Trang 1 TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢIBỘ MÔN KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG Trang 2 1 Cung cấp các kiến thức chung về Cơ sở khoa học của các quá trình xử lý nước Các quá trình hoá học Vi sinh vật học
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI BỘ MÔN KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG Q TRÌNH HỐ – SINH TRONG XỬ LÝ NƯỚC Nội dung Cung cấp kiến thức chung Cơ sở khoa học trình xử lý nước Các q trình hố học Vi sinh vật học Tài liệu tham khảo Vũ Minh Đức, Hóa nước vi sinh vật nước, NXB Xây dựng, 2010 Trần Đức Hạ Đỗ Văn Hải, Cơ sở hố học q trình xử lý nước cấp nước thải, NXB Khoa học Kỹ thuật, 2002 Trần Hiếu Nhuệ - Trần Đức Hạ, Quá trình vi sinh vật cơng trình cấp nước, NXB Khoa học Kỹ thuật, 1996 Đánh giá mơn học TT Hình thức đánh giá Trọng số (%) Điểm trình (Lên lớp, làm tập, kiểm tra) 30 Điểm thi kết thúc môn học (thi viết 90 phút) 70 Điểm học phần phần nhân trọng số cộng với Đánh giá mơn học Điểm q trình Điểm danh Bài tập Kiểm tra 30% 45% 25% Vắng ≤ tiết Vắng ≤ tiết Vắng ≤ tiết Vắng > tiết Không thi Kiểm tra kỳ: Sau kết thúc phần Các trình hóa học Các nội dung mơn học Phần Các q trình hóa học Các tiêu đánh giá chất lượng nước Quá trình keo tụ Xử lý sắt mangan Khử trùng nước Làm mềm nước Một số trình xử lý đặc biệt Các nội dung mơn học Phần Các q trình hóa học Nguồn gốc thành phần tính chất loại nước thải Trung hồ nước thải Ơxy hố khử chất nhiễm nước 10 Q trình hấp phụ trao đổi ion Các nội dung mơn học Phần Các q trình sinh học Hình thái, cấu tạo nguyên tắc phân loại VSV Thành phần hoá học tế bào vi sinh vật Quy luật sinh trưởng phát triển vi sinh vật Sự phân bố vi sinh vật thiên nhiên vai trò chúng q trình chuyển hố chất Vi sinh vật gây bệnh tiêu vệ sinh vi sinh vật nước cấp sinh hoạt Các nội dung mơn học Phần Các q trình sinh học Nguồn nước, nhiễm bẩn trình tự làm Các loại nước thải vi sinh vật nước thải đô thị Những q trình vi sinh vật cơng trình xử lý nước thải Phần I: Cơ sở hóa học trình xử lý nước cấp nước thải Chương I Tổng quan q trình hóa học xử lý nước cấp nước nước thải - Tải trọng khối: kg/m3 đệm.ngày Là đại lượng biểu thị khả oxi hóa đơn vị dung tích đệm ngày (Sv – SR)Q TK = kg/m3.ngà VĐ y Trong đó: Sv, SR BOD đầu vào đầu Q: lưu lượng nước thải (m3/ngày) VĐ : dung tích đệm TK cịn gọi cơng suất oxi hóa hệ thống lọc, cho biết lực XL chất ô nhiễm hệ thống TK phụ thuộc: + chất BOD (BOD dễ chuyển hóa TK lớn) + Khả oxi hóa VSV (tốc độ oxi hóa, độ dày màng) 30 Các dạng lọc sinh học • Đĩa lọc sinh học: Bộ đĩa đồng trục (20-40 đĩa) Đường kính đĩa: = 2-3 m Độ dày đĩa: 10-20 mm Khoảng cách đĩa: 10 mm bên bề mặt đĩa có màng sinh học bám vào Đĩa quay: ½ thời gian đĩa ngập nước, màng sinh học hấp phụ lên đĩa, chất ô nhiễm hấp thụ lên màng Phần đĩa phía thực q trình oxi hóa Tốc độ quay phụ thuộc kích thước đĩa: 1,3-1,5 vịng/phút (đĩa kích thước lớn); 2-2,5 vịng/phút (đĩa nhỏ) 31 32 33 • Ưu điểm: - Chiếm diện tích - Có thể tiết kiệm lượng (năng lượng cấp khí) - Tương đối ổn định - Ít gây nhiễm thứ cấp • Nhược điểm: - Khơng xử lý nước thải có hàm lượng BOD lớn (BOD < 300 mg/l) (BOD > 300 mg/l sử dụng hệ thống lọc nhiều tháp) - Không tải lưu lượng lớn - Điều kiện vận hành phức tạp Aeroten - Dễ tắc (bể & tháp lọc sinh học) 34 Xử lý sinh học yếm khí Cơ sở hóa sinh học Nguyên tắc: Sử dụng VSV hô hấp YK TT để phân giải hợp chất hữu (vơ cơ) chuyển hóa sinh học Ứng dụng: nước thải có BOD cao (BOD5 > 3000 mg/L) Cơ chế: giai đoạn + Thủy phân + Lên men axit hữu + Lên men khí metan - Gđ 1: Thủy phân Hydrolaza Hợp chất hữu PTL lớn Hợp chất hữu PTL nhỏ Lipaza lipit glixerin + axit béo protei n gluxit Proteaza Amylaza Peptidaza peptit axit amin đường (mono, disacarit) 35 Hợp chất hữu PTL lớn Thủy phân Đường, axit hữu cơ, rượu, axit amin axit axetic hydro hóa dehydro hóa Lên men axit hữu Khí CO2, H2, H2S, NH3, decacboxyl hóa decacboxylaza Lên men tạo khí metan CH4 + CO2 8H Khử CO2 36 Phương pháp xử lí kị khí - Là phương pháp xử lí nước thải điều kiện khơng có O2 - Biện pháp thường dùng sử dụng bể methan xử lí - Giai đoạn thuỷ phân chất hữu bị thuỷ phần tác dụng enzym vi sinh vật Sản phẩm cuối trình chất khí chủ yếu CO2 CH4 Giai đoạn người ta gọi giai đoạn tạo khí - Các nhóm VSV thường dùng là: Methanococcus, Methanobacterium, Methanosarcina, Methanococcus Xử lý sinh học yếm khí Gđ1: Thủy phân VSV: Bacillus (môi trường giàu tinh bột) Proteus Pseudomonas (hô hấp tùy tiện) Alcaligenes (hô hấp tùy tiện) Gđ2: Lên men axit hữu chất trung tính Các axit hữu cơ: propionic, butyric, lactic, suxinic, axetic, formic Các chất trung tính: etanol, propanol, butanol, xeton VSV: Clostridium Bacterium Bacillus Bacterioides (giàu axit amin) Cuối giai đoạn 2: axit hữu PTL lớn → axit axetic 38 Xử lý sinh học yếm khí Gđ3: Lên men tạo CH4 - Do decacboxyl hóa: chủ yếu từ axit axetic CH3COOH → CH4 + CO2 (70% CH4 tạo thành từ a axetic) - Khử CO2 H2 nhờ NADH2, NADPH2, FADH2 CO2 + 8H → CH4 + 2H2O 4CH3CH2COOH + 2H2O → 7CH4 + 5CO2 2CH3CH2CH2COOH + 2H2O → 5CH4 + 3CO2 2C2H5OH → 3CH4 + CO2 CH3COCH3 + H2O → 2CH4 + CO2 - VSV: + VK ưa ấm (Mesophyl): toop : 35-37oC Methanococcus, Methanosarcina, Methanobacterium + VK ưa nóng (Thermophyl): toop: 55-60oC Methanobacillus, Methanothrix, Methanospirilium 39 Các yếu tố ảnh hưởng a Ảnh hưởng nhiệt độ + VK ưa ấm: 35-37oC Nhiệt độ khơng cao, CO2 cịn khuếch tán môi trường khử thành CH4 Hiệu thu hồi CH4 cao (30% CH4 tạo thành nhờ khử CO2) + VK ưa nóng: 55-60oC Đối lưu lớn, CO2 khỏi mơi trường, lượng CO2 khử thành CH4 giảm Sử dụng để xử lý không thu biogas (tốc độ xử lý nhanh) b pH Gđ 2: lên men axit hữu cơ, pHop = 4-4,5 Gđ 3: lên men tạo khí CH4, VK metan pHop = 6,5-7,5 (axit nhẹ, trung tính) Có phân vùng pH thiết bị Sử dụng hệ thiết bị: thiết bị thực trình thủy phân lên men axit thiết bị thực trình metan hóa 40 Các yếu tố ảnh hưởng c Tỷ lệ C/N: 30/1 Trong xử lý yếm khí, sinh khối tạo thành ít, nên nhu cầu N khơng lớn, N < 30/1, N không sử dụng hết → NH3 gây độc VSV d Thời gian lưu: 3-50 ngày, phụ thuộc chất BOD - Phần lớn loại đường: thời gian lưu: 3-10 ngày - Các hợp chất hữu PTL lớn, khó phân giải: thời gian lưu: 30 ngày - Hợp chất lignoxenlulo: t lưu: 50 ngày e Độ yếm khí: Các VK lên men tạo metan cảm với O2 thiết bị phải kín 41 Các dạng xử lý yếm khí - Xử lý nước thải khơng thu biogas: bể phốt Thơng thường biogas có 65% CH4; 30% CO2; 5% khí khác: H2S, H2, Bể phốt: 2-3 ngăn Ngăn lắng: lắng thủy phân Ngăn lên men axit tạo biogas Ngăn lắng thứ cấp - Xử lý yếm khí thu biogas + Bể túi ủ đơn giản + Bể (hầm) biogas có hệ thống thu biogas + Thiết bị UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) 42 Bể UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) Đệm: sỏi, đá, nhựa tổng hợp Sử dụng để xử lý nước thải có tải lượng nhiễm khơng q lớn Hiệu thu biogas phụ thuộc nhiều vào nguyên liệu theo lý thuyết 1kg COD → 0,35 m3 CH4 43 Ưu, nhược điểm xử lý yếm khí Ưu điểm: + Diện tích sử dụng cho hệ thống nhỏ, thời gian sử dụng dài + Chịu tải trọng cao, COD đầu vào lớn, hiệu suất 85-90% + Bùn yếm khí bảo quản thời gian dài mà khơng cần cấp dinh dưỡng + Tiêu thụ lượng (chỉ cần lượng cấp cho bơm nước thải) + Tạo biogas, tận dụng làm nguồn nhiên liệu + Tạo bùn, giảm chi phí xử lý bùn thải + Yêu cầu dinh dưỡng (N, P) thấp so với xử lý hiếu khí, hệ số tạo sinh khối thấp • Nhược điểm: + Mất thời gian dài khởi động (6-12 tuần) + Thời gian lưu nước thải lớn (tính ngày) + Tạo nước thải có chứa H2S, NH3 gây mùi + Vận hành phức tạp 44