Đồ án tốt nghiệp: Nghiên cứu và đánh giá xử lý lọc sinh học bằng giá thể xơ dừa và dây cước nhựa trong xử lý nước thải sinh hoạt

Với đặc tính tơi xốp, xơ dừa có khả năng làm giá thể cho vi sinh vật dính bám trong quá trình xử lý nước thải sinh hoạt bằng phương pháp sinh học hiếu khí.. Mục đích yêu cầu của đề tài

ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC

-

KHOA: Môi trường & Công nghệ sinh học BỘ MÔN: Công nghệ sinh học NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỌ VÀ TÊN: Võ Minh Mẫn MSSV: 105111041 NGÀNH: Công nghệ sinh học LỚP: 05DSH 1 Đầu đề Luận văn tốt nghiệp: - Nghiên cứu và đánh giá xử lí lọc sinh học bằng giá thể xơ dừa và day cước nhựa trong xử lý nước thải sinh hoạt 2 Nhiệm vụ (yêu cầu về nội dung và số liệu ban đầu): a Tổng quan về nước thải sinh hoạt b Nghiên cứu chạy mô hình và kết quả nghiên cứu c So sánh kết quả và kết luận 3 Ngày giao Luận văn tốt nghiệp: 01/04/2009 4 Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 30/06/2009 5 Họ và tên người hướng dẫn: Phần hướng dẫn: 1/ Th.s Lâm Vĩnh Sơn 100%

2/

Nội dung và yêu cầu Luận văn tốt nghiệp đã được thông qua Bộ môn Ngày 25 tháng 6 năm 2009 Người hướng dẫn chính (ký và ghi rõ họ tên) CHỦ NHIỆM BỘ MÔN (Ký và ghi rõ họ tên) NGƯỜI HƯỚNG DẪN CHÍNH (Ký và ghi rõ họ tên) PHẦN DÀNH CHO KHOA, BỘ MÔN Người duyệt (chấm sơ bộ):

Đơn vị:

Ngày bảo vệ:

Điểm tổng kết:

Nơi lưu trữ Luận văn tốt nghiệp:

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành được đồ án tốt nghiệp này, em đã nhận được sự giúp đỡ tận

tình của tất cả các thầy, cô trong khoa môi trường-công nghệ sinh học Thầy, cô đã

truyền đạt cho em những kiến thức quý báu trong những năm học trước để em có

thêm kiến thức thực hiện đồ án này

Em xin chân thành cảm ơn các anh chị tại thí nghiệm đã tạo điều kiện cho

em làm thí nghiệm tại đây

Đặc biệt, em xin chân thành cảm ơn thầy Lâm Vĩnh Sơn đã tận tình hướng

dẫn, giảng dạy, giúp đỡ, động viên em trong quá trình làm đồ án này

Cuối cùng, em xin được bày tỏ lòng biết ơn đến gia đình, những người luôn

động viên, tạo điều kiện cho em học tập và thực hiện đồ án của mình

Vì thời gian làm đồ án tốt nghiệp có giới hạn nên trong đồ án này vẫn còn

nhiều thiếu sót, rất mong sự đóng góp của quý thầy cô và các bạn

Sinh viên thực hiện Võ Minh Mẫn

MỤC LỤC

Lời cảm ơn

Danh mục các bảng

Danh mục các hình

Chương 1: MỞ ĐẦU

1.1 Đặt vấn đề - 1

1.2 Đối tượng nghiên cứu của đề tài - 1

1.3 Mục đích yêu cầu của đề tài - 2

1.4 Nội dung nghiên cứu - 2

1.5 Phương pháp nghiên cứu - 2

1.6 Phạm vi nghiên cứu - 2

Chương 2: TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI SINH HOẠT 2.1 Tổng quan vể nước thải sinh hoạt - 3

2.1.1 Khái quát về hiện trạng nước thải sinh hoạt - 3

2.1.2 Những ảnh hưởng của nước thải sinh hoạt đến đời sống của con người 2.1.2.1 Đến môi trường tự nhiên - 4

2.1.2.2 Đến môi trường nhân tạo - 5

2.1.3 Đặc tính của nước thải sinh hoạt - 5

2.1.3.1 Thành phần vật lí - 5

-

2.1.3.2 Thành phần hóa học - 6

2.2 Tổng quan về các phương pháp xử lí nước thải sinh hoạt - 6

2.2.1 Phương pháp cơ học - 6

2.2.2 Phương pháp hóa lí - 7

2.2.3 Phương pháp kết tủa – tạo bông - 8

2.2.4 Phương pháp trung hòa - 8

2.2.5 Phương pháp hấp thụ - 9

2.2.6 Phương pháp oxi hóa khử - 9

2.2.7 Phương pháp oxy hóa điện hóa - 9

2.2.8 Phương pháp sinh học - 11

2.2.8.1 Xử lí hiếu khí - 11

a Hệ thống bùn hoạt tính - 11

b Hồ sục khí - 14

c Sục khí - 15

d Phin lọc nhỏ giọt - 19

e Tổ hợp đĩa quay sinh học - 21

f Lựa chọn phương pháp xử lí hiếu khí - 22

2.2.9 Phương pháp khử trùng - 25

2.3 Các vi sinh vật tham gia vào quá trình xử lý nước thải - 26

2.3.1 Vi khuẩn (Bacteria) - 27

2,3.2 Virus và thực khuẩn thể - 32

2.3.3 Vi nấm(Fungi) - 32

2.3.4 Nấm men - 33

2.3.5 Nấm mốc - 34

2.3.6 Tảo (Algae) - 34

2.3.7 Nguyên sinh động vật (Protozoa) - 35

2.4 Lịch sử nghiên cứu và ứng dụng phương pháp sinh trưởng gắn kết trong xử lý nước thải 36 2.4.1 Xử lý nước thải bằng phương pháp hiếu khí với sinh trưởng gắn kết - 36 2.4.2 Xử lý nước thải bằng phương pháp kị khí với sinh trưởng gắn kết 38

2.4.3 Vật liệu làm giá thể - 40

Chương 3: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

3 Phương pháp nghiên cứu - 45

3.1 Phương pháp luận - 45

3.1.1 Cơ sở lý thuyết của quá trình sinh học - 45

3.1.2 Cơ sở lý thuyết về khả năng dính bám - 47

3.1.3 Giá thể và mô hình nghiên cứu - 48

3.1.3.1 Giá thể - 48

3.1.3.2 Mô hình - 48

3.1.3.3 Các thiết bị phụ trợ - 49

a Máy bơm khí - 49

b Thiết bị phân phối khí - 49

3.2 Vận hành - 49

3.3 Kết quả nghiên cứu - 51

3.3.1 Giá thể sử dụng là xơ dừa - 51

3.3.1.1 Tiến hành chạy thích nghi - 51

3.3.1.2.Thực hiện quá trình tăng tải trọng ( chạy mô hình tĩnh) - 52

3.3.1.3 Quá trình tăng tải trọng ( giai đoạn chạy mô hình động) - 59

3.3.2 Giá thể cước nhựa - 64

3.3.2.1 Kết quả giai đoạn thích nghi - 64

3.3.2.2.Thực hiện quá trình tăng tải trọng ( chạy mô hình tĩnh) - 65

3.3.2.3 Quá trình tăng tải trọng ( giai đoạn chạy mô hình động) - 73

CHƯƠNG 4: SO SÁNH VÀ KẾT LUẬN 4.1 So sánh - 78

4.1.1 So sánh kết quả quá trình chạy thích nghi giá thể - 78

4.1.2 So sánh giai đoạn tăng tải trọng (chạy mô hình tĩnh) - 79

4.1.2.1 Với thời gian lưu nước là 24h - 79

4.1.2.2 Ứng với thời gian lưu nước là 12h - 82

4.1.2.3 ứng với thời gian lưu nước là 6h - 85

4.1.2.4 Ưùng với thời gian lưu nước là 4h - 88

4.1.2.5 Ưùng với thời gian lưu nước là 2h - 92

4.1.3 So sánh giai đoạn tăng tải trọng (chạy mô hình động) - 95

4.1.3.1 Uùng với thời gian lưu nước là 24h - 95

4.1.3.2 Uùng với thời gian lưu nước là 12h - 98

4.1.3.3 Ưùng với thời gian lưu nước là 6h - 102

4.2 Kết luận - 105

4.3 Kiến nghị - 105

4.4 Đề xuất quy trình công nghệ - 106

Tài liệu tham khảo

Phụ lục

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1: Tải trọng chất bẩn theo đầu người - 4

Bảng 22.: Ứùng dụng các công trình cơ học trong xử lí nước thải - 7

Bảng 2.3: Ứùng dụng các quá trình hóa lí trong xử lí nước thải -10

Bảng 2.4: Các quá trình sinh học dùng trong xử lí nước thải -22

Bảng 2.5 Tính chất vật lí của một số vật liệu dùng cho lọc nhỏ giọt -41

DANH MỤC HÌNH

Hình 2.1 Sơ đồ hệ thống bùn hoạt tính đơn giản -11

Hình 2.2 Sơ đồ hệ thống bùn hoạt tính thông thường -12

Hình 2.3 Cấu tạo hồ hiếu khí (trên) và hồ phức tạp (dưới) -14

Hình 2.4 Khuếch tán bọt khí nhỏ và trung bình -16

Hình 2.5 Khuếch tán bọt khí lớn, thô -16

Hình 2.6 Phác họa hệ thống sục khí tĩnh -17

Hình 2.7 Hệ thống sục khí bằng tuabin -17

Hình 2.8 Sơ đồ sục khí bề mặt nổi -18

Hình 2.9 Phác họa sục khí bề mặt bằng chổi quay -18

Hình 2.10 Mặt cắt của màng sinh khối sinh trưởng liên kết -19

Hình 2.11 Vật liệu đỡ điển hình của phin lọc nhỏ giọt -20

Hình 2.12 Phác họa phin lọc nhỏ giọt -20

Hình 2.13 Sơ đồ tổ hợp đĩa quay sinh học -21

Chương 1 MỞ ĐẦU

1.1 Đặt vấn đề

Ngày nay, vấn đề môi trường đang rất được quan tâm, đặc biệt là vấn đề

nước thải trong các quá trình sản xuất công nghiệp, trong quá trình sinh hoạt Hầu

hết nước thải từ các khu dân cư, nhà máy, xí nghiệp chế biến, sản xuất khi xả thải

vào môi trường đều chưa đạt tiêu chuẩn cho phép (TCCP), đã dẫn đến chất lượng

môi trường ngày càng bị suy thoái nghiêm trọng, đặc biệt là chất lượng môi trường

nước

1.2 Đối tượng nghiên cứu của đề tài

Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học là một phương pháp đang rất

được ưa dùng vì chi phí cho công nghệ này rẻ hơn so với những công nghệ khác và

ít gây tác hại phụ đến chất lượng nước sau khi xử lý Trong đó, việc sử dụng những

giá thể dính bám để vi sinh vật phát triển dẫn đến tăng khả năng tăng hiệu quả xử

lý

Xơ dừa và cước nhựa là vật liệu có thể tìm thấy hoặc được mua một cách

dễ dàng trên đất nước chúng ta Chúng ta có thể tận dụng xơ trong lớp vỏ quả dừa

để tạo thành một loại vật liệu có khả năng xử lý nước thải, trong đó loại nước thải

chúng ta quan tâm là nước thải sinh hoạt Với đặc tính tơi xốp, xơ dừa có khả năng

làm giá thể cho vi sinh vật dính bám trong quá trình xử lý nước thải sinh hoạt

bằng phương pháp sinh học hiếu khí

Việc ứng dụng này cũng chỉ mới được nghiên cứu gần đây nhưng nó đã mở

ra cho chúng ta một hướng đi mới trong công nghệ xử lý nước thải

Tuy nhiên để sử dụng loại xơ dừa và cước nhựa làm giá thể dính bám đạt

nhựa làm giá thể trong xử lý sinh học hiếu khí là rất cần thiết Từ đó ta có thể tìm

ra loại giá thể thích hợp nhất trong việc làm giá thể dính bám của công nghệ xử lý

nước thải sinh hoạt để chất lượng nước thải này đạt tiêu chuẩn cho phép

1.3 Mục đích yêu cầu của đề tài

Đánh giá so sánh khả năng xử lý nước thải sinh hoạt bằng phương pháp sinh

học bám dính hiếu khí với giá thể là xơ dừa và dây cước nhựa được bó lại có

đường kính d = 2,5 mm, chiều cao h = 15 mm

1.4 Nội dung nghiên cứu

Tiến hành phân tích các chỉ tiêu đầu vào của nước thải sinh hoạt sau khi lấy

từ chung cư Ngô Tất Tố, phường 25, quận Bình Thạnh

Tiến hành chạy mô hình thí nghiệm và phân tích các chỉ tiêu đầu ra với

nhiều chế độ thủy lực khác nhau để tìm ra khoảng nồng độ xử lý tối ưu nhất đối

với từng loại giá thể nghiên cứu

Đưa ra các số liệu mà giá thể có khả năng xử lý đối với loại nước thải sinh

hoạt

1.5 Phương pháp nghiên cứu

Xây dựng mô hình mô phỏng bể xử lý với kích thước nhỏ đặt trong phòng

thí nghiệm

Vận hành mô hình mô phỏng với giá thể là xơ dừa và cước nhựa theo các

chế độ tải trọng khác nhau

Kiểm nghiệm các đặc tính ô nhiễm của nước thải trước và sau xử lý để

đánh giá hiệu quả xử lý Các chỉ tiêu cần kiểm tra thường xuyên là COD, pH, SS

1.6 Phạm vi nghiên cứu

Mô hình trong phòng thí nghiệm

Ứùng dụng đối với bể sinh học hiếu khí

Aùp dụng cho loại nước thải sinh hoạt

Chương 2 TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI SINH HOẠT

2.1 Tổng quan vể nước thải sinh hoạt

2.1.1 Khái quát về hiện trạng nước thải sinh hoạt

Nước thải sinh hoạt là nước được thải bỏ sau khi sử dụng cho các mục đích

sinh hoạt của cộng đồng: tắm, giặt giũ, tẩy rửa, vệ sinh các nhân…chúng thường

được thải ra từ các căn hộ, cơ quan, trường học, bệnh viện, chợ, và các công trình

công cộng khác Lượng nước thải sinh hoạt của moat khu dân cư phụ thuộc vào

dân sô, vào tiêu chuan cấp nước và đặc điểm của hệ thống thoát nước Tiêu tiêu

chuan nước thải sinh hoạt của các khu dân cư đô thị thường là 100 đến 250

l/người.ngày đêm ( đối với các nước đang phát triển) và từ 150 đến 500 l/

người.ngày đêm ( đối với các nước phát triển)

Ơû nước ta hiện nay, tiêu chuan cấp nước dao động từ 120 đến 180 l/

người.ngày đêm Đối với khu vực nông thôn, tiêu chuan cấp nước dao động từ 50

đến 100 l/người.ngày đêm Thông thường tiêu chuan nước thải sinh hoạt lấy bằng

80 đến 100% tiêu chuan nước cấp Nước thải sinh hoạt từ các trung tâm thường

được thoát bằng hệ thống thoát nước dẫn ra các sông rạch, còn các vùng ngoại

thành và nông thôn do không có hệ thống thoát nước nên nước thải thường được

thoát tự nhiên vào các ao hồ hoặc thoát bằng các biện pháp tự thấm Ngoài ra,

lượng nước thải sinh hoạt của khu dân cư còn phụ thuộc vào điều kiện trang thiết

bị vệ sinh nhà ở, đặc điểm khí hậu thời tiết và tập quán sinh hoạt của người dân

Bảng 2.1: Tải trọng chất bẩn theo đầu người

Chỉ tiêu chất ô nhiễm Hệ số phát thải

Các quốc gia gần gũi với Việt Nam

Theo tiêu chuẩn Việt Nam (TCXD-51-84)

2.1.2 Những ảnh hưởng của nước thải sinh hoạt đến đời sống của con người

2.1.2.1 Đến môi trường tự nhiên

Nước thải sinh hoạt gay ra sự ô nhiễm môi trường tự nhiên do các thành

phần ô nhiễm:

- COD, BOD: sự khoáng hóa, ổn định chất hữu cơ tiêu thụ moat lượng

lớn và gay thiếu hụt oxy của nguồn tiếp nhận dẫn đến ảnh hưởng của hệ sinh thái

môi trường nước nếu ô nhiễm quá mức điều kiện yếm khí có thể hình thành

Trong quá trình phân hủy yếm khí sinh ra các sản phẩm như H2S, NH3, CH4…làm

cho nước có mùi hôi thối và làm giảm pH của môi trường nước nơi tiếp nhận

- SS: lắng động ở nguồn tiếp nhận gay điều kiện yếm khí

- Nhiệt độ: nhiệt độ nước thải sinh hoạt thường không gay ảnh hưởng

đến đời sống của thủy sinh vật

- Vi khuẩn gây bệnh: gay ra các bệnh lan truyền bằng đường nước tiểu

như: tiêu chảy, ngộ độc thức ăn, vàng da…

- N, P: nay là những nguyên tố dinh dưỡng đa lượng Nếu nồng độ trong

nước quá cao dẫn tới hiện tượng phú dưỡng hóa, đó là sự phát triển bùng phát của

các loại tảo, làm cho các nồng độ oxi trong nước rất thấp vào ban đêm gay ngạt

thở và gay chất các thủy sinh vật, trong khi đó ban ngày nồng độ oxi rất cao do

quá trình hô hấp của tảo thải ra

- Màu: màu đục hoặc đen, gay mất mỹ quan

- Dầu mỡ: gây mùi, ngăn cản khuếch tán oxi

2.1.2.2 Đến môi trường nhân tạo

Bên cạnh sự ô nhiễm môi trường tự nhiên, thì nước thải nói chung, nước

thải sinh hoạt nói riêng khi chưa qua xử lí mà được xả trực tiếp ra môi trường sẽ

gay mất mĩ quan khu vực Đó là chưa kể đến việc phát sinh các loại dịch bệnh lạ,

ảnh hưởng đến sức khỏe của người dân

Về mặt xã hội thì nó sẽ gây ra sự bất an và thiếu tin tưởng vào các cơ

quan quản lí, từ đó sẽ kéo theo nhiều hệ lụy tiêu cực

2.1.3 Đặc tính của nước thải sinh hoạt

Thành phần nước thải được chia thành 2 nhóm chính:

2.1.3.1 Thành phần vật lí:

Theo trạng thái lí học: các chất bẩn trong nước thải được chia thành 3

nhóm:

+ Nhóm 1: gồm các chất không tan ở dạng lơ lửng kích thước lớn (

những hạt có đường kính > 10-1 mm) và ở dạng huyền phù, nhũ tương, bọt ( những

hạt có đường kính từ 10-1 đến 10-4mm)

+ Nhóm 2: gồm các chất ở dạng keo ( những hạt có kích thước từ 10-4

đến 10-6 mm)

+ Nhóm 3: gồm các chất hòa tan ở dạng phân tử Những hạt này có

đường kính < 10-6 mm chúng không tạo thành pha riêng biệt mà trở thành hệ một

pha hay còn gọi là dung dịch thật

2.1.3.2 Thành phần hóa học:

Thành phần hóa học: biểu thị dạng các chất bẩn trong nước thải có các

tính chất hóa học khác nhau, được chia thành 3 nhóm:

Thành phần vô cơ: cát, sét, xỉ Acid vô cơ, các ion của muối phân li…(

khoảng 42% đối với nước thải sinh hoạt)

Thành phần hữu cơ: các chất có nguồn gốc từ động vật, thực vật, cặn bả

bài tiết…( chiếm khoảng 58%)

+ Các chất chứa Nito: ure, protein, amin, acid amin

+ Các hợp chất hidrocacbon: mỡ, xà phòng, cellulose…

+ Các hợp chất có chứa phosphor, lưu huỳnh

Thành phần sinh học: nấm men, nấm mốc, tảo, vi khuẩn…

Hình 3.1 sơ đồ minh họa về thành phần vật lí và hóa học nước thải sinh hoạt

2.2 Tổng quan về các phương pháp xử lí nước thải sinh hoạt:

Các loại nước thải đều chứa tạp chất gay ô nhiễm rất khác nhau: từ các

loại chất rắn không tan, đến những loại chất khó tan hoặc tan được trong nước, xử

lí nước thải là loại bỏ các tạp chất đó, làm sạch lại nước hoặc thải vào nguồn hay

tái sử dụng Để đạt được những mục đích đó chúng ta thường dựa vào đặc điểm

của từng loại tạp chất để lựa chọn phương pháp xử lí thích hợp Thông thường có

các phương pháp xử lí sau:

+ Xử lí bằng phương pháp cơ học

+ Xử lí bằng phương pháp hóa lí

+ Xử lí bằng phương pháp sinh học

+ Phương pháp khử trùng

2.2.1 Phương pháp cơ học:

Xử lí nước thải bằng phương pháp cơ học thực chất là áp dụng các lực

vật lí để loại bỏ các tạp chất cơ học không tan ra khỏi nước thải bằng cách gạn

lọc, lọc, lắng

Các công trình xử lí trong phương pháp cơ học gồm có: song chắn rác,

bể lắng cát, bể vớt dầu, mỡ, bể lắng, bể lọc,… và mỗi công trình đơn vị này đều

có nhiệm vụ khác nhau và hỗ trợ nhau để loại bỏ các tạp chất cơ học tương ứng

trong nước thải

Bảng 2.2: Ứùng dụng các công trình cơ học trong xử lí nước thải

Các công trình Ưùng dụng Lưới chắn rác Tách các chất rắn thô và có thể lắng

Nghiền rác Nghiền các chất rắn thô đến kích

thước nhỏ hơn đồng nhất

Bể điều hòa Điều hòa lưu lượng và tải trọng BOD

và SS Lắng Tách các cặn lắng và nén bùn

Lọc Tách các hạt cặn lơ lửng còn lại sau xử

lí sinh học hoặc hóa học

Màng lọc Tương tự như quá trình lọc,tách tảo từ

nước thải sau hồ ổn định Vận chuyển khí Bổ sung và tách khí

Bay hơi và bay khí Bay hơi các hợp chất hữu cơ bay hơi từ

nước thải

Nguồn: PGS PTS Hoàng Huệ - 1996 - Xử lí nước thải – Nhà xuất bản xây

dựng

2.2.2 Phương pháp hóa lí:

Thực chất của phương pháp hóa lí là đưa vào nước thải chất phản ứng nào

đó để gay tác động tới các chất bẩn, biến đổi hóa học, tạo thành các chất khác

dưới dạng cặn hoặc chất hòa tan nhưng không độc hại hay gây ô nhiễm môi

trường

Các phương pháp hóa lí thường ứng dụng để xử lí nước thải keo tụ, hấp thu,

trích li, bay hơi, tuyển nổi…

Căn cứ vào điều kiện địa phương và yêu cầu vệ sinh mà phương pháp hóa lí

là giải pháp cuối cùng hoặc là giai đoạn xử lí sơ bộ cho các giai đoạn xử lí tiếp

theo

2.2.3 Phương pháp kết tủa – tạo bông:

Quá trình keo tụ tạo bông được ứng dụng để loại bỏ các chất rắn lơ lửng và

các hạt keo có kích thước rất nhỏ ( 10-7 – 10-8 cm ) Các chất này tồn tại ở dạng

khuếch tán và không thể loại bỏ bằng quá trình lắng vì rất tốn rất nhiều thời gian

Để tăng hiệu quả lắng, giảm bớt thời gian lắng của chúng thì ta nên thêm vào

nước thải một số hóa chất như phèn nhôm, phèn sắt, polymer… các chất này có

tác dụng kết dính các chất khếch tán trong dung dịch thành các hạt có kích cỡ và

tỷ trọng lớn hơn nên sẽ lắng nhanh hơn

Các chất keo tụ dùng là phèn nhôm: Al2(SO4)3.18H2O, NaAlO2, Al2(OH)3Cl,

KAl(SO4).12H2O, NH4Al(SO4).12H2O ; phèn sắt: Fe2(SO4)3.2H2O,FeSO4.7H2O,

FeCl3 hay chất keo tụ không phân li, dạng cao phân tử có nguồn gốc thiên nhiên

hay tổng hợp

Trong khi tiến hành quá trình keo tụ, tạo bông can chú ý:

- pH của nước thải

- Bản chất của hệ keo

- Sự có mặt của các ion trong nước

- Thành phần của các chất hữu cơ trong nước

- Nhiệt độ

2.2.4 Phương pháp trung hòa:

Nước thải thường có những giá trị pH khác nhau Muốn nước thải được xử lí

tốt bằng phương pháp sinh học phải tiến hành trung hòa và điều chỉnh pH về vùng

6,6 – 7,6

Trung hòa bằng cách dùng các dung dịch acid hoặc muối acid, các dung

dịch kiềm hoặc acid kiềm để trung hòa dịch nước thải

Trung hòa bằng trộn lẫn chất thải

Trung hòa bằng bổ sung các tác nhân hóa học

Trung hòa nước thải bằng acid bằng cách lọc qua vật liệu có tác dụng trung

hòa

2.2.5 Phương pháp hấp thụ:

Phương pháp hấp thụ được dùng để loại hết các chất bẩn hòa tan vào nước

mà phương pháp xử lí sinh học cùng các phương pháp khác không loại bỏ được với

hàm lượng rất nhỏ Thông thường nay là các hợp chất hòa tan có độc tính cao hoặc

các chất có mùi, vị và màu rất khó chịu

Các chất hấp phụ thường dùng là: than hoạt tính, đất sét hoạt tính, silicagen,

keo nhôm, một số chất tổng hợp hoặc chất thải trong sản xuất, như xỉ tro, xỉ mạt

sắt… trong số này than hoạt tính được dùng phổ biến nhất Than hoạt tính có hai

loại dạng: boat và dạng hạt đều được dùng để hấp phụ

2.2.6 Phương pháp oxi hóa khử:

Để làm sạch nước thải người ta có thể sử dụng các chất oxi hóa như clo ở

dạng khí và hóa lỏng, dioxit clo, clorat canxi, hypoclorit canxi va natri, kali

permanganate, kali bicromat, peoxythyro, oxy của không khí, ozon…

Trong quá trình oxy hóa, các chất độc hại trong nước thải được chuyển

thành các chất ít độc hơn và tách ra khỏi nước quá trình này tiêu tốn một lượng

lớn các tác nhân hóa học, do đó quá trình oxy hóa hóa học chỉ được dùng trong

những trường hợp khi các tạp chất gay nhiễm bẩn trong nước thải không thể tách

bằng những phương pháp khác

2.2.7 Phương pháp oxy hóa điện hóa:

Phương pháp oxy hóa điện hóa được dùng để xử lí nước thải sinh hoạt, với

mục đích khử các chất có trong nước thải để thu hồi cặn quý (kim loại) trên các

điện cực anot Phương pháp này dùng xử lí nước thải xi mạ Niken, mạ bạc hay các

nhà máy tẩy gỉ kim loại, như điện phân dung dịch chứa sắt sunfat và acid sunfuric

tự do bằng màng trao đổi ion sẽ phục hồi 80 – 90% acid sunfuric và thu hồi boat

sắt với khối lượng là 20 – 25kg/m3 dung dịch

Nếu xử lí bằng phương pháp điện phân thì nước thải có thể dùng lại được,

và dung dịch acid sunfuric có thể dùng lại cho quá trình điện phân sau

Bảng 2.3: Ứùng dụng các quá trình hóa lí trong xử lí nước thải

Hấp thụ

Tách các chất hữu cơ không được xử lí bằng các phương pháp hóa học thông thường hoặc bằng phương pháp sinh học Nó cũng được dùng để tách kim loại nặng khử chlorine của nước thải

trước khi xả vào nguồn Khử trùng:

- Bằng Ozon

- Bằng tia UV Khử Chlorine Tách Clo còn lại sau quá trình clo hóa

2.2.8 Phương pháp sinh học:

2.2.8.1 Xử lí hiếu khí

Trong quá trình hiếu khí, tóm tắt phản ứng xảy ra như sau:

Tạp chất hữu cơ + ôxy = tế bào mới + CO2 + H2O

Nước thải chế biến thủy sản rất ít khi cần phải bổ sung các chất dinh dưỡng

(như nitơ, phôtpho), nhưng việc cung cấp đầy đủ oxy là rất quan trọng để hệ thống

hoạt động có hiệu quả

Các quá trình hiếu khí cơ bản bao gồm: hệ thống bùn hoạt tính, hồ nước, bộ

lọc nhỏ giọt, và tổ hợp đĩa quay sinh học Các quá trình hiếu khí này được mô tả

cùng với các phương tiện dùng để sục khí

a Hệ thống bùn hoạt tính

Xuất hiện ở Anh từ đầu thế kỷ 20 và được mang tên này vì bùn (khối các vi

sinh vật) được tạo ra, sẽ phân hủy hiếu khí và ổn định lượng tạp chất rắn trong

nước thải Hình 2.1 là sơ đồ hệ thống bùn hoạt tính điển hình

Đối với các hệ thống lớn, đặc biệt là khi dự kiến lượng nước thải thay đổi

nhiều, nên thiết kế hệ thống với nhiều bể lắng và bể sục khí Số lượng bể phụ

thuộc vào lượng nước thải

Hình 2.1 Sơ đồ hệ thống bùn hoạt tính đơn giản

Lượng tạp chất hữu cơ còn lại sau quá trình xử lý sơ bộ do lắng, lọc và

tuyển nổi chảy vào bể phản ứng trong đó có chứa các vi sinh vật (bùn hoạt tính)

và được sục khí liên tục Sau đó hỗn hợp chảy sang bể lắng thứ cấp, tại đây, các

sinh khối lắng xuống Nước thải đã qua xử lý được xả ra sau khi khử trùng còn một

phần sinh khối được lưu chuyển ngược trở lại bể sục khí Phải lưu chuyển sinh

khối để đảm bảo đủ lượng vi sinh vật phân hủy tạp chất hữu cơ càng nhanh càng

tốt Lượng sinh khối tuần hoàn phụ thuộc vào nhu cầu phân hủy nhanh và sự cần

thiết để vi khuẩn kết tụ đạt yêu cầu sao cho quá trình lắng thứ cấp có thể phân

tách hết sinh khối Nếu sinh khối được giữ lâu trong hệ thống, khả năng kết tụ của

chúng cao lên vì chúng bắt đầu tạo ra bùn cellulo tạo điều kiện thuận lợi để kết

tụ

Các hệ thống bùn hoạt tính thông dụng nhất là: bể khuấy trộn lưu chuyển

thông thường và bể khuấy trộn lưu chuyển liên tục, trong đó nước thải được trộn

một cách triệt để (hình 2.1) Trong quá trình lưu chuyển thông thường, nước thải

lưu chuyển dọc theo bể sục khí, với dòng chảy “dích dắc” nhờ các tấm chắn hướng

dòng (hình 2.2) Nhu cầu oxy khi dùng phương pháp này cao nhất ở đầu vào vì ở

đây có nhiều tạp chất hữu cơ nhất

Hình 2.2 Sơ đồ hệ thống bùn hoạt tính thông thường

Trong quá trình trộn triệt để, các dòng vào được dẫn từ các điểm khác nhau

để tạo tính đồng nhất cho hỗn hợp; nếu trộn đều, nước thải có đặc tính đồng nhất

trong toàn bộ bể phản ứng và sẽ ổn định hơn khi đảo trộn (do các dòng vào đã

được hòa trộn trong bể) Đối với nước thải chế biến thủy sản, phải đảo trộn khi

mật độ tạp chất hữu cơ hoặc khi lưu lượng nước thải đạt cao nhất Có thể làm giảm

lưu lượng tối đa bằng cách ngăn giữ nước thải lại trong các bể xử lý sơ bộ Xử lý

bằng bùn hoạt tính thông thường cần thể tích của bể phản ứng nhỏ hơn nếu vẫn

đảm bảo để dòng chảy “ dích dắc” là dòng chảy êm ả thành lớp mà điều này

thường không xảy ra

Trong tất cả các hệ thống bùn hoạt tính, việc tách sinh khối khỏi chất lỏng

và đưa trở lại một phần vào hệ thống sao cho mật độ vi sinh vật tương đối cao để

có thể phân hủy tạp chất hữu cơ trong thời gian ngắn Vì vậy có 2 thời gian lưu giữ

khác nhau: thời gian lưu giữ nước (H) là tỷ số giữa thể tích bể phản ứng (V) và

lưu lượng nước thải (Q):

H

 = V/Q và thời gian lưu giữa sinh khối (C) là tỷ số giữa sinh khối có trong bể phản ứng

và khối lượng sinh khối thải ra trong 1 ngày Hthường khoảng 3-6 giờ trong khi

C

 khoảng 3-15 ngày Thời gian lưu giữ khác nhau vì tất cả nước thải đã lọc đều

được xả nhưng chỉ một phần nhỏ bùn được thải ra Có thể xả thẳng bùn từ bể lắng

hoặc xả bớt một phần nước ra từ bể phản ứng trước khi vào bể lắng

Các hệ thống bùn hoạt tính thường loại bỏ được 85-95% lượng tạp chất hữu

cơ Yếu tố chính để hệ thống hoạt động thành công là vận hành tốt và cần phải

đào tạo người vận hành Thiết bị này phù hợp với các xí nghiệp chế biến qui mô

lớn, vận hành quanh năm nhưng không phù hợp với các xí nghiệp chế biến qui mô

nhỏ, vận hành theo mùa vì thiết bị này phải hoạt động liên tục để duy trì hệ vi

sinh vật

b Hồ sục khí

Hồ sục khí thường là ao đào và hoạt động không có quá trình lưu chuyển

tạp chất rắn trong hệ thống, đây là điểm khác cơ bản so với hệ thống bùn hoạt

tính

Có 2 loại hồ phổ biến: hồ pha trộn toàn bộ (lơ lửng hoàn toàn) trong đó

nồng độ tạp chất rắn và oxy hòa tan khá đồng đều, cả chất rắn và khối vi sinh vật

đều không lắng; hồ trộn phức hợp (hiếu khí-kỵ khí hoặc còn gọi là lơ lửng một

phần) Trong hồ phức hợp, công suất của các máy khuấy thấp làm chất rắn tích tụ

ở dưới đáy và sẽ bị phân hủy kỵ khí, trong khi phần chất rắn lơ lửng phía trên được

phân hủy hiếu khí (hình 2.3)

Công suất điện của các máy khuấy dùng trong hai hồ này khác nhau, hồ

hiếu khí 2,5-6W/m3; hồ trộn phức hợp 0,8-1W/m3 Vì ở ngoài trời nên về mùa

đông nhiệt độ nước trong hồ xuống thấp làm cho mật độ vi sinh hoạt động yếu,

thậm chí bị đóng băng Tuy nhiên cũng có thể khắc phục một phần nhược điểm

này bằng cách đào hồ sâu Các hồ sâu này cần có nơi phân lắng thứ cấp, có thể ở

dạng ao nông hoặc bể lắng thông thường

Hình 2 3 Cấu tạo hồ hiếu khí (trên) và hồ phức tạp (dưới)

Nếu sử dụng bể lắng đào dưới đất, cần có đủ thời gian để chất rắn lắng và

cũng phải có đủ điều kiện để tích tụ bùn Có nhiều khả năng sẽ gây mùi khó chịu

do bùn lắng phân hủy và tảo có thể phát triển lên bề mặt làm cho hàm lượng chất

rắn lơ lửng trong nước thải tăng Có thể xử lý mùi bằng cách đào bể sâu tối thiểu

2m, lưu giữ chất lỏng không quá 12 ngày để hạn chế sự phát triển của tảo

Trong hệ thống hồ phức hợp, chất rắn tích tụ dọc theo thành và ở các góc

bể hiếu khí, còn trong hồ pha trộn toàn bộ, các chất này tập trung giữa các thiết bị

sục khí Tạp chất rắn tích tụ sẽ phân hủy ở dưới đáy nhưng do một phần không có

khả năng phân hủy sinh học nên luôn hình thành cặn, vì vậy cần định kỳ loại bỏ

lượng chất rắn tích tụ này

c Sục khí

Hệ thống làm thoáng như ở trên cần có oxy để hoạt động Tùy theo đặc

điểm của quá trình, có thể dùng các thiết kế khác nhau Có thể cung cấp oxy tới

hệ thống bùn hoạt tính bằng sục khí khuếch tán, khuấy trộn bằng tuabin, thiết bị

sục khí tĩnh hoặc thiết bị khuếch tán bọt khí thô trên bề mặt Hai loại cuối cùng

được sử dụng trong hồ sục khí

Hệ thống sục khí khuếch tán (hình 2.4) được chia thành khuếch tán bọt khí

kích thước nhỏ, trung bình và thô hoặc lớn Thiết bị khuếch tán bọt khí nhỏ được

làm từ các nguyên liệu xốp (hạt ôxít silic hoặc ôxit nhôm liên kết bằng công nghệ

gốm hoặc nhựa) tạo ra những bọt khí rất nhỏ ở bề mặt rộng giúp chuyển oxy từ

không khí tới nước thải Thiết bị khuếch tán bọt khí cỡ trung bình có dạng ống có

đục lỗ hoặc ống được bọc bằng nhựa hoặc bằng sợi đan Khuếch tán bọt khí thô là

những thiết bị có lỗ rỗng với nhiều dạng khác nhau để chống bị tắc (hình 2.5)

Hình 2.4 Khuếch tán bọt khí nhỏ và trung bình

Hình 2.5 Khuếch tán bọt khí lớn, thô

Khi sử dụng thiết bị khuếch tán bọt khí nhỏ hoặc mịn, phải dùng không khí

đã lọc sạch bụi để tránh bị tắc Mặc dù thực hiện quá trình trao đổi oxy có phần ít

hiệu quả hơn nhưng thiết bị khuếch tán bọt khí thô vẫn được ưa dùng hơn vì không

sợ bụi làm tắc, giá thành và yêu cầu bảo dưỡng thấp Chúng thường được đặt dọc

theo các khoang chứa khí, gần đáy bể sục khí

Thiết bị sục khí tĩnh (hình 2.6) là các ống thẳng đứng có lớp màng bọc

ngoài và đặt ở đáy bể sục khí Không khí nén dồn từ đáy các ống lên làm hỗn hợp

khí và nước thoát ra khỏi màng bọc, thực hiện quá trình trao đổi oxy Thiết bị này

được sử dụng chủ yếu trong các hồ sục khí

Hình 2.6 Phác họa hệ thống sục khí tĩnh

Sục khí bằng tuabin là một trong những thiết bị thông dụng và đơn giản

nhất Thiết bị này có hệ thống cánh quạt tuabin dẫn động bằng động cơ điện quay

với tốc độ cao phía trên các ống hoặc vòng, từ đó khí nén được xả ra (hình 2.7)

Bọt khí từ các ống phân tán theo vòng quay của tuabin Tùy theo độ sâu

của bể sục khí, một trục có thể có nhiều cánh quạt Tuabin có chức năng duy trì

lớp vi sinh vật ở tráng thái lơ lửng, phân tách và phân tán bọt khí, trong đó phân

tán bọt khí tốn năng lượng nhất

Hình 2.7 Hệ thống sục khí bằng tuabin

Các thiết bị sục khí bề mặt thông dụng nhất được đặt trên một giàn nổi

(hình 2.8) và gồm một cánh quạt đặt trong ống nâng, cánh quạt được dẫn động từ

một động cơ không bị nhúng trong nước Cánh quạt hút chất lỏng từ dưới phun lên

bề mặt bể Quá trình trao đổi oxy diễn ra từ không khí qua phần nước được phun

lên và tới bề mặt nước bị xáo trộn quanh thiết bị

Hình 2.8 Sơ đồ sục khí bề mặt nổi

Một loại thiết bị sục khí bề mặt khác có tên gọi là thiết bị sục khí ”chổi

quay” bao gồm các cánh quạt đặt trên cánh quay (hình 2.9) Thông thường những

thiết bị này phải có các tấm hướng dòng chảy và bảo đảm vận tốc dòng xoáy

Tỷ lệ trao đổi oxy bằng các thiết bị sục khí khác nhau dao động từ 0,7-1,4

kg oxy/kwh khi dùng trong nước thải thực tế Hầu hết các catalogue đưa ra công

suất lớn hơn rất nhiều, vì những trị số này dựa trên các thí nghiệm ở điều kiện

chuẩn (dùng nước máy sạch ở 200C và không có oxy hòa tan ở thời điểm bắt đầu

thí nghiệm) Khi chọn thiết bị sục khí, cần phải hiểu đúng các trị số đó và phải yêu

cầu cung cấp hệ thống chuyển đổi sang cho nước thải thực tế để đánh giá đúng tỷ

lệ trao đổi

Hình 2.9 Phác họa sục khí bề mặt bằng chổi quay

Phin lọc nhỏ giọt là một trong các quá trình sinh trưởng liên kết phổ biến

nhất Trong hệ thống này, sinh khối không lơ lửng như trong quá trình xử lý bằng

bùn hoạt tính hoặc hồ sục khí mà hầu hết các vi sinh vật đều liên kết với vật liệu

đỡ để phát triển (hình 2.10)

Hình 2.10 Mặt cắt của màng sinh khối sinh trưởng liên kết

Vi sinh vật bám trên thành hấp thụ các chất hữu cơ trong nước thải từ màng

nước xung quanh và phân hủy chúng Oxy từ không khí khuếch tán qua màng nước

và xâm nhập vào sinh khối Vì vật thể hữu cơ tăng trưởng lớp sinh khối dày hơn và

lớp bên trong của sinh khối không đủ oxy cũng như chất dinh dưỡng sẽ tách khỏi

vật liệu đỡ, trên vật liệu đỡ một lớp mới bắt đầu phát triển Thường vi sinh vật

tách ra ở dạng một cục lớn và lắng đọng tương đối nhanh so với các sinh khối lơ

lửng Không khí lưu chuyển giữa các khe của vật liệu đỡ Có thể dùng đá sỏi xếp

tùy tiện để làm vật liệu đỡ (kích thước từ 5 – 10cm) Các cấu kiện làm từ nhựa

dẻo (hình 2.11) gần đây trở nên thông dụng hơn do trọng lượng nhẹ, phân phối

dòng chảy đều hơn, khoảng trống và diện tích tiếp xúc riêng lớn hơn

Hình 2.11 Vật liệu đỡ điển hình của phin lọc nhỏ giọt

Phin lọc nhỏ giọt là bể lưu chuyển xếp đầy các vật liệu đỡ sâu từ 1-2,5m

hoặc 10m nếu dùng vật liệu đỡ tổng hợp Đáy bể phải đủ khỏe để chịu được vật

liệu đỡ và được thiết kế để thu nhận nước thải đã xử lý Nước thải sau xử lý hoặc

được phun bằng các vòi phun đặt cách đều nhau hoặc phổ biến hơn là bằng tay

đòn phân phối quay (hình 2.12) Nước thải thấm qua lớp vật liệu đỡ, hấp thụ tạp

chất hữu cơ và phân hủy sinh khối trong khi nước chảy xuống đáy và được thu

gom đi

Hình 2.12 Phác họa phin lọc nhỏ giọt

Đối với vật liệu đỡ trên đó có sinh khối phát triển, tỷ lệ khoảng trống và

diện tích bề mặt là các đặc tính quan trọng; thông số thứ nhất cần để đảm bảo

không khí lưu chuyển tốt, thông số thứ hai cần để tạo điều kiện cho sinh khối bám

vào càng nhiều càng tốt để phân hủy các chất hữu cơ trong nước thải Mặc dù chi

phí ban đầu cao hơn nhưng vật liệu đỡ tổng hợp nhẹ có nhiều khoảng trống và

diện tích bề mặt lớn hơn Thông thường, không khí lưu chuyển tự nhiên, nhưng đối

với nước thải bị ô nhiễm nặng phải sử dụng phương pháp thông gió cưỡng bức có

hoặc không tuần hoàn nước thải sau bể lắng Sự cần thiết phải tuần hoàn phụ

thuộc vào mức độ bẩn của nước thải và lượng oxy đến sinh khối Phải thực hiện

tuần hoàn khi BOD5 của nước thải cần xử lý vượt quá mức 500mg/l

Giống như các hệ thống xử lý sinh học khác, nhiệt độ thấp làm giảm khả

năng phân hủy sinh học của phin lọc nhỏ giọt Ơû những vùng lạnh có thể phải che

phủ kín các phin này

Hiệu quả khử BOD5 phụ thuộc nhiều vào lượng tạp chất hữu cơ nhưng

thường đạt khoảng 45-70% cho phin lọc một lần và có thể tới 90% nếu lọc hai lần

e Tổ hợp đĩa quay sinh học

Tổ hợp đĩa quay sinh học (RBC) là một dạng khác của quá trình sinh trưởng

liên kết, trong đó sinh khối bám vào đĩa (đường kính 3,5m) quay với vận tốc

1-3vòng/phút khi ngập chìm tới 40% trong nước thải (hình 2.13) Các đĩa được làm từ

vật liệu dẻo, nhẹ, có thể gập lại được

Hình 2.13 Sơ đồ tổ hợp đĩa quay sinh học

Khi tiếp xúc với không khí, sinh khối liên kết hấp thụ không khí; khi ngập

trong nước, chúng hấp thụ chất hữu cơ Một sinh khối có kích thước 1-4mm phát

triển trên bề mặt phần thừa bị tách khỏi đĩa bằng lực cắt và tách khỏi chất lỏng ở

trạng thái lơ lửng cũng có chút ít khả năng khử tạp chất hữu cơ Tốc độ quay trên

3vòng/phút hiếm khi được áp dụng do tốn năng lượng và không làm tăng quá trình

trao đổi oxy Tỷ lệ giữa bề mặt đĩa và lượng chất lỏng thường là 5 l/m2 Đối với

nước thải ô nhiễm nặng, sử dụng nhiều hệ thống đĩa quay (xử lý nhiều lần) Ơû

nhiệt độ môi trường thấp phải dùng hộp bảo vệ đĩa Các hệ thống này hoạt động

bình thường khi không có lưu chuyển nước thải Điện năng tiêu thụ khoảng

2kW/1000m3/ngày RBC được dùng để nâng cấp các hệ thống dùng bùn hoạt tính,

thay thế đĩa dùng trong các bể sục khí

f Lựa chọn phương pháp xử lí hiếu khí

Có một số yếu tố (ngoài các yếu tố kinh tế) ảnh hưởng đến việc lựa chọn

hệ thống xử lý hiếu khí Không có một quyết định hoặc giải pháp chung nhất nào

để lựa chọn hệ thống cần sử dụng (hoặc thậm chí có dùng hệ thống sục khí hay

không) Dưới đây là một số yếu tố chủ yếu: diện tích đất dùng để xử lý nước thải

(đôi khi đó là yếu tố quyết định); khả năng vận hành không liên tục là rất quan

trọng đối với các xí nghiệp chế biến thủy sản không hoạt động liên tục hoặc chỉ

hoạt động theo mùa vụ; xem xét kỹ năng cần thiết để vận hành một phương pháp

xử lý và chi phí (cả chi phí vận hành và đầu tư) đôi khi cũng là yếu tố quyết định

Bảng 2.4: Các quá trình sinh học dùng trong xử lí nước thải

Quá trình hiếu khí

Sinh trưởng lơ lửng

Quá trình bùn hoạt tính Thông thường(dòng tẩy) Xáo trộn hoàn toàn Làm thoáng theo bậc

Khử BOD chứa Cacbon(nitrat hóa)

Oxi nguyên chất Bể phản ứng hoạt động Gián đoạn

Ổn định chất tiếp xúc Làm thoáng kéo dài Kênh oxi hóa

Bể sâu Bể sâu – sâu Nitrat hóa sinh trưởng lở lửng

Hồ làm thoáng Phân hủy hiếu khí Không khí thông thường Oxi nguyên chất

Nitrat hóa Khử BOD – chứa Cacbon(nitrat hóa)

ổn định, khử BOD – chứa Cacbon

Sinh trưởng gắn kết

Bể lọc sinh học Tháp tải – nhỏ giọt Cao tải

Lọc trên bề mặt xù xì Đĩa tiếp xúc sinh học quay Bể phản ứng với khối vật liệu

Quá trình lọc sinh học hoạt tính

Khử BOD chứa cacbon-nitrat hóa Khử BOD chứa cacbon

Khử BOD chứa cacbon-nitrat hóa

Khử BOD chứa cacbon-nitrat hóa

Kết hợp quá trình

sinh trưởng lơ lửng

và gắn kết

Lọc nhỏ giọt – vật liệu rắn tiếp xúc

Quá trình bùn hoạt tính – lọc sinh học

Quá trình lọc sinh học – bùn hoạt tính nối tiếp nhiều bậc

Quá trình trung gian

Anoxic

Sinh trưởng lơ lửng

Sinh trưởng gắn kết

Sinh trưởng lơ lửng khử nitrat hóa Màng cố định khử nitrat hóa

Khử nitrat hóa

Quá trình kị khí

Sinh trưởng lơ lửng

Sinh trưởng gắn kết

Lên men phân hủy kị khí Tác động tiêu chuan một bậc

Cao tải một bậc Hai bậc

Quá trình tiếp xúc kị khí Lớp bùn lơ lửng kị khí hướng lên (UASB)

Quá trình lọc kị khí

Ổån định, khử BOD chứa cacbon

Khử BOD chứa cacbon

Khử BOD chứa cacbon Ổn định chất thải và khử nitrat hóa

Ôån định chất thải-khử nitrat hóa Quá trình kếp hợp

hiếu khí – trung gian

Anoxic – kị khí

Sinh trưởng lơ lửng

Kết hợp sinh trưởng

lơ lửng, sinh trưởng

gắn kết

Qúa trình một bậc hoặc nhiều bậc, các quá trình có tính chất khác nhau Quá trình 1 bậc hoặc nhiều bậc

Khử BOD chứa cacbon-nitrat hóa, Khử nitrat hóa, khử phosphor

Khử BOD chứa cacbon-nitrat hóa, khử nitrat hóa, khử phosphor

Quá trình ở hồ Hồ hiếu khí Khử BOD chứa cacbon

Hồ bậc ba Hồ tùy tiện Hồ kị khí

Khử BOD chứa cacbon-nitrat hóa Khử BOD chứa cacbon

Khử BOD chứa cacbon (ổn định chất thải-bùn)

Nguồn: PGS.TS Lương Đức Phẩm -2003- Công nghệ xử lý nước thải bằng

biện pháp sinh học – Nhà Xuất Bản Giáo Dục

2.2.9 Phương pháp khử trùng

Nước thải sau khi xử lý bằng phương pháp sinh học còn chứa khoảng

105-106 vi khuẩn trong 1 ml hầu hết các loại vi khuẩn có trong nước thải không phải

là vi trùng gây bệnh, nhưng không loại trừ khả năng tồn tại một vài loại vi khuẩn

gây bệnh nào trong nước thải ra nguồn cấp nước, hồ bơi, hồ nuôi cá thì khả năng

lan truyền bệnh sẽ rất cao, do đó phải có biện pháp tiệt trùng nước thải trước khi

xả ra nguồn tiếp nhận Các biện pháp tiệt trùng nước thải phổ biến hiện nay là:

- Dùng Clo hơi bay qua thiết bị định lượng Clo

- Dùng hypoclorit – canxi dạng bột – Ca(ClO)2 – hòa tan trong thùng

dung dịch 3-5% rồi định lượng vào bể tiếp xúc

- Dùng hydrochloric – natri – nước Javel NaClO

- Dùng Ozon, Ozon được sản xuất từ không khí do máy tạo Ozon đặt

trong nhà máy xử lí nước thải Ozon sản xuất ra được dẫn ngay vào bể hòa tan

và bể tiếp xúc

- Dùng tia cực tím UV do đèn thủy ngân áp lực thấp sản ra Đèn phát tia

cực tím đặt ngập trong mương có nước thải chảy qua

- Từ trước đến nay, khi tiệt trùng nước thải hay dùng Clo hơi và các hợp

chất của Clo vì Clo là hóa chất được các ngành công nghiệp dùng nhiều, có

sẵn trên thị trường, giá thành chấp nhận được, hiệu quả tiệt trùng cao Nhưng

những name gần nay các nhà khoa học đưa ra khuyến cáo hạn chế dùng Clo để

tiệt trùng nước thải vì:

+ Lượng Clo dư 0,5mg/l trong nước thải để đảm bảo sự an toàn và

ổn định cho quá trình tiệt trùng sẽ gay hại đến cá và các sinh vật nước có ích

khác

+ Clo kết hợp với Hydrocacbon thành hợp chất có hại cho môi

trường sống

- Trong quá trình xử lí nước thải, công đoạn khử khuẩn thường được đặt

ở cuối quá trình, trước khi làm sạch nước triệt để và chuan bị đổ vào nguồn

2.3 Các vi sinh vật tham gia vào quá trình xử lý nước thải

Ơû mỗi loại nước thải thường có những vi sinh vật đặc trưng riêng, phụ

thuộc chủ yếu vào thành phần vật chất có trong nước thải Phần lớn vi sinh đóng

vai trò rất quan trọng trong quá trình chuyển hóa, chúng có tác dụng làm giảm

chất hữu cơ trong nước thải, đồng thời giúp ổn định nồng độ chất hữu cơ trong

các dòng chảy Trong nước thải số lượng và chủng loại vi sinh vật phụ thuộc

nhiều vào nhiều yếu tố nhất là các chất hữu cơ hòa tan trong nước, các chất độc,

pH của môi trường, những yếu tố quyết định đến sinh trưởng và phát triển của vi

sinh vật như các chất dinh dưỡng đa lượng và vi lượng của chúng Do đó, đê tăng

cường vai trò hệ vi sinh vật hoạt động trong xử lý nước thải thì can phải thiết kế

điều kiện môi trường phù hợp

Nước càng bẩn, càng chứa nhiều chất hữu cơ, nếu thích nghi và sinh

trưởng được thì sự phát triển của vi sinh vật càng nhanh Tuy nhiên, không phải

tất cả các vi sinh vật đều có lợi cho các quá trình chuyển hóa trong xử lí nước

thải Nếu như điều kiện môi trường không còn thích hợp cho hoạt động của các

loài vi sinh vật, hoặc số lượng các vi sinh vật trong hệ thống xử lý tăng đột biến,

điều này sẽ gây cản trở cho quá trình chuyển hóa và làm giảm hiệu suất xử lý

nước thải

Trong nước thải có rất nhiều loại vi sinh vật khác nhau: vi khuẩn, nấm

men, nấm mốc, xoắn thể, xạ khuẩn, virus, thực khuẩn thể…nhưng chủ yếu là vi

khuẩn

Đặc biệt nước thải sinh hoạt của các xí nghiệp chế biến thực phẩm, rất

giàu các chất hữu cơ, vì vậy số lượng vi sinh vật trong nước là rất lớn Trong số

này chủ yếu là vi khuẩn, chúng đóng vai trò phân hủy các chất hữu cơ, cùng với

các khoáng chất khác dùng làm vật liệu xây dựng tế bào đồng thời làm sạch

nước thải

2.3.1 Vi khuẩn (Bacteria)

Vi khuẩn đóng vai trò quan trọng hàng đâu trong các bể xử lý vì nó chịu

trách nhiệm phân hủy các thành phần hữu cơ trong nước thải Trong các bể phân

hủy bằng vi sinh trong điều kiện hiếu khí, một phần chất thải hữu cơ sẽ được các

vi khuẩn hiếu khí và hiếu khí không bắt buộc sử dụng để lấy năng lượng để tổng

hợp các chất hữu cơ, còn lại thành tế bào vi khuẩn mới

Theo quan điểm hiện đại (NCBI – Nation Center for Biotechology

Information, 2005) thì vi khuẩn bao gồm các ngành sau nay: Aquificae,

thermotogae, defferribacteres, cyanobacteria, proteobacteria, firmicutes,

actinobacteria, planetomycetes, chlamydiae/Nhóm verrucomicrobia, spirochaetes,

fibrobacteres/Nhóm axitobacteria Bacteroidetes/Nhóm chlorobia,

fusobacteria,dictyoglomy Việc phân ngành dựa trên các đặc điểm hình thái, sinh

lý, sinh hóa, sinh thái

Hình 2.14: Aquificae Hình 2.15: Thermotogae

Vi khuẩn là sinh vật đơn bào, có kích thước nhỏ từ 0,3-1μ m, cơ thể chứa

khoảng 85% là nước và 15% là các khoàn chất hay chất nguyên sinh Chất

nguyên sinh phần lớn là S, K, Na, Cl và một lượng nhỏ Fe, Si và Mg chúng đứng

riêng rẽ hoặc xếp thành đôi, thành 4 tế bào hoặc hình thành khối với 8 tế bào,

xếp thành chuỗi hoặc thành chùm Vi khuẩn sinh sản bằng cách chia đôi tế bào

Trong điều kiện chất dinh dưỡng, oxi, pH và nhiệt độ môi trường thích hợp thì

thời gian thế hệ là 15-30 phút

Các vi khuẩn trong nước thải có thể chia làm 4 nhóm lớn: nhóm hình cầu

(Cocci) có đường kính khoảng 1-3 m; nhóm hình que (Bacillus) có chiều rộng

khoảng 0,3-1,5 m chiều dài khoảng 1-10 m (điển hình cho nhóm này là vi

khuẩn E coli có chiều rộng 0,5 m chiều dài 2 m); nhóm vi khuẩn hình que

cong và xoắn ốc (Spirilla), vi khuẩn hình que cong có chiều rộng khoảng 0,6-1,0

m và chiều dài khoảng 2-6 m; trong khi vi khuẩn hình xoắn ốc có chiều dài có

thể lên đến 50 m; nhóm vi khuẩn hình sợi có chiều dài khoảng 100 m hoặc dài

hơn

Các vi khuẩn đóng vai trò quan trọng bậc nhất trong quá trình phân hủy

các hợp chất hữu cơ trong tự nhiên cũng như trong các bể xử lý, biến chất hữu cơ

thành chất ổn định tạo thành bông cặn dễ lắng, làm sạch nước thải trong vòng

tuần hoàn vật chất

Vi khuẩn được chia thành 2 nhóm chính:

- Vi khuẩn ký sinh (Paracitic Bacteria) là vi khuẩn sống bám vào vật chủ,

thức ăn của nó là thức ăn đã được vật chủ đồng hóa, chúng thường sống

trong đường ruột của người và động vật, đi vào nước thải theo phân và nước

tiểu

Hình 2.15: Paracitic Bacteria

- Vi khuẩn hoại sinh (Saprophytic Bacteria) dùng chất hữu cơ không hoạt

động làm thức ăn, nó phân hủy cặn hữu cơ làm chất dinh dưỡng để sống và

sinh sản, và thải ra các chất gồm cặn hữu cơ có cấu tạo đơn giản và cặn vô

cơ Bằng quá trình hoạt động như vậy, vi khuẩn hoại sinh đóng vai trò cực kì

quan trọng trong việc làm sạch nước thải Nếu không có hoạt động sống và

sinh sản của vi khuẩn, quá trình phân hủy sẽ không xảy ra Có rất nhiều loài

vi khuẩn hoại sinh, mỗi loài đóng vai trò rất đặc biệt trong mỗi công đoạn

của quá trình phân hủy hoàn toàn cặn hữu cơ có trong nước thải và mỗi loài

sẽ tự chết khi hoàn thành quy trình sống và sinh sản ở giai đoạn đó

Hình 2.16: Saprophytic Bacteria

Tất cả các loài vi khuẩn ký sinh và hoại sinh can có thức ăn và oxi để

đồng hóa Một số loài trong số vi khuẩn này chỉ có thể hô hấp bằng oxi hòa tan

trong nước gọi là vi khuẩn hiếu khí, còn quá trình phân hủy chất hữu cơ của

chúng gọi là quá trình hiếu khí hay quá trình oxi hóa Một số loài khác trong số

các vi khuẩn này không thể tồn tại được khi có oxi hòa tan trong nước, những vi

khuẩn này gọi là vi khuẩn kị khí và quá trình phân hủy gọi là quá trình kị khí,

quá trình này tạo ra các mùi khó chịu Còn một số loài vi khuẩn hiếu khí trong

quá trình phân hủy chất hữu cơ, nếu thiếu hoàn toàn oxi hòa tan, chúng có thể tự

điều chỉnh để thích nghi với môi trường gọi là vi khuẩn hiếu khí tùy nghi Ngược

lại cũng tồn tại một loài vi khuẩn kị khí, khi có oxi hòa tan trong nước chúng

không bị chết mà lại làm quen được với môi trường hiếu khí gọi là vi khuẩn kị

khí tùy nghi Sự tự điều chỉnh để thích nghi với môi trường có sự thay đổi của oxi

hòa tan của vi khuẩn hoại sinh là rất quan trong trong quy trình phân hủy chất

hữu cơ của nước thải trong các công trình xử lý

Nhiệt độ của nước thải có ảnh hưởng rất lớn đến quá trình hoạt động và

sinh sản của vi khuẩn, phần lướn vi khuẩn hoại sinh hoạt động có hiệu quả cao

và phát triển mạnh mẽ ở nhiệt độ từ 20-400C Một số loài vi khuẩn trong xử lý

cặn phát triển mạnh mẽ ở nhiệt độ 50-600C Khi duy trì các điều kiện môi

trường: thức ăn, nhiệt độ, pH, oxy, độ ẩm thích hợp để vi khuẩn phát triển thì

hiệu quả xử lý sinh học trong công trình sẽ đạt hiệu quả cao nhất

Tuy nhiên không phải tất cả các loài vi khuẩn đều có lợi cho quá trình

sinh hóa, một vài trong số chúng là loài gây hại, trong đó có hai loài vi khuẩn

tiêu biểu có hại cho hệ thống Một là các dạng vi khuẩn dạng sợi (Filamentous)

là các dạng phân tử trung gian, thường kết với nhau thành lớp lưới nhẹ nổi lên

mặt nước và gây cản trở cho quá trình lắng, làm cho lớp bùn đáy không có hiệu

quả, sinh khối sẽ không gắn kết lại và theo các dòng chảy sạch đã qua xử lý ra

ngoài Một dạng vi khuẩn có hại khác tồn tại trong lượng bọt dư thừa trong các

bể phẩn ứng sinh hóa, phát sinh từ các hệ thống thông gió để tuần hoàn oxi trong

hệ thống

Theo phương thức dinh dưỡng, vi khuẩn được chia làm 2 loại như sau:

- Vi khuẩn dị dưỡng (Heterotroph): sử dụng các chất hữu cơ làm nguồn cacbon

dinh dưỡng và nguồn năng lượng để hoạt động sống, xây dựng và phát triển tế

bào

Hình 2.17: Heterotroph

- Vi khuẩn tự dưỡng (Autotroph): có khả năng oxi hóa chất vô cơ để thu năng

lượng và sử dụng CO2 làm nguồn cacbon cho quá trình sinh tổng hợp Trong

nhóm này có vi khuẩn nitrate hóa, vi khuẩn sắt, vi khuẩn lưu huỳnh…

2,3.2 Virus và thực khuẩn thể:

Virus là những sinh vật cực nhỏ (kích thước khoảng 20-100nm) Chúng

không có cấu tạo tế bào, thành phần hóa học rất đơn giản, chỉ bao gồm protein

và acid nucleic, virus chỉ chưa AND hoặc ARÛN, không thể sống độc lập mà phải

sống kí sinh vào tế bào chủ Mỗi virus có một loại tế bào chủ tương ứng, virus

bám vào tế bào chủ rồi xâm nhập vào nội bào, phần acid nucleic được giải

phóng ra khỏi vỏ bọc

Virus có nhiều dạng: virus của động vật có hình quả cầu, hình trứng (virus

đậu gà), hình hộp vuông hay hình chữ nhật (đậu bò), hay hình gậy…virus thực

vật có hình quả cầu hay hình que dài( virus đốm lá, thuốc lao) Sự hiện diện của

virus trong nước thải sẽ ảnh hưởng không tốt cho quá trình xử lý

Thực khuẩn thể là virus của vi khuẩn, có khả năng làm tan các tế bào vi

khuẩn rất nhạnh Thực khuẩn có hình dáng giống quả chùy, phần đuôi cán có sợi

móc để bám vào vỏ của tế bào vi khuẩn, rồi làm tan một lỗ nhỏ trên vỏ tế bào,

phần acid nucleic bên trong của virus sẽ nhanh chóng xâm nhập vào nội bào

Trong nước thải thường có những vi khuẩn gây bệnh cho người và động

vật, kèm theo có cả những thực khuẩn thể tương ứng với từng loại vi khuẩn đó

Do đó khi thấy có thực khuẩn thể trong nước thải người ta có thể kết luận được

sự có mặt của vi khuẩn tương ứng

2.3.3 Vi nấm (Fungi)

Nấm có cấu tạo cơ thể đa bào, hiếu khí, và thường thuộc loại cơ thể sinh

vật dị dưỡng Chúng lấy dưỡng chất từ các chất hữu cơ trong nước thải Cùng với

vi khuẩn, nấm chịu trách nhiệm phân hủy các chất hữu cơ có trong nước thải Về

mặt sinh thái học nấm có hai ưu điểm so với vi khuẩn: nấm có thể phát triển

trong điều kiện ẩm độ và pH thấp Không có sự hiện diện của nấm, chu trình

cacbon sẽ chậm lại và các chất thải hữu cơ sẽ tích tụ trong môi trường

Các giống nấm thường gặp trong nước thải là Saplogeria và Leptomus