú ngụ, sinh sản phát triển sau hình thành nên hạt bơng bùn gọi bùn hoạt tính. Vi sinh vật tiếp tục phát triển lớn mạnh nhờ vào khả hấp thụ bề mặt oxy hóa chất hữu xuất nước thải chìm lại xuống phía đáy bể, từ xóa bỏ chất độc có hại khỏi nguồn nước biến mặt nước trở nên xanh Vi sinh vật sinh sản cách sinh sản giới tính, nảy mầm, yếu chúng sinh sản cách phân đôi tế bào Tuy nhiên, việc sinh sản ngừng lại thức ăn kiệt quệ, số pH nhiệt độ thay đổi giá trị tối ưu Tăng trưởng sinh khối bùn sinh học bước qua giai đoạn sau: - Giai đoạn tăng trưởng chậm: giai đoạn loại vi sinh vật cần thời gian để làm quen với môi trường dinh dưỡng Nhưng mà, giai đoạn tương đối ngắn giai đoạn phát triển chậm số lượng vi khuẩn - Giai đoạn tăng trưởng sinh khối theo logarit: tốc độ trao đổi chất tăng trưởng vi khuẩn phụ thuộc vào khả xử lý chất vi khuẩn Ở giai đoạn này, vi sinh vật dùng chất dinh dưỡng tăng trưởng sinh khối - Giai đoạn tăng trưởng chậm dần: trình tăng sinh khối giảm thấp xuống độ tăng sinh khối giảm dần chất dinh dưỡng môi trường kiệt quệ - Giai đoạn hô hấp nội bào: nồng độ chất dinh dưỡng cho tế bào kiệt quệ, vi khuẩn phải thực hành trao đổi chất nguyên sinh chất có tế bào Sinh khối giảm xuống dần chất dinh dưỡng lại tế bào chết khuyếch tán bên để cung cấp cho tế bào sống 1.4 Vai trò bùn hoạt tính xử lý nước thải: Bùn hoạt tính dùng rộng rãi xử lý nước thải để loại bỏ chất độc hại có nước đưa vào áp dụng cho nước thải sinh hoạt nước thải sản xuất (bột giấy, giấy, thực phẩm có hàm lượng chất hữu cao cần phân hủy sinh học) nhằm đáp ứng yêu cầu mức chuẩn nước thải đầu Cơ chế hoạt động bùn vi sinh việc xử lý nước thải sau: Các vi sinh bùn hoạt tính dùng chất hữu nước làm dinh dưỡng, phân hủy chất độc hại có nước (Nitơ, Amoni…) thành nước, CO hợp chất khác, sau phân hủy chất rắn lơ lửng phần cịn lại chìm xuống nước Vi khuẩn trình làm nước thải bùn hoạt tính chia thành nhóm sau: - Alkaligenes – Achromobacter - Pseudomanas - Enterobacteriaceae - Athrobacter baccillus - Cytophaga – Flavobacterium - Pseudomanas – Vibrio aeromonas - Achrobacter - Hỗn hợp vi khuẩn khác; Ecoli, Micrococus Nước thải có chứa protein dễ kích thích loài vi khuẩn như: Alcaligenes, Flavobacterium Baccillus phát triển Trong đó, nước thải chứa thành phần hợp chất hydrat cacbon cacbua hydro suy kích thích Pseudomanas Có khoảng thời gian người ta cho rằng, bùn hoạt tính xuất nên vi khuẩn Zoogloea Ramigera Nhưng trở sau, người ta nói tất lồi vi khuẩn đóng vai trị chính, cịn Zoogloea Ramigera đóng vai trị phụ thành phần bùn hoạt tính Nấm - lồi xem khơng muốn có mặt bùn hoạt tính Nhưng đơi điều kiện định thấy nấm Nếu nước thải chứa hydro cacbon với nồng độ cao, hay xuất chất hữu lạ, pH thấp, thiếu chất dinh dưỡng kích thích nấm phát triển Phần nhiều lồi nấm có khuynh hướng tạo dạng ngăn chặn lại việc tạo bơng làm bùn khó lắng Một số loại nước thải công nghiệp tạo nấm Fusarium, loại nấm tạo bùn có khả lắng thuộc dạng bình thường Protozoa đóng vai trị vai trị gián tiếp việc ổn định – phân hủy chất hữu Khi nồng độ chất hữu thấp, tạo điều kiện cho động vật nguyên sinh phát triển chiếm xu chủ đạo bùn hoạt tính Khi nhiều quần thể vi khuẩn bơi lội tự kích thích Ciliates bơi tự Khi quần thể vi khuẩn trở nên nghèo nàn, Ciliates bơi tự nhường chỗ cho Ciliates tiêm mao phát triển Rotier thường nhìn thấy bùn hoạt tính Chúng phát triển theo xu chủ đạo lồi Protozoa khác khơng cịn giàu trước Chúng ăn mẫu bơng bùn có kích thước lớn Suy ra, lồi Rotiers coi loài thị cho biết hệ sinh học ổn định Mỗi loại nước thải có đặc thù thành phần riêng biệt Do đó, tùy vào thành phần chất hữu có nước thải định nên vi khuẩn đóng vai trị chủ đạo bùn hoạt tính Các vi khuẩn Chức bùn hoạt tính Pseudomanas Loại cacbon hydrat khử nitrat Achrobacter Loại cacbon hydrat Baccillus Phân hủy protein khử nitrat Cytophaga Phân hủy chất polyme Zoogloea Hình thành chất keo tụ Acinetobacter Tích lũy polyphotphat Nitrosomonas Nitrat hóa Micrococus Nitrat hóa Bảng 1.1 Chức vi khuẩn bùn hoạt tính CHƯƠNG 2: CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG VÀ PHÂN LOẠI BÙN HOẠT TÍNH 2.1 Các yếu tố ảnh hưởng: Nguồn thức ăn: nước thải đưa vào nhà máy xử lý cung cấp cho lượng thức ăn định phù hợp cho vi sinh vật cần cho việc tăng trưởng sinh sản chúng Thực phẩm đa phần chất hữu Việc trộn lẫn hợp chất hữu nhiều dễ dàng việc cho vi sinh vật hấp thụ Khi đó, sĩ số hàng loạt loại chất hữu nhà máy xử lý tác động đến việc tăng trưởng vi sinh vật, tác động đến tổng lượng BOD5 BOD hòa tan cho phép nhà máy vận hành xác định sĩ số loại thức ăn cho vi sinh vật Dòng chảy: nước thải chảy đến đưa vào nhà máy xử lý tốc độ định cho phép vi sinh vật có khoảng thời gian đủ để tiêu hóa lượng thức ăn lắng xuống cách thích hợp Dịng nước vào mức cao làm rút ngắn thời gian cần thiết cho việc xử lý đầy đủ nguồn nước thải Dòng nước chảy vượt mức cho phép (ở mức cao) rửa trôi vi sinh vật khỏi nhà máy thông qua việc lắng Nhiệt độ: tất phản ứng sinh học phản ứng hóa học bị liên lụy nhiệt độ Ở nhiệt độ thấp (lạnh), tốc độ tăng trưởng vi sinh vật chậm nhanh nhiều so với việc nhiệt độ ấm Đa số, vi sinh vật tăng trưởng tốt 10 - Bùn hoạt tính kỵ khí có màu đen suốt q trình phân hủy chất thải, loại bùn hình thành nên khí đốt metan (CH 4) hình thù lửa màu xanh vô đặc trưng đốt Trong bùn hoạt tính kỵ khí chia thành loại:  Bùn kỵ khí lơ lửng (kỵ khí tiếp xúc): tạo thành nhờ có máy khuấy trộn tạo thành dòng lơ lửng bể  Bùn hạt (kỵ khí dịng chảy ngược UASB): bơng bùn có kích thước to, lắng xuống tương đối nhanh, bùn có hình dạng dạng hạt – hạt hữu kích thước lớn (vượt mức) chứng minh điều vi sinh vật phát triển tốt CHƯƠNG 3: Q TRÌNH BÙN HOẠT TÍNH 3.1 Bể bùn hoạt tính (bùn sinh học) q trình xử lý nước thải: Bể bùn hoạt tính cơng trình điển hình làm phương pháp sinh học Nó cho phép tự điều chỉnh lượng nước với nồng độ chất hữu mà muốn – từ nồng độ cao đến nồng độ thấp ngược lại Bắt đầu đầu kỷ 20 đến nay, trình xử lý nước thải bùn hoạt tính phát triển quốc gia có nhiều thay đổi mặt hoàn chỉnh, phát triển theo hướng mặt như: nghiên cứu, thiết kế, cấu tạo quản lý 3.2 Nguyên lý công tắc: Bể bùn hoạt tính bể bùn có hình dạng hình chữ nhật dài bề mặt phẳng Nước thải chảy vào bể hòa lẫn vào trộn với bùn hoạt tính tuần hồn Để cung cấp lượng oxy cho vi sinh vật – bùn hoạt tính khuấy trộn tất hỗn hợp, người ta dùng thiết bị chuyên mặt khuấy trộn sử dụng phương pháp dùng khơng khí nén khí Thơng thường, khơng khí nén dẫn dắt vào phía bể bùn hoạt tính Nước chảy vào đầu bể phía cuối bể Bể Aerotank trộn người ta dẫn nước phân chia nước dọc đứng theo cạnh dài dẫn theo cạnh đối diện Thời gian dòng nước lưu lại bể thường thường từ đến 12 12 Hình 3.1 Phương pháp xử lý nước thải bùn vi sinh Bề mặt bùn sinh học hấp phụ chất bẩn nước thải Cường độ trình hấp phụ mạnh, giây phút đầu sau nước thải bùn tiếp xúc với Trong khoảng thời gian đó, nồng độ nước thải giảm xuống nửa Nhờ men Permeaza chất hữu dạng tan đưa vào tế bào vi khuẩn Trong lúc đó, chất bẩn phân giải tái tạo chất tế bào Những chất hữu có kích thước phân tử lớn tác dụng men ngoại bào phân chia thành phân tử bé để xâm chiếm vào tế bào Các tính chất sau: trạng thái bùn hoạt tính, thành phần tính chất nước thải, tỷ lệ nồng độ chất bẩn nồng độ bùn hoạt tính… làm ảnh hưởng tới lượng tỷ lệ chất hấp phụ bề mặt tế bào chất hấp phụ vào bên tế bào Bùn hoạt tính - chất lơ lửng khơng có cách tan nước hấp phụ lên bề mặt tế bào Một phần chất với vi khuẩn nguồn thức ăn cho Protozoa, giun bọ Dưới ảnh hưởng tác dụng men vi khuẩn biến chuyển phần khác chịu thành chất tan vi khuẩn đồng hóa Trong thành phần bùn hoạt tính cịn sót lại lượng định chất lơ lửng chưa kịp chuyển hóa phân giải q trình khống hóa chất lơ lửng diễn với tốc chậm so với chất tan Sau thoát khỏi bùn hoạt tính, hỗn hợp nước bùn qua bể lắng Ở đó, bùn sinh học đơng tụ lại lắng xuống Nước sạch, chứa chất hữu cơ, sau khử trùng đổ nguồn nước sông hồ Bùn sinh học lắng xuống đa 13 phần tuần hoàn trở lại bể bùn sinh học, phần gọi bùn hoạt tính dư tiếp tục đưa xử lý Phải cho bùn hoạt tính tuần hồn trở phải giữ nồng độ bùn bể bùn hoạt tính mức ổn định, xả lượng bùn dư – tương đương với lượng tăng sinh khối không cần thiết cho q trình mà thơi Hình 3.2 Q trình chuyển hóa chất bẩn bùn vi sinh Bùn hoạt tính lắng xuống bể lắng chứa nhiều chất chưa chuyển hóa Trước tuần hồn trở bể, bùn hoạt tính người ta cho tái sinh Tái sinh bùn hoạt tính bao gồm làm thống sục khí vào bùn mà khơng cho thêm chất bẩn vào Khi đó, chất hữu hấp phụ hấp phụ chưa kịp chuyển hóa trước bị oxy hóa Khi nước thải chứa chất chậm q trình oxy hóa, nghĩa có chứa chất bền vững cần thực việc tái sinh tiết kiệm nhiều dung tích chung bể hoạt tính, tránh tượng yếm khí bể Hay nước thải chứa chất dễ bị oxy hóa nên người ta thực tái sinh Ở bể tái sinh, nồng độ bùn cao, tới – g/l gấp – lần nồng độ bùn hoạt tính bể hoạt tính (1,5 – 2,5 – g/l) Người ta làm nước thải với mức độ: hồn tồn khơng hồn tồn Trong bể diễn hai q trình hấp phụ oxy hóa làm hồn tồn Cịn xử lý khơng hồn tồn nước thải sau khỏi bể lắng có nồng độ BOD toàn phần thấp (< 15 – 25 mg/l) Nếu vượt q giới hạn diễn giai đoạn hấp phụ Kiểu bể bùn hoạt tính, chế độ cơng nghệ, thành phần hóa học nước 14 thải… ảnh hưởng tới hình thành bùn hoạt tính quần thể vi sinh vật có bể 3.3 Các dạng ứng dụng q trình bùn hoạt tính: 3.3.1 Bùn hoạt tính – cịn gọi Aerotank: Q trình sinh học xảy qua giai đoạn sau: - Giai đoạn 1: bùn hoạt tính hình thành phát triển Cơ chất chất dinh dưỡng lúc phong phú sinh khối bùn cịn Theo thời gian, q trình thích nghi vi sinh vật tang lên, chúng sinh trưởng mạnh theo cấp số nhân, sinh khối bùn tăng mạnh Vì vậy, lượng oxy tiêu thụ cuối giai đoạn tăng dần cao Tốc độ tiêu thụ oxy vào cuối giai đoạn nhiều gấp lần giai đoạn Tốc độ phân hủy chất bẩn hữu tăng dần lên - Giai đoạn 2: vi sinh vật phát triển ổn định giai đoạn hoạt lực enzyme đạt tối đa kéo dài thời gian tới Tốc độ phân hủy chất hữu đạt tối đa, phân hủy nhiều chất hữu thời gian dài tốc độ tiêu thụ oxy gần không thay đổi - Giai đoạn 3: tốc độ tiêu thụ oxy có chiều hướng giảm dần sau tăng lên Tốc độ phân hủy chất hữu giảm dần trình Nitrat hóa ammoniac xảy Sau cùng, nhu cầu tiêu thụ oxy lại giảm kết thúc trình làm việc Aerotank Hệ thống bể bùn hoạt tính gồm loại sau đây:  Bể bùn hoạt tính truyền thống,  Bể bùn hoạt tính tiếp xúc - ổn định,  Bể bùn hoạt tính thơng khí kép dài,  Bể bùn hoạt tính thơng khí cao có khuấy đảo hồn chỉnh,  Bể bùn hoạt tính chọn lọc 3.3.2 Bể bùn hoạt tính tiếp xúc - ổn định: Hệ thống phân chia bể phản ứng thành vùng là:  Vùng tiếp xúc nơi diễn q trình chuyển hóa vật chất hữu nước thải đầu vào Trong vùng này, thời gian tiếp xúc từ 20 – 60 phút phụ thuộc lưu lượng dòng vào Dòng bùn tái sinh thường 15 chiếm 25 – 75% dòng nước thải đầu vào để xử lý Và thể tích vùng ổn định chiếm từ 50 – 60% tổng thể tích với thời gian lưu nước thường từ 0,5 – giờ, thể tích vùng tiếp xúc 30 – 35% tổng thể tích chung, với thời gian lưu nước – tùy thuộc vào dịng chảy bùn hoạt tính tuần hồn Hiệu xử lý hệ thống thường đạt 85 – 95% khả loại bỏ BOD chất rắn lơ lửng khỏi nước thải xử lý  Vùng ổn định nơi tuần hoàn bùn hoạt tính từ thiết bị lọc sục khí để ổn định vật chất hữu Do nồng độ chất rắn lơ lửng nước cao so với bể ổn định dẫn đến tổng thể tích bể phản ứng sinh hóa (vùng tiếp xúc ổn định) chênh lệch nhỏ Cũng giống lại bể bùn kiểu truyền thống Trong trì thời gian lưu bùn cũ sử dụng để vừa làm giảm thể tích bể phản ứng làm gia tăng khả lưu trữ bể bùn truyền thống Bể bùn tiếp xúc - ổn định thường dùng xử lý nước thải sinh hoạt chứa nhiều hợp chất hữu dạng phân tử chất rắn 3.3.3 Bể UNITANK: Cấu tạo đơn giản hệ thống Unitank khối bể hình chữ nhật chia thành ngăn ngăn thông thủy cửa mở phần tường chung Kích thước ngăn 20,5m x 20,5m x 5m, mực nước giữ mức 4,5m Có máy sục khí bề mặt cơng suất 75kW cách khuấy ngăn hai ngăn có thêm hệ thống máng chảy tràn nhằm thực hai chức năng: vừa bể Aerotank (sục khí) bể lắng Nước thải đưa vào ngăn xử lý theo máng tràn bùn sinh học dư Hoạt động bể gồm hai pha : pha hai pha trung gian Pha thứ nhất: - Nước thải nạp vào ngăn A Lúc ngăn A sục khí Nước thải vào hịa trộn với bùn hoạt tính 16  Sự tích lũy hợp chất hữu hấp thụ phân hủy phần trình Hỗn hợp bùn lỏng (nước + bùn) từ ngăn A chảy qua ngăn B để tiếp tục sục khí  Sự tái sinh bùn phân hủy nốt chất hữu hấp thụ ngăn A, trình  Cuối cùng, hỗn hợp bùn lỏng tới ngăn C, không sục khí khơng khuấy trộn mà điều kiện tĩnh lặng, hạt bùn từ từ lắng xuống trọng lực, nước thu từ máng tràn Bùn sinh học dư loại bỏ ngăn C Để tránh cho việc lôi bùn từ ngăn A, B tích lũy ngăn C, chiều hướng dòng chảy thay đổi sau 120 phút – 180 phút (sự chuyển pha) Pha trung gian thứ nhất: - Mỗi pha tiếp nối pha trung gian Pha có chức chuyển đổi ngăn sục khí thành ngăn lắng Nước thải đưa (nạp) vào ngăn B hai ngăn A, C trình lắng Trong thời gian này, pha (với hướng dịng chảy ngược lại) chuẩn bị, đảm bảo cho phân tách tốt đảm bảo dòng Pha thứ hai: - Pha tương tự pha thứ với dịng chảy ngược lại Nước thải nạp vào ngăn C, chảy qua B tới A Ngăn A đóng vai trị ngăn lắng khơng sục khí, khơng khuấy trộn Pha trung gian thứ hai: - Pha đối nghịch pha trung gian thứ Ngăn sục khí C chuyển thành ngăn lắng khác với pha ngăn A phần cuối q trình lắng ngăn B sục khí Pha chuẩn bị cho hệ thống bước vào pha thứ bắt đầu chu trình 17 Hình 3.3 Cơng nghệ UNITANK 3.3.4 Bể phản ứng dạng mẻ SBR: Bể phản ứng dạng mẻ SBR (SBR từ viết tắt cụm từ Sequencing batch reactor) hệ thống xử lý nước thải theo kiểu làm đầy xả cạn với bùn hoạt tính Q trình xảy bể SBR tương tự bể bùn hoạt tính hoạt động liên tục tất xảy bể Bể SBR vào hoạt động theo chu kỳ bao gồm pha: Pha làm đầy: - Nước thải bơm khoảng từ - vào bể SBR, bể hoạt động phản ứng theo quy trình phản ứng mẻ nối tiếp Tùy theo mục tiêu xử lý hàm lượng BOD đầu vào mà thay đổi linh hoạt trình làm đầy như: làm đầy – tĩnh, làm đầy – hòa trộn, làm đầy – sục khí Pha sục khí: - Q trình sục khí giúp cung cấp oxy cho nước khuấy trộn hỗn hợp chất có bên bể Tạo điều kiện vô thuận lợi cho tồn q trình phản ứng sinh hóa nguồn nước thải với bùn hoạt tính 18 - Trong trình sục khí, q trình Nitrat hóa thực hiện, chuyển Nitơ từ dạng N-NH3 sang dạng N – NO2 chúng nhanh chóng chuyển sang dạng N – NO3. Pha lắng: - Trong pha ngăn không cho nước thải chảy vào bể SBR, khơng thực thổi khí, khơng khuấy trộn hỗn hợp nhằm mục đích lắng nước, q trình diễn mơi trường tĩnh (khơng có tí ảnh hưởng từ bên ngồi) hồn tồn Song đó, khoảng thời gian diễn trình khử Nitơ bể với thời gian diễn khoảng Kết trình tạo lớp nước tách phía lớp phần cặn lắng (phần lớp bùn dưới) Pha xả cạn: - Lượng nước nổi, lươngj nước lớp thoát khỏi bể SBR lượng nước không chứa lượng bùn hoạt tính bùn lắng hết Pha chờ: - Chờ đợi để nạp mẻ mới, thời gian chờ đợi phụ thuộc vào thời gian vận hành pha dựa vào số lượng bể, thứ tự nạp nước vào nguồn bể Bằng cách tính tốn làm bể SBR cách khoa học loại bể mang lại hiệu cao Nước thải sau xử lý trở nên an toàn vệ sinh, bảo đảm chất lượng Tóm tắt: Bể SBR hoạt động theo chu kỳ tuần hoàn gồm pha: Làm đầy, sục khí, lắng, xả cạn nghỉ 19 Hình 3.4 Bể SBR hoạt động với chu kỳ pha Hình 3.5 Nguyên lý hoạt động bể SBR `3.3.5 Mương oxy hóa: Mương oxy hóa dạng bể Aerotank cải tiến, khuấy trộn hoàn chỉnh Xáo trộn đều bùn hoạt tính Vận tốc mương: lớn m/s, tránh cặn lắng Hình dạng: elip, trịn, lục giác… Sâu từ 0,7 – 1m Đáy bờ làm từ bê tông cốt thép đất gia cố 20 Mương oxy hóa kết hợp với trình xử lý nito làm thống sục khí hay thiết bị học Phương pháp sử dụng mương oxy hóa na ná (tương tự) phương pháp xử lý bể Aerotank nên bùn hoạt tính phát triển, vi sinh vật hiếu khí sử dụng oxy nhằm bẻ đứt gãy liên kết chất hữu gây ô nhiễm, phát triển sinh khối hạ thấp nồng độ chất gây ô nhiễm Nhằm hiệu đạt dự định (tăng hiệu quả) q trình oxy hóa dọc mương oxy hóa suốt q trình chuyển động nước thải cần phải khuấy trộn thật để cung cấp đủ nguồn oxy Nguyên lý vận hành mương oxy hóa: - Tại khu vực đầu máy thổi khí: với mật độ oxy lớn, có tiếp xúc tốt bùn vi sinh vật hiếu khí trực tiếp phân hủy chất hữu cơ; giảm COD, BOD5, q trình Nitrat hóa gốc NH4+ thành gốc NO3- - Tại khu vực khuấy trộn: với hoạt động khuấy đảo xuyên suốt máy khuấy hỗn hợp bùn nước thải có tiếp xúc tốt nên trình phản ứng diễn dội, mãnh liệt Sau nước thải chảy khỏi mương oxy hóa, đưa khỏi bể chứa nước bùn thải, chuyển sang bước cuối cùng, nước tách khỏi, sau lượng bùn định đưa lên đầu mương oxy hóa để nhằm tăng khối lượng bùn nước thải đưa vào mương Đối với số loại nước thải, hạn chế nước thải cao su, thủy sản ô nhiễm chất hữu cao (COD, BOD TOC) chất dinh dưỡng (TN TP), mương oxy hóa lựa chọn đơn giản quy trình xử lý chất hữu chất dinh dưỡng Hình 3.6 Mương oxy hóa 21 3.4 Các trình khử nitrat, khử ntio: 3.4.1 Quá trình Ludzack – Ettinger: Khái niệm q trình khử nitơ thiếu khí sinh học (BNR) chu trình khí-hiếu khí (Ludzack-Ettinger, 1962) Có q trình q trình nitrat hóa khử nitrat diễn lỗ hổng Q trình nitrat hóa thành vùng hiếu khí nitrat hình thành vùng hiếu khí tái chế thành vùng thiếu khí thơng qua tuyến bùn hồn thành (RAS) Q trình khử nitơ xuất vùng thiếu khí trước Sở hữu nguồn cần thiết cho trình khử nitơ đến từ đầu dòng nước Hiệu khử nitơ tổng thể trình hàm dịng bùn tuần hồn Tuy nhiên, quy trình áp dụng với tuần hồn tốc độ, hoạt động tăng cường lên để ngăn từ trình khử nitơ thứ hai Đầu vào Thiếu khí Đầu vào Hiếu khí Bùn tuần hồn Bùn thải Hình 3.7 Quá trình Ludzack - Ettinger 3.4.2 Quá trình Ludzack – Ettinger cải tiến (MLE): Barnard (1973) sửa chữa cải tiến trình Ludzack – Ettinger cách cung cấp đường tuần hồn nội (IR), để nitrat hóa dẫn trực tiếp đến khu vực vùng thiếu khí từ khu vực vùng hiếu khí Tốc độ nitrat hiệu khử nito tăng Tỉ số lưu lượng tuần hoàn nội khoảng từ đến Với BOD vào thời gian tiếp xúc đủ, nồng độ NO 3-N đầu trung bình khoảng từ đến mg/L xử lý nước thải sinh hoạt, TN

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HCM KHOA SINH HỌC VÀ MÔI TRƯỜNG  BÀI TIỂU LUẬN MÔN: VI SINH MÔI TRƯỜNG ĐỀ TÀI: ỨNG DỤNG QUÁ TRÌNH TĂNG TRƯỞNG LƠ LỬNG CỦA VI SINH VẬT TRONG XỬ LÝ NƯỚC Thành phố Hồ Chí Minh, tháng năm 2022 DANH SÁCH HÌNH Hình 3.1 Phương pháp xử lý nước thải bùn vi sinh Hình 3.2 Q trình chuyển hóa chất bẩn bùn vi sinh Hình 3.3 Cơng nghệ UNITANK Hình 3.4 Bể SBR hoạt động với chu kỳ pha Hình 3.5 Nguyên lý hoạt động bể SBR Hình 3.6 Mương oxy hóa Hình 3.7 Quá trình Ludzack - Ettinger Hình 3.8 Quá trình Ludzack – Ettinger cải tiến (MLE) Hình 3.9 Quá trình khử nito cung cấp theo bậc Hình 3.10 Quá trình Bardenpho (4 bậc) Hình 3.11 Cơng nghệ A/O DANH SÁCH BẢNG Bảng 1.1 Chức vi khuẩn bùn hoạt tính MỤC LỤC PHẦN MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài: Mục đích đề tài: .6 PHẦN NỘI DUNG .6 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG .6 1.1 Định nghĩa bùn hoạt tính: 1.2 Thành phần cấu tạo: 1.3 Quá trình hình thành: 1.4 Vai trò bùn hoạt tính xử lý nước thải: .8 CHƯƠNG 2: CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG VÀ PHÂN LOẠI BÙN HOẠT TÍNH 10 2.1 Các yếu tố ảnh hưởng: .10 2.2 Phân loại bùn hoạt tính: .11 CHƯƠNG 3: QUÁ TRÌNH BÙN HOẠT TÍNH 12 3.1 Bể bùn hoạt tính (bùn sinh học) trình xử lý nước thải: .12 3.2 Nguyên lý công tắc: .12 3.3 Các dạng ứng dụng trình bùn hoạt tính: 15 3.3.1 Bùn hoạt tính – cịn gọi Aerotank: 15 3.3.2 Bể bùn hoạt tính tiếp xúc - ổn định: .15 3.3.3 Bể UNITANK: 16 3.3.4 Bể phản ứng dạng mẻ SBR: 18 `3.3.5 Mương oxy hóa: .20 3.4 Các trình khử nitrat, khử ntio: .22 3.4.1 Quá trình Ludzack – Ettinger: .22 3.4.2 Quá trình Ludzack – Ettinger cải tiến (MLE): .22 3.4.3 Quá trình khử nito cung cấp theo bậc: 23 3.4.4 Q trình khử nito bùn hoạt tính bậc (với nguồn cacbon bên ngoài): 23 3.4.5 Quá trình Bardenpho (4 bậc): 24 3.4.6 Quá trình Phoredox (A/O): .24 3.4.7 Quá trình A2/O: .25 3.4.8 UTC (University of Cape Town): 25 TÀI LIỆU THAM KHẢO 26 PHẦN MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài: Lý chọn đề tài: “Ứng dụng trình tăng trưởng lơ lửng vi sinh vật xử lý nước thải” vấn nạn ô nhiễm nguồn nước vấn đề vô cấp bách nước phát triển nước phát triển, công nghệ áp dụng nhiều nước có nhu cầu bảo trì, lượng thấp nhìn chung liên quan đến cơng nghệ Ngồi cịn phù hợp để xử lý phần nước thải cộng đồng có quy mơ nhỏ, hộ gia đình khả vận hành đơn giản, gặp phải cố có khả khơi phục tốt Và nhằm giúp cho tất người hiểu thêm công dụng cấu tạo q trình xử lý nước thải, từ giúp cho người dễ dàng tiếp cận trình xử lý nước thải để đưa chúng vào áp dụng đời sống thực tiễn Mục đích đề tài: Nhằm giúp hiểu rõ tường tận tầm quan trọng việc xử lý nước thải đời sống trình sản xuất cơng nghiệp đại Và cịn giúp hiểu cấu tạo máy vận hành trình tăng trưởng lơ lửng vi sinh vật q trình xử lý nước thải Ngồi ra, giúp hiểu tầm quan trọng trình xử lý nước thải hoạt động công nghiệp PHẦN NỘI DUNG CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 Định nghĩa bùn hoạt tính: Bùn hoạt tính (hay cịn gọi bùn vi sinh hoạt tính) quy trình xử lý nước thải nước thải cơng nghiệp sử dụng khơng khí khối sinh vật học bao gồm loài vi khuẩn động vật nguyên sinh Còn nơi tụ hợp vi sinh vật, vi khuẩn có khả giữ ổn định chất hữu hiếu khí tạo lập nên q trình sinh hóa hiếu khí xử lý nước thải theo kiểu phương pháp sinh học Chúng bơng cặn (có kích thước từ – 150um), màu nâu sẫm, chứa đựng chất hữu hấp thụ từ nước thải, nơi trú ngụ phát triển vi sinh vật, vi khuẩn khác 1.2 Thành phần cấu tạo: Bùn sinh học tập hợp cá thể sinh vật (còn gọi quần thể sinh vật), vi sinh vật bao gồm: vi khuẩn, nấm, Protozoa, tích trùng lồi động vật không xương sống, động vật bậc cao khác (giun, dịi, bọ) Bùn có hình thù dạng bóng, sở hữu màu nâu xám Chúng bao gồm sinh vật sống kết lại dạng hạt dạng với trọng tâm chất rắn lơ lửng (40%) Chất bùn hoạt tính lên đến 90% phần chết rắn rêu, tảo phần sót lại rắn khác Các hạt cặn xáo trộn thổi khí vào từ từ trở nên to lớn lên hấp phụ nhiều hạt rắn lơ lửng nhỏ bé, tế bào vi sinh vật, nguyên sinh động vật chất độc Những hạt bị tạm ngừng thổi khí vào chất kiệt quệ, chúng lắng xuống tạo nên bùn hoạt tính Khi bùn sinh học chìm xuống lúc gọi “bùn già” bùn hoạt tính bị hạ xuống đáng kể Hoạt tính bùn hoạt hóa trở lại cách cung cấp đầy đủ chất dinh dưỡng chất hữu cấp thiết Vi khuẩn nhóm vi sinh vật đặc biệt quan trọng việc phân hủy hợp chất hữu thành phần cấu tạo thiết yếu bùn hoạt tính Bản chất hợp chất hữu nước thải khẳng định vi khuẩn loại chủ đạo 1.3 Q trình hình thành: Trong tồn q trình phát triển sinh khối, vi sinh vật tiến hành đồng bộ, hấp thụ, bẻ gãy liên kết chất dinh dưỡng có nước thải Các vi sinh vật sinh sản cách nhân đôi tế bào cốt yếu Một mặt khác, trình sinh sản vi sinh vật không cần thiết phải đến bất tận mà tùy thuộc vào nhiều nhân tố khác như: thức ăn, độ pH, nhiệt độ… Do đó, nhân tố kể phía khơng thuận lợi trình sinh sản định dừng lại Vi khuẩn bám dính vào chất lơ lửng nước để trú ngụ, sinh sản phát triển sau hình thành nên hạt bơng bùn gọi bùn hoạt tính.  Vi sinh vật tiếp tục phát triển lớn mạnh nhờ vào khả hấp thụ bề mặt oxy hóa chất hữu xuất nước thải chìm lại xuống phía đáy bể, từ xóa bỏ chất độc có hại khỏi nguồn nước biến mặt nước trở nên xanh Vi sinh vật sinh sản cách sinh sản giới tính, nảy mầm, yếu chúng sinh sản cách phân đôi tế bào Tuy nhiên, việc sinh sản ngừng lại thức ăn kiệt quệ, số pH nhiệt độ thay đổi giá trị tối ưu Tăng trưởng sinh khối bùn sinh học bước qua giai đoạn sau: - Giai đoạn tăng trưởng chậm: giai đoạn loại vi sinh vật cần thời gian để làm quen với môi trường dinh dưỡng Nhưng mà, giai đoạn tương đối ngắn giai đoạn phát triển chậm số lượng vi khuẩn - Giai đoạn tăng trưởng sinh khối theo logarit: tốc độ trao đổi chất tăng trưởng vi khuẩn phụ thuộc vào khả xử lý chất vi khuẩn Ở giai đoạn này, vi sinh vật dùng chất dinh dưỡng tăng trưởng sinh khối - Giai đoạn tăng trưởng chậm dần: trình tăng sinh khối giảm thấp xuống độ tăng sinh khối giảm dần chất dinh dưỡng môi trường kiệt quệ - Giai đoạn hô hấp nội bào: nồng độ chất dinh dưỡng cho tế bào kiệt quệ, vi khuẩn phải thực hành trao đổi chất nguyên sinh chất có tế bào Sinh khối giảm xuống dần chất dinh dưỡng lại tế bào chết khuyếch tán bên để cung cấp cho tế bào sống 1.4 Vai trò bùn hoạt tính xử lý nước thải: Bùn hoạt tính dùng rộng rãi xử lý nước thải để loại bỏ chất độc hại có nước đưa vào áp dụng cho nước thải sinh hoạt nước thải sản xuất (bột giấy, giấy, thực phẩm có hàm lượng chất hữu cao cần phân hủy sinh học) nhằm đáp ứng yêu cầu mức chuẩn nước thải đầu Cơ chế hoạt động bùn vi sinh việc xử lý nước thải sau: Các vi sinh bùn hoạt tính dùng chất hữu nước làm dinh dưỡng, phân hủy chất độc hại có nước (Nitơ, Amoni…) thành nước, CO hợp chất khác, sau phân hủy chất rắn lơ lửng phần cịn lại chìm xuống nước Vi khuẩn trình làm nước thải bùn hoạt tính chia thành nhóm sau: - Alkaligenes – Achromobacter - Pseudomanas - Enterobacteriaceae - Athrobacter baccillus - Cytophaga – Flavobacterium - Pseudomanas – Vibrio aeromonas - Achrobacter - Hỗn hợp vi khuẩn khác; Ecoli, Micrococus Nước thải có chứa protein dễ kích thích loài vi khuẩn như: Alcaligenes, Flavobacterium Baccillus phát triển Trong đó, nước thải chứa thành phần hợp chất hydrat cacbon cacbua hydro suy kích thích Pseudomanas Có khoảng thời gian người ta cho rằng, bùn hoạt tính xuất nên vi khuẩn Zoogloea Ramigera Nhưng trở sau, người ta nói tất lồi vi khuẩn đóng vai trị chính, cịn Zoogloea Ramigera đóng vai trị phụ thành phần bùn hoạt tính Nấm - lồi xem khơng muốn có mặt bùn hoạt tính Nhưng đơi điều kiện định thấy nấm Nếu nước thải chứa hydro cacbon với nồng độ cao, hay xuất chất hữu lạ, pH thấp, thiếu chất dinh dưỡng kích thích nấm phát triển Phần nhiều lồi nấm có khuynh hướng tạo dạng ngăn chặn lại việc tạo bơng làm bùn khó lắng Một số loại nước thải công nghiệp tạo nấm Fusarium, loại nấm tạo bùn có khả lắng thuộc dạng bình thường Protozoa đóng vai trị vai trị gián tiếp việc ổn định – phân hủy chất hữu Khi nồng độ chất hữu thấp, tạo điều kiện cho động vật nguyên sinh phát triển chiếm xu chủ đạo bùn hoạt tính Khi nhiều quần thể vi khuẩn bơi lội tự kích thích Ciliates bơi tự Khi quần thể vi khuẩn trở nên nghèo nàn, Ciliates bơi tự nhường chỗ cho Ciliates tiêm mao phát triển Rotier thường nhìn thấy bùn hoạt tính Chúng phát triển theo xu chủ đạo lồi Protozoa khác khơng cịn giàu trước Chúng ăn mẫu bơng bùn có kích thước lớn Suy ra, lồi Rotiers coi loài thị cho biết hệ sinh học ổn định Mỗi loại nước thải có đặc thù thành phần riêng biệt Do đó, tùy vào thành phần chất hữu có nước thải định nên vi khuẩn đóng vai trị chủ đạo bùn hoạt tính Các vi khuẩn Chức bùn hoạt tính Pseudomanas Loại cacbon hydrat khử nitrat Achrobacter Loại cacbon hydrat Baccillus Phân hủy protein khử nitrat Cytophaga Phân hủy chất polyme Zoogloea Hình thành chất keo tụ Acinetobacter Tích lũy polyphotphat Nitrosomonas Nitrat hóa Micrococus Nitrat hóa Bảng 1.1 Chức vi khuẩn bùn hoạt tính CHƯƠNG 2: CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG VÀ PHÂN LOẠI BÙN HOẠT TÍNH 2.1 Các yếu tố ảnh hưởng: Nguồn thức ăn: nước thải đưa vào nhà máy xử lý cung cấp cho lượng thức ăn định phù hợp cho vi sinh vật cần cho việc tăng trưởng sinh sản chúng Thực phẩm đa phần chất hữu Việc trộn lẫn hợp chất hữu nhiều dễ dàng việc cho vi sinh vật hấp thụ Khi đó, sĩ số hàng loạt loại chất hữu nhà máy xử lý tác động đến việc tăng trưởng vi sinh vật, tác động đến tổng lượng BOD5 BOD hòa tan cho phép nhà máy vận hành xác định sĩ số loại thức ăn cho vi sinh vật Dòng chảy: nước thải chảy đến đưa vào nhà máy xử lý tốc độ định cho phép vi sinh vật có khoảng thời gian đủ để tiêu hóa lượng thức ăn lắng xuống cách thích hợp Dịng nước vào mức cao làm rút ngắn thời gian cần thiết cho việc xử lý đầy đủ nguồn nước thải Dòng nước chảy vượt mức cho phép (ở mức cao) rửa trôi vi sinh vật khỏi nhà máy thông qua việc lắng Nhiệt độ: tất phản ứng sinh học phản ứng hóa học bị liên lụy nhiệt độ Ở nhiệt độ thấp (lạnh), tốc độ tăng trưởng vi sinh vật chậm nhanh nhiều so với việc nhiệt độ ấm Đa số, vi sinh vật tăng trưởng tốt 10 - Bùn hoạt tính kỵ khí có màu đen suốt q trình phân hủy chất thải, loại bùn hình thành nên khí đốt metan (CH 4) hình thù lửa màu xanh vô đặc trưng đốt Trong bùn hoạt tính kỵ khí chia thành loại:  Bùn kỵ khí lơ lửng (kỵ khí tiếp xúc): tạo thành nhờ có máy khuấy trộn tạo thành dòng lơ lửng bể  Bùn hạt (kỵ khí dịng chảy ngược UASB): bơng bùn có kích thước to, lắng xuống tương đối nhanh, bùn có hình dạng dạng hạt – hạt hữu kích thước lớn (vượt mức) chứng minh điều vi sinh vật phát triển tốt CHƯƠNG 3: Q TRÌNH BÙN HOẠT TÍNH 3.1 Bể bùn hoạt tính (bùn sinh học) q trình xử lý nước thải: Bể bùn hoạt tính cơng trình điển hình làm phương pháp sinh học Nó cho phép tự điều chỉnh lượng nước với nồng độ chất hữu mà muốn – từ nồng độ cao đến nồng độ thấp ngược lại Bắt đầu đầu kỷ 20 đến nay, trình xử lý nước thải bùn hoạt tính phát triển quốc gia có nhiều thay đổi mặt hoàn chỉnh, phát triển theo hướng mặt như: nghiên cứu, thiết kế, cấu tạo quản lý 3.2 Nguyên lý công tắc: Bể bùn hoạt tính bể bùn có hình dạng hình chữ nhật dài bề mặt phẳng Nước thải chảy vào bể hòa lẫn vào trộn với bùn hoạt tính tuần hồn Để cung cấp lượng oxy cho vi sinh vật – bùn hoạt tính khuấy trộn tất hỗn hợp, người ta dùng thiết bị chuyên mặt khuấy trộn sử dụng phương pháp dùng khơng khí nén khí Thơng thường, khơng khí nén dẫn dắt vào phía bể bùn hoạt tính Nước chảy vào đầu bể phía cuối bể Bể Aerotank trộn người ta dẫn nước phân chia nước dọc đứng theo cạnh dài dẫn theo cạnh đối diện Thời gian dòng nước lưu lại bể thường thường từ đến 12 12 Hình 3.1 Phương pháp xử lý nước thải bùn vi sinh Bề mặt bùn sinh học hấp phụ chất bẩn nước thải Cường độ trình hấp phụ mạnh, giây phút đầu sau nước thải bùn tiếp xúc với Trong khoảng thời gian đó, nồng độ nước thải giảm xuống nửa Nhờ men Permeaza chất hữu dạng tan đưa vào tế bào vi khuẩn Trong lúc đó, chất bẩn phân giải tái tạo chất tế bào Những chất hữu có kích thước phân tử lớn tác dụng men ngoại bào phân chia thành phân tử bé để xâm chiếm vào tế bào Các tính chất sau: trạng thái bùn hoạt tính, thành phần tính chất nước thải, tỷ lệ nồng độ chất bẩn nồng độ bùn hoạt tính… làm ảnh hưởng tới lượng tỷ lệ chất hấp phụ bề mặt tế bào chất hấp phụ vào bên tế bào Bùn hoạt tính - chất lơ lửng khơng có cách tan nước hấp phụ lên bề mặt tế bào Một phần chất với vi khuẩn nguồn thức ăn cho Protozoa, giun bọ Dưới ảnh hưởng tác dụng men vi khuẩn biến chuyển phần khác chịu thành chất tan vi khuẩn đồng hóa Trong thành phần bùn hoạt tính cịn sót lại lượng định chất lơ lửng chưa kịp chuyển hóa phân giải q trình khống hóa chất lơ lửng diễn với tốc chậm so với chất tan Sau thoát khỏi bùn hoạt tính, hỗn hợp nước bùn qua bể lắng Ở đó, bùn sinh học đơng tụ lại lắng xuống Nước sạch, chứa chất hữu cơ, sau khử trùng đổ nguồn nước sông hồ Bùn sinh học lắng xuống đa 13 phần tuần hoàn trở lại bể bùn sinh học, phần gọi bùn hoạt tính dư tiếp tục đưa xử lý Phải cho bùn hoạt tính tuần hồn trở phải giữ nồng độ bùn bể bùn hoạt tính mức ổn định, xả lượng bùn dư – tương đương với lượng tăng sinh khối không cần thiết cho q trình mà thơi Hình 3.2 Q trình chuyển hóa chất bẩn bùn vi sinh Bùn hoạt tính lắng xuống bể lắng chứa nhiều chất chưa chuyển hóa Trước tuần hồn trở bể, bùn hoạt tính người ta cho tái sinh Tái sinh bùn hoạt tính bao gồm làm thống sục khí vào bùn mà khơng cho thêm chất bẩn vào Khi đó, chất hữu hấp phụ hấp phụ chưa kịp chuyển hóa trước bị oxy hóa Khi nước thải chứa chất chậm q trình oxy hóa, nghĩa có chứa chất bền vững cần thực việc tái sinh tiết kiệm nhiều dung tích chung bể hoạt tính, tránh tượng yếm khí bể Hay nước thải chứa chất dễ bị oxy hóa nên người ta thực tái sinh Ở bể tái sinh, nồng độ bùn cao, tới – g/l gấp – lần nồng độ bùn hoạt tính bể hoạt tính (1,5 – 2,5 – g/l) Người ta làm nước thải với mức độ: hồn tồn khơng hồn tồn Trong bể diễn hai q trình hấp phụ oxy hóa làm hồn tồn Cịn xử lý khơng hồn tồn nước thải sau khỏi bể lắng có nồng độ BOD toàn phần thấp (< 15 – 25 mg/l) Nếu vượt q giới hạn diễn giai đoạn hấp phụ Kiểu bể bùn hoạt tính, chế độ cơng nghệ, thành phần hóa học nước 14 thải… ảnh hưởng tới hình thành bùn hoạt tính quần thể vi sinh vật có bể 3.3 Các dạng ứng dụng q trình bùn hoạt tính: 3.3.1 Bùn hoạt tính – cịn gọi Aerotank: Q trình sinh học xảy qua giai đoạn sau: - Giai đoạn 1: bùn hoạt tính hình thành phát triển Cơ chất chất dinh dưỡng lúc phong phú sinh khối bùn cịn Theo thời gian, q trình thích nghi vi sinh vật tang lên, chúng sinh trưởng mạnh theo cấp số nhân, sinh khối bùn tăng mạnh Vì vậy, lượng oxy tiêu thụ cuối giai đoạn tăng dần cao Tốc độ tiêu thụ oxy vào cuối giai đoạn nhiều gấp lần giai đoạn Tốc độ phân hủy chất bẩn hữu tăng dần lên - Giai đoạn 2: vi sinh vật phát triển ổn định giai đoạn hoạt lực enzyme đạt tối đa kéo dài thời gian tới Tốc độ phân hủy chất hữu đạt tối đa, phân hủy nhiều chất hữu thời gian dài tốc độ tiêu thụ oxy gần không thay đổi - Giai đoạn 3: tốc độ tiêu thụ oxy có chiều hướng giảm dần sau tăng lên Tốc độ phân hủy chất hữu giảm dần trình Nitrat hóa ammoniac xảy Sau cùng, nhu cầu tiêu thụ oxy lại giảm kết thúc trình làm việc Aerotank Hệ thống bể bùn hoạt tính gồm loại sau đây:  Bể bùn hoạt tính truyền thống,  Bể bùn hoạt tính tiếp xúc - ổn định,  Bể bùn hoạt tính thơng khí kép dài,  Bể bùn hoạt tính thơng khí cao có khuấy đảo hồn chỉnh,  Bể bùn hoạt tính chọn lọc 3.3.2 Bể bùn hoạt tính tiếp xúc - ổn định: Hệ thống phân chia bể phản ứng thành vùng là:  Vùng tiếp xúc nơi diễn q trình chuyển hóa vật chất hữu nước thải đầu vào Trong vùng này, thời gian tiếp xúc từ 20 – 60 phút phụ thuộc lưu lượng dòng vào Dòng bùn tái sinh thường 15 chiếm 25 – 75% dòng nước thải đầu vào để xử lý Và thể tích vùng ổn định chiếm từ 50 – 60% tổng thể tích với thời gian lưu nước thường từ 0,5 – giờ, thể tích vùng tiếp xúc 30 – 35% tổng thể tích chung, với thời gian lưu nước – tùy thuộc vào dịng chảy bùn hoạt tính tuần hồn Hiệu xử lý hệ thống thường đạt 85 – 95% khả loại bỏ BOD chất rắn lơ lửng khỏi nước thải xử lý  Vùng ổn định nơi tuần hoàn bùn hoạt tính từ thiết bị lọc sục khí để ổn định vật chất hữu Do nồng độ chất rắn lơ lửng nước cao so với bể ổn định dẫn đến tổng thể tích bể phản ứng sinh hóa (vùng tiếp xúc ổn định) chênh lệch nhỏ Cũng giống lại bể bùn kiểu truyền thống Trong trì thời gian lưu bùn cũ sử dụng để vừa làm giảm thể tích bể phản ứng làm gia tăng khả lưu trữ bể bùn truyền thống Bể bùn tiếp xúc - ổn định thường dùng xử lý nước thải sinh hoạt chứa nhiều hợp chất hữu dạng phân tử chất rắn 3.3.3 Bể UNITANK: Cấu tạo đơn giản hệ thống Unitank khối bể hình chữ nhật chia thành ngăn ngăn thông thủy cửa mở phần tường chung Kích thước ngăn 20,5m x 20,5m x 5m, mực nước giữ mức 4,5m Có máy sục khí bề mặt cơng suất 75kW cách khuấy ngăn hai ngăn có thêm hệ thống máng chảy tràn nhằm thực hai chức năng: vừa bể Aerotank (sục khí) bể lắng Nước thải đưa vào ngăn xử lý theo máng tràn bùn sinh học dư Hoạt động bể gồm hai pha : pha hai pha trung gian Pha thứ nhất: - Nước thải nạp vào ngăn A Lúc ngăn A sục khí Nước thải vào hịa trộn với bùn hoạt tính 16  Sự tích lũy hợp chất hữu hấp thụ phân hủy phần trình Hỗn hợp bùn lỏng (nước + bùn) từ ngăn A chảy qua ngăn B để tiếp tục sục khí  Sự tái sinh bùn phân hủy nốt chất hữu hấp thụ ngăn A, trình  Cuối cùng, hỗn hợp bùn lỏng tới ngăn C, không sục khí khơng khuấy trộn mà điều kiện tĩnh lặng, hạt bùn từ từ lắng xuống trọng lực, nước thu từ máng tràn Bùn sinh học dư loại bỏ ngăn C Để tránh cho việc lôi bùn từ ngăn A, B tích lũy ngăn C, chiều hướng dòng chảy thay đổi sau 120 phút – 180 phút (sự chuyển pha) Pha trung gian thứ nhất: - Mỗi pha tiếp nối pha trung gian Pha có chức chuyển đổi ngăn sục khí thành ngăn lắng Nước thải đưa (nạp) vào ngăn B hai ngăn A, C trình lắng Trong thời gian này, pha (với hướng dịng chảy ngược lại) chuẩn bị, đảm bảo cho phân tách tốt đảm bảo dòng Pha thứ hai: - Pha tương tự pha thứ với dịng chảy ngược lại Nước thải nạp vào ngăn C, chảy qua B tới A Ngăn A đóng vai trị ngăn lắng khơng sục khí, khơng khuấy trộn Pha trung gian thứ hai: - Pha đối nghịch pha trung gian thứ Ngăn sục khí C chuyển thành ngăn lắng khác với pha ngăn A phần cuối q trình lắng ngăn B sục khí Pha chuẩn bị cho hệ thống bước vào pha thứ bắt đầu chu trình 17 Hình 3.3 Cơng nghệ UNITANK 3.3.4 Bể phản ứng dạng mẻ SBR: Bể phản ứng dạng mẻ SBR (SBR từ viết tắt cụm từ Sequencing batch reactor) hệ thống xử lý nước thải theo kiểu làm đầy xả cạn với bùn hoạt tính Q trình xảy bể SBR tương tự bể bùn hoạt tính hoạt động liên tục tất xảy bể Bể SBR vào hoạt động theo chu kỳ bao gồm pha: Pha làm đầy: - Nước thải bơm khoảng từ - vào bể SBR, bể hoạt động phản ứng theo quy trình phản ứng mẻ nối tiếp Tùy theo mục tiêu xử lý hàm lượng BOD đầu vào mà thay đổi linh hoạt trình làm đầy như:  làm đầy – tĩnh, làm đầy – hòa trộn, làm đầy – sục khí Pha sục khí: - Q trình sục khí giúp cung cấp oxy cho nước khuấy trộn hỗn hợp chất có bên bể Tạo điều kiện vô thuận lợi cho tồn q trình phản ứng sinh hóa nguồn nước thải với bùn hoạt tính 18 - Trong trình sục khí, q trình Nitrat hóa thực hiện, chuyển Nitơ từ dạng N-NH3 sang dạng N – NO2 chúng nhanh chóng chuyển sang dạng N – NO3.  Pha lắng: - Trong pha ngăn không cho nước thải chảy vào bể SBR, khơng thực thổi khí, khơng khuấy trộn hỗn hợp nhằm mục đích lắng nước, q trình diễn mơi trường tĩnh (khơng có tí ảnh hưởng từ bên ngồi) hồn tồn Song đó, khoảng thời gian diễn trình khử Nitơ bể với thời gian diễn khoảng Kết trình tạo lớp nước tách phía lớp phần cặn lắng (phần lớp bùn dưới) Pha xả cạn: - Lượng nước nổi, lươngj nước lớp thoát khỏi bể SBR lượng nước không chứa lượng bùn hoạt tính bùn lắng hết Pha chờ: - Chờ đợi để nạp mẻ mới, thời gian chờ đợi phụ thuộc vào thời gian vận hành pha dựa vào số lượng bể, thứ tự nạp nước vào nguồn bể Bằng cách tính tốn làm bể SBR cách khoa học loại bể mang lại hiệu cao Nước thải sau xử lý trở nên an toàn vệ sinh, bảo đảm chất lượng Tóm tắt: Bể SBR hoạt động theo chu kỳ tuần hoàn gồm pha: Làm đầy, sục khí, lắng, xả cạn nghỉ 19 Hình 3.4 Bể SBR hoạt động với chu kỳ pha Hình 3.5 Nguyên lý hoạt động bể SBR `3.3.5 Mương oxy hóa: Mương oxy hóa dạng bể Aerotank cải tiến, khuấy trộn hoàn chỉnh Xáo trộn đều bùn hoạt tính Vận tốc mương: lớn m/s, tránh cặn lắng Hình dạng: elip, trịn, lục giác… Sâu từ 0,7 – 1m Đáy bờ làm từ bê tông cốt thép đất gia cố 20 Mương oxy hóa kết hợp với trình xử lý nito làm thống sục khí hay thiết bị học Phương pháp sử dụng mương oxy hóa na ná (tương tự) phương pháp xử lý bể Aerotank nên bùn hoạt tính phát triển, vi sinh vật hiếu khí sử dụng oxy nhằm bẻ đứt gãy liên kết chất hữu gây ô nhiễm, phát triển sinh khối hạ thấp nồng độ chất gây ô nhiễm Nhằm hiệu đạt dự định (tăng hiệu quả) q trình oxy hóa dọc mương oxy hóa suốt q trình chuyển động nước thải cần phải khuấy trộn thật để cung cấp đủ nguồn oxy Nguyên lý vận hành mương oxy hóa: - Tại khu vực đầu máy thổi khí: với mật độ oxy lớn, có tiếp xúc tốt bùn vi sinh vật hiếu khí trực tiếp phân hủy chất hữu cơ; giảm COD, BOD5, q trình Nitrat hóa gốc NH4+ thành gốc NO3- - Tại khu vực khuấy trộn: với hoạt động khuấy đảo xuyên suốt máy khuấy hỗn hợp bùn nước thải có tiếp xúc tốt nên trình phản ứng diễn dội, mãnh liệt Sau nước thải chảy khỏi mương oxy hóa, đưa khỏi bể chứa nước bùn thải, chuyển sang bước cuối cùng, nước tách khỏi, sau lượng bùn định đưa lên đầu mương oxy hóa để nhằm tăng khối lượng bùn nước thải đưa vào mương Đối với số loại nước thải, hạn chế nước thải cao su, thủy sản ô nhiễm chất hữu cao (COD, BOD TOC) chất dinh dưỡng (TN TP), mương oxy hóa lựa chọn đơn giản quy trình xử lý chất hữu chất dinh dưỡng Hình 3.6 Mương oxy hóa 21 3.4 Các trình khử nitrat, khử ntio: 3.4.1 Quá trình Ludzack – Ettinger: Khái niệm q trình khử nitơ thiếu khí sinh học (BNR) chu trình khí-hiếu khí (Ludzack-Ettinger, 1962) Có q trình q trình nitrat hóa khử nitrat diễn lỗ hổng Q trình nitrat hóa thành vùng hiếu khí nitrat hình thành vùng hiếu khí tái chế thành vùng thiếu khí thơng qua tuyến bùn hồn thành (RAS) Q trình khử nitơ xuất vùng thiếu khí trước Sở hữu nguồn cần thiết cho trình khử nitơ đến từ đầu dòng nước Hiệu khử nitơ tổng thể trình hàm dịng bùn tuần hồn Tuy nhiên, quy trình áp dụng với tuần hồn tốc độ, hoạt động tăng cường lên để ngăn từ trình khử nitơ thứ hai Đầu vào Thiếu khí Đầu vào Hiếu khí Bùn tuần hồn Bùn thải Hình 3.7 Quá trình Ludzack - Ettinger 3.4.2 Quá trình Ludzack – Ettinger cải tiến (MLE): Barnard (1973) sửa chữa cải tiến trình Ludzack – Ettinger cách cung cấp đường tuần hồn nội (IR), để nitrat hóa dẫn trực tiếp đến khu vực vùng thiếu khí từ khu vực vùng hiếu khí Tốc độ nitrat hiệu khử nito tăng Tỉ số lưu lượng tuần hoàn nội khoảng từ đến Với BOD vào thời gian tiếp xúc đủ, nồng độ NO 3-N đầu trung bình khoảng từ đến mg/L xử lý nước thải sinh hoạt, TN