TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH VIỆN XÂY DỰNG VI SINH VẬT TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI (HIẾU KHÍ) Chuyên ngành KĨ THUẬT MÔI TRƯỜNG Giáo viên NGUYỄN THỊ MỸ HIỀN Nhóm 1 Thành viên NGUYỄ[.]
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH VIỆN XÂY DỰNG VI SINH VẬT TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI (HIẾU KHÍ) Chuyên ngành : KĨ THUẬT MƠI TRƯỜNG Giáo viên : NGUYỄN THỊ MỸ HIỀN Nhóm Thành viên: NGUYỄN THỊ MỸ LINH LÊ THỊ YẾN LINH NGUYỄN HOÀNG THANH NGÂN BÙI HỮU NHÂN HUỲNH TẤN PHÁT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH 10/2022 MỤC LỤC Vi sinh vật xử lý nước thải 1.1 Khái niệm nước thải Nước thải chất lỏng thải sau trình sử dụng người bị thay đổi tính chất ban đầu Nước thải đóng vai trị quan trọng gây nhiễm nước, phân loại sau: Phân loại theo xác định nguồn thải Phân loại theo tác nhân ô nhiễm Phân loại theo nguồn gốc phát sinh chúng – Có thể nói nước thải hệ dị thể phức tạp, bao gồm nhiều chất tồn trạng thái khác Nếu nước thải công nghiệp chứa nhiều hóa chất vơ hữu nuớc thải sinh hoạt lại chứa nhiều chất dạng protein, hidratcacbon, mỡ, chất thải, rác, chất hoạt động bề mặt,… hợp chất vô thường gặp đây: K+ , Na+ , Ca2+, Mg2+, Cl-, … Ngoài nước thải sinh hoạt chứa vi khuẩn, virus, rong, rêu – Với ngành sản xuất khác nước thải có hợp chất khác Trong số chất gây nhiễm bẩn nguồn nước Hg, Bc, Cd, As, Se có độc tính cao Nấm, động vật nguyên sinh, tảo, vi khuẩn virus có mặt nước thải Nước thải khơng xử lý chứa tới hàng triệu vi khuẩn mililit, bao gồm cáccoliform, Streptococcus, trực khuẩn kị khí sinh bào tử, nhóm Proteus loại khác bắt nguồn từ đường ruột người – Các nguồn bổ sung vi sinh vật khác nước ngầm, nước bề mặt nước khí chất thải cơng nghiệp Ngồi ra, tính hiệu q trình xử lý nước thải phụ thuộc vào biến đổi sinh hóa học vi sinh vật tiến hành 1.2 Các vi sinh vật tham gia vào trình xử lý nước thải – Những vi sinh vật liên tục chuyển hóa chất hữu nước thải cách tổng hợp thành tế bào (nguyên sinh chất) Chúng hấp thụ lượng lớn chất hũu qua bề mặt tế bào chúng Nhưng sau hấp thụ, chất hũu khơng đồng hóa thành tế bào chất tốc độ hấp thụ giảm tới Một lượng định chất hữu hấp thụ dành cho việc kiến tạo tế bào Một lượng khác chất hữu lại oxy hóa để sinh lượng cần thiết cho việc tổng hợp – Dựa phương thức phát triển vi sinh vật chia thành nhóm: Các vi sinh vật dị dường: Sử dụng chất hữu làm nguồn lượng nguồn cacbon để thực phản ứng sinh tổng họp Các vi sinh vật tự dường: Có khả oxy hố chất vơ để thu lượng sử dụng CO2 làm nguồn cacbon cho q trình sinh tổng hợp Ví dụ: loại vi khuẩn nitrat hoá, vi khuẩn lưu huỳnh, vi khuẩn sắt,… – Bùn hoạt tính màng sinh vật tập hợp loại vi sinh vật khác nhau, chứa khoảng 70 – 90% chất hữu cơ; 10 – 30% chất vơ Bùn hoạt tính bơng màu vàng nâu dễ lắng, có kích thước – 150pm, có khả hấp thu phân hủy chất hữu có mặt oxy (được dùng phương pháp xử lý sinh học hiếu khí) Những bơng bao gồm vi sinh vật sống chất rắn (40%) Những vi sinh vật sống bao gồm vi khuẩn, nấm men, nấm mốc, số nguyên sinh động vật, dòi, giun – Màng sinh vật (màng sinh học) phát triển bề mặt vật liệu lọc có dạng nhầy, dày từ – mm Màu thay đổi theo thành phần nước thải từ mầu xám đến nâu tối Màng sinh vật bao gồm vi khuẩn, nấm men, nấm mốc, động vật nguyên sinh – Bùn gốc ban đầu nuôi dưỡng tạo thành loại bùn có hoạt tính cao có tính kết lắng tốt Có thể gọi q trình hoạt hóa bùn hoạt tính Cuối thời kỳ này, bùn có dạng hạt Các hạt có độ bền học khác nhau, có mức độ vỡ khác chịu tác động khuấy trộn Bùn có nguồn gốc tốt lấy từ sở xử lý nước thải hoạt động – Trong hệ thống xử lý nước thải, vi khuẩn chiếm ưu (90%) Vi khuẩn có kích thước trung bình từ 0,3 – mm Trong hệ thống bùn hoạt tính có diện vi khuẩn hiếu khí tuyệt đối, vi khuấn tùy nghi vi khuấn yếm khí – Một số vi khuẩn dị dưỡng thơng thường hệ thống bùn hoạt tính gồm có: Achromobacter, Alcaligenes, Arthrobacter, Citromonas, Flavobacterium, Pseudomonas, Zoogloea (Jenkins, et ah, 1993) Hai nhóm vi khuân chịu trách nhiệm chuyên hóa amoni thành nitrát vi khuân Nitrobacter Nitrosomonas STT VI KHUẨN CHỨC NĂNG Pseudomonas Phân hủy hiđratcacbon, protein, chất hữu cơ,…và khử nitrát Arthrobacter Phân hủy hiđratcacbon Bacillus Phân hủy hiđratcacbon, protein Cytophaga Phân hủy polime Zooglea Tạo thành chất nhầy (polisaccarit), chất keo tụ Acinetobacter Tích lũy poliphosphas, khử nitrát Nitrosomonas Nitrit hố Nitrobacter Nitrát hóa Sphaerotilus Sinh nhiều tiêm mao, phân huỷ chất hữu 10 Alkaligenes Phân hủy protein, khử nitrát 11 Flavobacterium Phân hủy protein 12 Nitrococus denitrificans Khử nitrát (thành N2) 13 Thiobaccillus denitrificans 14 Acinetobacter Khử nitrát (thành N2) 15 Hyphomicrobium 16 Desulfovibrio Khử sunfat, khử nitrát Pháp pháp xử lý nước thải phương pháp sinh học 2.1 Khái niệm Xử lý nước thải phương pháp sinh học (hay gọi xử lý nước thải vi sinh) phương pháp xử lý dựa hoạt động sống vi sinh vật, chủ yếu sinh vật hoại sinh có nước thải Vi sinh vật có nước thải liên tục chuyển hóa chất hữu cách tổng hợp thành tế bào Vi sinh vật hấp thụ lượng lớn chất hữu qua bề mặt tế bào Khi hấp thụ xong, chất hữu không đồng hóa thành tế bào chất khả hấp thụ Một phần chất hữu thấp thụ dành cho việc kiến tạo tế bào Một phần chất hữu oxy hóa để tạo lượng cung cấp cho việc tổng hợp 2.2 Cơ chế xử lý nước thải phương pháp sinh học (xử lý nước vi sinh) Cơ chế xử lý nước thải phương pháp sinh học (xử lý nước vi sinh) vi sinh vật có nước thải sử dụng hợp chất hữu số chất khoáng làm nguồn dinh dưỡng tạo lượng Sản phẩm trình phân hủy khí CO2, H2O, N2, ion sulfite Mục đích xử lý nước thải vi sinh khử chất hữu COD, BOD,…với nồng độ cao nước nồng độ cho phép, mức không gây hại tới môi trường 2.3 Phương pháp xử lý sinh học nước thải: Bao gồm phương pháp chính: Hiếu khí, kị khí màng sinh học (ở nội dung báo cáo, nhóm tập trung báo cáo xử lý nước thải phương pháp hiếu khí) Phương pháp xử lý nước thải vi sinh vật hiếu khí Xử lý nước vi sinh hiếu khí: trình sử dụng vi sinh oxy hóa chất hữu điều kiện có oxy Xử lý nước thải vi sinh hiếu khí thường gồm giai đoạn: Oxy hóa chất hữu cơ: Oxy hóa tồn chất hữu có nước thải nhằm đáp ứng nhu cầu lượng tế bào CxHyOzN + (x+ + + ) O2 → xCO2 + H2O + NH3 Tổng hợp tế bào mới: Tổng hợp để xây dựng tế bào CxHyOzN + NH3 + O2 → xCO2 + C5H7NO2 Phân hủy nội bào: Hô hấp nội bào C5H7NO2 + 5O2 → xCO2 + H2O NH3 + O2 → O2 + HNO2 → HNO3 * Các trình xử lý nước thải phương pháp sinh học hiếu khí xảy điều kiện tự nhiên nhân tạo Hiếu khí Tự nhiên Ao sinh học Cánh đồng tưới bãi lọc Nhân tạo Lọc sinh học Aerotank Đĩa quay sinh học Mương oxi hóa 3.3.1 Phương pháp xử lý sinh học tự nhiên: bao gồm ao hồ sinh học hiếu khí cánh đồng tưới bãi lọc Ao hồ sinh học: vi sinh vật thường dùng oxy sinh có từ rêu tảo q trình quang hợp oxy hóa từ khơng khí để oxy hóa chất hữu Rong, tảo lại tiêu thụ CO2, photphat nitrat amoni sinh từ phân hủy, oxy hóa chất hữu vi sinh Hồ sinh học xử lý nước thải phương pháp sinh học chủ yếu dựa vào trình tự làm hồ - Cánh đồng tưới bãi lọc: Trong nước thải sinh hoạt chứa hàm lượng nitơ, photpho, kali đáng kể Sử dụng vi sinh tự nhiên để xử lý chất hữu cơ, trình xử lý diễn chậm Cánh đồng tưới Mục đích: Tưới bón cây, xử lý nước thải sinh hoạt, công nghiệp nhiều chất hữu không chất độc, vi sinh vật gây bệnh Hiệu quả: BOD20 10-15mg/l, NO3-là 25mg/l, vi khuẩn giảm tới 99,9% Nước thu khơng cần khử khuẩn vẫ đổ vào thủy lực Nguyên tắc hoạt động cánh đồng tưới Bãi lọc khu đất dung xử lý chưa nước thải Đặc điểm chung bãi lọc ặc điểm chung bãi lọc Nhu cầu lượng thấp ( lấy từ lượng mặt trời) Yêu cầu diện tích lớn so với hệ thống thơng thường Dễ xây dựng vào bảo dưỡng Có thể sử dụng nguyên vật liệu địa phương Chi phí vận hành bảo dưỡng thấp Chịu thay đổi tải trọng Có giá trị thẩm mỹ sinh học Có thể áp dụng để xử lý nước thải, nước xám, nước thải cơng nghiệp hay nước mưa Có loại bãi lọc thường dùng o o FSW (Bãi lọc trồng ngập nước) SSF (Bãi lọc trồng dòng chảy ngầm) : SSF dòng chảy ngang, SSF dòng chảy thẳng đứng Cánh đồng tưới bãi lọc công nghệ độc lập, nhiên số điều kiện cụ thể hai công nghệ kết hợp với thành dây chuyền cơng nghệ Thường cánh đồng lọc hỗ trợ cho cánh đồng tưới mà tới thời gian muốn giảm tưới biến đất nghèo dinh dưỡng thành đất giàu dinh dưỡng Thường sử dụng cho xử lý nước thải sinh hoạt chứa N:P:K = 5:1:2 phù hợp cho phát triển thực vật Nhằm xử lý nước thải đồng thời tận dụng nước thải làm nguồn phân bón Nguyên tắc hoạt động: dựa khả giữ cặn mặt đất, nước thấm qua đất qua lọc, đất chứa VSV hiếu khí với lượng oxy có lổ hỏng mao quản lớp đất mặt 2.3.2 Phương pháp xử lý nước thải phương pháp sinh học hiếu khí nhân tạo Tương ứng với dạng vi sinh vật mà q trình sinh học hiếu khí nhân tạo chia thành dạng lơ lửng hay dạng dính bám - Xử lý sinh học hiếu khí với vi sinh tồn dạng lơ lửng chủ yếu sử dụng khử chất hữu chứa Cacbon trình bùn hoạt tính, hồ làm thống… - Xử lý sinh học hiếu khí với vi sinh tồn dạng dính bám q trình bùn hoạt tính dính bám, bể lọc nhỏ giọt, bể lọc cao tải, đĩa sinh học, bể phản ứng Nitrat hóa với màng cố định * Quá trình hiếu khí sinh trưởng lơ lửng (Aerotank) Bể bùn hoạt tính (bể aerotank) xử lý nước thải vi sinh có dạng bể, thực nhờ bùn hoạt tính cung cấp oxy khí nén làm thoáng, khuấy đảo liên tục Bùn phát triển trạng thái lơ lửng hiệu suất xử lý hợp chất hữu cao Bùn hoạt tính tập hợp vi sinh vật có nước thải, tạo thành bơng cặn có khả hấp thu phân hủy chất hữu có mặt oxy Bể bùn hoạt tính phương pháp xử lý nước thải phương pháp sinh học hiếu khí sử dụng rộng rãi xử lý nước thải sinh hoạt nước thải công nghiệp Ưu điểm bể dễ xây dựng vận hành Tuy nhiên bể sử dụng bơm để tuần hoàn bùn nhẳm ổn định lại nồng độ bùn hoạt tính bể nên vận hành tốn lượng Có nhiều loại bể bùn hoạt tính: bể bùn hoạt tính truyền thống, bể bùn hoạt tính tiếp xúc ổn định, bể bùn hoạt tính cấp khí kéo dài, bể bùn hoạt tính cấp khí giảm dần, bể bùn hoạt tính khuấy trộn hồn tồn, bể bùn hoạt tính nạp nước thải theo bậc (cấp khí nhiều bậc) Các q trình sinh hóa xảy Aerotank Quá trình tang sinh khối Quá trình chuyển đổi chất Quá trình khử nito photpho Một số vi sinh vật bể Aerotank Hệ sinh vật bao gồm: Vi khuẩn: Zooglea, Pseudomonas, Flavobacterium, Alcaligenes, Bacilus, Achromobacter, Corynebaterium, Commonas, Brevibacterium, Acinetobacterium Vai trò: Oxi hóa chất hữu cơ, đóng vai trị quan trọng việc hình thành bơng bùn Zoogles :Đóng vai trị quan trong việc hình thành bơng bùn Chúng xương sống hệ bùn hoạt tính Pseudomonas Bacilus Achromobacter Flavobacterium Acinetobacterium Tảo: Các sợi tảo lam Nấm: Geotrichum, candida, Trichoderma Penicillium, … Geotrichum Nguyên sinh động vật Trùng bánh xe : Có mặt nhiều thời gian lưu bùn khác nhau, số loại thị thời gian lưu bùn Giun tròn Một số loại động vật không xương sống khác Macromiotus blocki, Macrobiotus Q trình hiếu khí sinh trưởng dính bám (Lọc sinh học hiếu khí): Khái niệm : Là hoạt động nhờ q trình dính bám số vi khuẩn hiếu khí lớp vật liệu giá thể Do q trình dính bám tốt lên lượng sinh khối tăng lên, thời gian lưu bùn kéo dài nên xử lý tải trọng cao Vi sinh xử lý BOD, COD phần Nitơ, phospho Bể lọc sinh học công trình nhân tạo, chất thải lọc qua lớp vật liệu lọc rắn bao phủ lớp màng vi sinh vật Các vi khuẩn màng sinh học thường có hoạt tính cao vi khuẩn bùn hoạt tính Màng sinh học hiếu khí hệ vi sinh vật tùy tiện Cấu tạo bể lọc sinh học gồm phận chính: phần chứa vật liệu lọc, hệ thống phân phối nước toàn bề mặt bể, hệ thống thu dẫn nước sau lọc, hệ thống dẫn phân phối khí cho bể lọc Bể lọc sinh học chia làm loại là: lọc sinh học có lớp vật liệu ngập nước lọc sinh học có lớp vật liệu không ngập nước Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu xử lý thiết bị lọc sinh học: chất chất hữu ô nhiễm, vận tốc oxi hóa, cường độ thơng khí, tiết diện màng sinh học, thành phần vi sinh… Bể lọc sinh học nhỏ giọt Bể lọc sinh học nhỏ giọt đa dạng, gồm loại: lọc sinh học nhỏ giọt quay, biophin nhỏ giọt, bể lọc sinh học thô… Bể thường có dạng hình trụ hay hình chữ nhật Thiết bị lọc nhỏ giọt thường bao gồm phần chính: mơi trường lọc đệm, bể chứa, hệ thống cung cấp nước thải, cống ngầm hệ thống thơng gió Nước thải đưa vào xử lý phân thành màng nhỏ chảy qua lớp vật liệu đệm sinh học, tác dụng vi sinh vật phân hủy hiếu khí lớp màng vật liệu chất hữu bị phân hủy loại bỏ Ưu điểm loại hình cơng nghệ là: Ít tốn diện tích đất xây dựng, chi phí đầu tư thấp, quy trình vận hành đơn giản hồn tồn tự động Đĩa quay sinh học: quay màng sinh học tiếp xúc với chất hữu có nước thải, nhờ quay liên tục mà màng sinh học vừa tiếp xúc với khơng khí vừa tiếp xúc với chất hữu nước thải, vậy, chất hữu phân hủy nhanh Trong trình vận hành, VSV sinh trưởng gắn bề mặt đĩa hình thành lớp màng mỏng nhầy bề mặt ướt đĩa Khi đĩa quay, lớp màng vi sinh vật tiếp xúc với chất hữu nước thải với khơng khí để hấp thụ oxi Đĩa quay chế để tách chất rắn thừa khỏi bề mặt đĩa nhờ lực ly tâm Mương oxy hóa: dạng cải tiến bể Aerotank khuấy trộn hoàn chỉnh làm việc điều kiện hiếu khí kéo dài với bùn hoạt tính Thường sử dụng với nước thải có độ nhiễm bẩn cao BOD từ 1000-5000 mg/l Mương oxi hóa gồm phần: Vùng hiếu khí: Khử BOD oxi hóa NH4 thành NO3 Vùng kị khí: Khử NO3 thành N2 Các yếu tố ảnh hưởng đến trình xử lý nước thải phương pháp sinh học hiếu khí Oxy: Trong điều kiện hiếu khí Oxy thành phần cực quan trọng Nếu không cung cấp đầy đủ lượng Oxy cách liên tục vi sinh chết, q trình xử lý khơng đạt hiệu Độ pH: Độ pH nước thải ảnh hưởng đến q trình sinh hóa vi sinh, q trình tạo bùn lắng Tải trọng BOD, COD cần kiểm soát ổn định với hiệu suất tối ưu Hàm lượng bùn hoạt tính Chất dinh dưỡng Nitrogen, Phosphor, K, Ca, S… ... màng sinh học (ở nội dung báo cáo, nhóm tập trung báo cáo xử lý nước thải phương pháp hiếu khí) Phương pháp xử lý nước thải vi sinh vật hiếu khí Xử lý nước vi sinh hiếu khí: q trình sử dụng vi sinh. .. Desulfovibrio Khử sunfat, khử nitrát Pháp pháp xử lý nước thải phương pháp sinh học 2.1 Khái niệm Xử lý nước thải phương pháp sinh học (hay gọi xử lý nước thải vi sinh) phương pháp xử lý dựa... sung vi sinh vật khác nước ngầm, nước bề mặt nước khí chất thải cơng nghiệp Ngồi ra, tính hiệu q trình xử lý nước thải cịn phụ thuộc vào biến đổi sinh hóa học vi sinh vật tiến hành 1.2 Các vi sinh