Tiểu Luận Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học hiếu khí lơ lửng

0 ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM VIỆN MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN TP.HCM TIỂU LUẬN MÔN: XỬ LÝ NƯỚC THẢI ĐÔ THỊ VÀ CÔNG NGHIỆP ĐỀ TÀI: XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC HIẾU KHÍ LƠ LỬNG TP. HCM, 11/2011 1 ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM VIỆN MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN TP.HCM TIỂU LUẬN MÔN: XỬ LÝ NƯỚC THẢI ĐÔ THỊ VÀ CÔNG NGHIỆP ĐỀ TÀI: XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC HIẾU KHÍ LƠ LỬNG TP. HCM, 11/2011 GVHD: GS.TS. LÂM MIH TRIẾT HỌC VIÊN THỰC HIỆN: BÀNH NHƯ THÙY MSHV: 1080100059 VÕ THỊ ĐĂNG KHOA MSHV: 1080100029 NGUYỄN TRUNG THÔNG MSHV: 1180100052 LỚP: QUẢN LÝ MÔI TRƯỜNG I- KHOÁ 2010 2 MỤC LỤC I. TỔNG QUAN 4 1.1. Giới thiệu chung về xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học 4 1.2. Nguyên lý chung của quá trình oxy hóa sinh hóa 4 1.3. Quá trình vi sinh vật hiếu khí lơ lững 5 1.4. Bùn hoạt tính lơ lửng 6 1.5. Vi sinh vật hiếu khí trong xử lý nước thải 8 1.6. Những điều kiện, yêu cầu, yếu tố môi trường ảnh hưởng đến quá trình xử lý bằng vi sinh vật hiếu khí lơ lửng 9 II. CÁC CÔNG TRÌNH XỬ LÝ HIẾU KHÍ LƠ LỬNG 10 2.1. Bể Aerotank 10 2.2. Mương oxy hóa 11 2.3. Bể SBR 12 III. SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG BỂ BÙN HOẠT TÍNH 14 3.1 Đặc điểm và thành phần của nước thải đô thị 14 3.2. Vị trí bể Aeroten trong hệ thống xử lý nước thải nói chung 16 3.3 Công nghệ tiên tiến (có sử dụng Aeroten) trong xử lý nước thải đô thị 16 IV. CÁC SỰ CỐ THƯỜNG XẢY RA KHI VẬN HÀNH BỂ AEROTEN VÀ BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC 18 4.1. Một số sự cố thường xảy ra khi vận hành bể Aeroten 18 4.2. Một số biện pháp khắc phục sự cố khi vận hành bể Aeroten 19 3 DANH MỤC HÌNH ẢNH, BẢNG BIỂU Bảng 3.1. Thành phần chất bẩn chính của nước thải sinh hoạt 14 Bảng 3.2. Chất lượng nước vào và ra trạm xử lý nước thải 15 Hình 3.1. Vị trí bể Aeroten trong hệ thống xử lý nước thải nói chung 16 Hình 3.2. Sơ đồ dây chuyền công nghệ xử lý nước thải Kim Liên và Trúc Bạch 17 Hình 3.3. Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải đô thị 17 4 I. TỔNG QUAN 1.1. Giới thiệu chung về xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học Phương pháp dựa trên cơ sở : hoạt động của vi sinh vật để phân hủy các chất hữu cơ gây nhiễm bẩn trong nước thải. Các vi sinh vật sử dụng các chất hữu cơ và một số chất khoáng làm chất dinh dưỡng và tạo năng lượng. Chúng nhận các chất dinh dưỡng để xây dựng tế bào, sinh trưởng, sinh sản nên sinh khối của chúng tăng lên. Quá trình phân hủy các chất hữu cơ nhờ vi sinh vật gọi là quá trình oxy hóa sinh hóa. Nước thải được xử lý bằng phương pháp sinh học sẽ được đặc trưng bằng chỉ tiêu COD và BOD. Phân loại: +Phương pháp hiếu khí +Phương pháp kỵ khí 1.2. Nguyên lý chung của quá trình oxy hóa sinh hóa Để thực hiện quá trình oxy hóa sinh hóa, các chất hữu cơ hòa tan, các chất keo phân tán nhỏ trong nước thải cần được di chuyển vào bên trong tế bào của vi sinh vật. Quá trình này gồm 3 giai đoạn: 1.Di chuyển các chất gây ô nhiễm từ pha lỏng tới bề mặt của tế bào vi sinh vật do khuếch tán đối lưu và phân tử. 2.Di chuyển chất từ bề mặt ngoài tế bào qua màng bán thấm bằng khuếch tán do sự chênh lệch nồng độ các chất ở trong và ngoài tế bào. 3.Quá trình chuyển hóa các chất trong tế bào vi sinh vật với sự sản sinh năng lượng và quá trình tổng hợp các chất mới của tế bào với sự hấp thụ năng lượng. Ba giai đoạn này có quan hệ chặt chẽ với nhau và quá trình 3 đóng vai trò quan trọng trong xử lý nước thải. Nồng độ các chất ở xung quanh tế bào sẽ giảm dần. Các phần thức ăn mới từ môi trường bên ngoài lại khuếch tán trong môi trường chậm hơn quá trình hấp thụ thông qua màng tế bào cho nên nồng độ các chất dinh dưỡng xung quanh tế bào bao giờ cũng thấp. Đối với các sản phẩm do tế bào tiết ra thì ngược lại lại cao hơn so với nơi xa tế bào. Mặc dù hấp thụ và hấp phụ là giai đoạn cần thiết trong việc tiêu thụ chất hữu cơ của vi sinh vật song không phải có ý nghĩa quyết định trong việc xử lý nước thải. Đóng vai trò chủ yếu quyết định là các quá trình diễn ra bên trong tế bào vi sinh vật (giai đoạn 3). 5 Các quá trình sinh hóa: VSV +Qúa trình hiếu khí: chất hữu cơ + O 2 CO 2 , H 2 O VSV +Qúa trình kỵ khí: chất hữu cơ + O 2 CH 4 , H 2 S, NH 3 ,CO 2 , H 2 O (có mùi, hàm lượng phụ thuộc vào chất hữu cơ) (coi oxy ở trong các liên kết như NO 3- , SO 4 2- ,…) (ngoài các khí này còn có 1 ít chất hữu cơ không phân hủy gọi là chất trơ ). 1.3. Quá trình vi sinh vật hiếu khí lơ lững Các quá trình hiếu khí có thể xảy ra trong điều kiện tự nhiên hay trong các điều kiện xử lý nhân tạo. Trong điều kiện xử lý nhân tạo người ta tạo ra các điều kiện tối ưu cho quá trình oxy hóa sinh hóa nên quá trình xử lý có tốc độ cao và hiệu suất cao hơn. Quá trình chuyển hóa vật chất: + Qúa trình oxy hóa chất hữu cơ : (đáp ứng nhu cầu năng lượng của tế bào) C x H y O z N + O 2 vsv CO 2 + NH 3 + H 2 O + Q (1) + Qúa trình tổng hợp tế bào:(tổng hợp xây dựng tế bào) VSV C x H y O z + NH 3 + O 2 C 5 H 7 NO 2 + CO 2 + H 2 O + Q (2) (C 5 H 7 NO 2 : Công thức theo tỷ lệ trung bình các nguyên tố chính trong tế bào vi sinh vật) + Qúa trình oxy hóa nội bào (tự oxy hóa): nếu tiếp tục tiến hành quá trình oxy hóa thì khi không đủ chất dinh dưỡng, Qúa trình chuyển hóa các chất của tế bào bắt đầu xảy ra qúa trình tự oxy hóa: VSV C 5 H 7 NO 2 + O 2 CO 2 + NH 3 +H 2 O + Q (3) Trong quá trình oxy hóa sinh hóa hiếu khí, các chất hữu cơ chứa N, S, P cũng được chuyển thành NO 3 - , SO 4 2- , PO 4 3- , CO 2 , H 2 O. VSV NH3 + O2 HNO2 + O2 +vsv HNO3 (4) và (2): lượng oxy tiêu tốn cho các phản ứng này là tổng BOD của nước thải. (1), (2), (3), (4): lượng oxy tiêu tốn gần gấp 2 lần lượng oxy cho 2 phản ứng đầu. Khi môi trường cạn nguồn C hữu cơ, các loại vi khuẩn nitơrít hóa (nitrosomonas) và nitơrat hóa (nitrobater) thực hiện quá trình nitơrat hóa theo 2 giai đoạn: 6 nitrosomonas 55NH 4 + + 76O 2 + 5CO 2 C 5 H 7 NO 2 + 54NO 2 - + 52H 2 O + 109 H + nitrobater 400NO 2 - + 19O 2 + NH 3 + 2H 2 O + 5CO 2 C 5 H 7 NO 2 + 400 NO 3 -  Chu kỳ phát triển của vi sinh vật hiếu khí Bao gồm 4 giai đoạn: 1. Giai đoạn chậm (lag-phase) xảy ra khi bể bắt đầu đưa vào hoạt động và bùn của các bể khác được cấy thêm vào bể. Đây là giai đoạn để các vi sinh vật thích nghi với môi trường mới và bắt đầu quá trình phân bào. 2. Giai đoạn tăng trưởng (log-phase): giai đoạn này các tế bào vi sinh vật tiến hành phân bào và tăng nhanh về số lượng. Tốc độ phân bào phụ thuộc vào thời gian cần thiết cho các lần phân bào và lượng thực ăn trong môi trường. 3. Giai đoạn cân bằng (Stationary phase): lúc này mật độ vi sinh vật được giữ lại ở một số lượng ổn định. Nguyên nhân của giai đoạn này là - Các chất dinh dưỡng cần thiết cho quá trình tăng trường của vi sinh vật đã bị sử dụng hết - Số lượng vi sinh vật sinh ra bằng với số lượng vi sinh vật chết đi 4. Giai đoạn chết (log-death phase): trong giai đoạn này số lượng vi sinh vật chết đi nhiều hơn số lượng vi sinh vật được sinh ra. Do đó mật độ vi sinh vật trong bể giảm nhanh. 1.4. Bùn hoạt tính lơ lửng  Bùn hoạt tính là gì Bùn hoạt tính là tập hợp các vi sinh vật khác nhau, chủ yếu là vi khuẩn, có khả năng ổn định chất hữu cơ hiếu khí được tạo nên trong quá trình sinh hoá hiếu khí, được giữ lại ở bể lắng đợt II. Bùn hoạt tính (là các bông cặn) có màu nâu sẫm chứa các chất hữu cơ hấp thụ từ nước thải và là nơi cư trú để phát triển 7 của vô số vi khuẩn và vi sinh vật sống khác. Các bông này có kích thước từ 3 - 150 mm. Bùn hoạt tính lắng lại bể lắng đợt II, một phần tuần hoàn lại bể Aerotank, một phần còn dư cần được xử lý. Độ ẩm của lượng bùn này từ 99 ÷ 99,6%.  Ứng dụng của bùn hoạt tính Bùn hoạt tính được ứng dụng rộng rãi trong xử lý nước thải bằng phương pháp hiếu khí. Phương pháp bùn hoạt tính dựa trên sự hoạt động sống của vi sinh vật, chủ yếu là vi khuẩn dị dưỡng hoại sinh có trong nước thải. Quá trình hoạt động của chúng cho kết quả là các chất hữu cơ gây nhiễm bẩn được khoáng hoá và trở thành những chất vô cơ, các chất khí đơn giản và nước. Nhờ đó mà nồng độ bẩn của nước thải được giảm đi rất nhiều trong khoảng thời gian đủ dài.  Quá trình hình thành bùn hoạt tính Nước thải sao khi qua bể lắng đợt I có chứa các chất hữu cơ hoà tan và các chất lơ lửng đi vào bể Aerotank. Khi ở trong bể các chất lơ lửng đóng vai trò là các hạt nhân để cho vi khuẩn cư trú, sinh sản và phát triển dần lên thành các bông cặn gọi là bùn hoạt tính. Vi khuẩn và các vi sinh vật sống dùng chất nền (BOD) và chất dinh dưỡng (N,P) làm thức ăn để chuyển hoá chúng thành các chất trơ không hoà tan và thành các tế bào mới. Quá trình chuyển hoá thực hiện theo từng bước xen kẽ và nối tiếp nhau. Một vài loại vi khuẩn tấn công vào các hợp chất hữu cơ có cấu trúc phức tạp, sau khi chuyển hoá thải ra các hợp chất hữu cơ có cấu trúc Bùn hoạt tính hiếu khí phức tạp hơn, một vài vi khuẩn khác dùng các chất này làm thức ăn và lại thải ra các hợp chất đơn giản hơn nữa, và quá trình cứ tiếp tục cho đến khi chất thải cuối cùng không thể dùng làm thức ăn cho bất cứ loại vi sinh vật nào nữa. Chất thải hữu cơ được đưa vào trong bể phản ứng, ở đó các vi khuẩn hiếu khí được duy trì ở trạng thái lơ lửng. Trong bể phản ứng, các vi sinh vật thực hiện những biến đổi theo những quá trình chuyển hóa vi sinh vật hiếu khí lơ lửng (đã trình bày phần 3 ở trên) Môi trường hiếu khí trong bể phản ứng được duy trì bằng cách sử dụng máy thổi khí và thiết bị phân tán khí đặt trong bể sao cho nước thải được xáo trộn hoàn toàn. Sau một thời gian lưu nước nhất định, hỗn hợp tế bào cũ, mới được đưa qua bể lắng trong đó các tế bào được tách ra khỏi nước thải đã xử lý. Một phần tế đã lắng được tuần hoàn để duy trì nồng độ mong muốn của vi sinh vật trong bể phản ứng. Trong quá trình bùn hoạt tính, vi khuẩn là vi sinh vật quan trọng nhất, bởi vì chúng chịu trách nhiệm phân huỷ các chất hữu cơ trong nước thải. Trong bể phản ứng, một phần các chất thải hữu cơ được các vi sinh vật hiếu khí và tuỳ tiện sử dụng để tạo ra năng lượng cho việc tổng hợp các chất hữu cơ còn lại thành tế bào mới. Như vậy, chỉ một phần chất thải ban đầu được oxi hoá thành các hợp chất năng lượng thấp như : NO3-, SO42- và CO2, phần còn lại được tổng hợp thành tế bào mới. 8 1.5. Vi sinh vật hiếu khí trong xử lý nước thải Các vi sinh vật hoạt sinh có trong nước thải hầu hết các vi khuẩn hiếu khí như: - Vi khuẩn: Pseudomonas, Bacillus, Alcaligenes, Flavobacterium, Cytophaga, Micrococcus, Lactobacillus, Achromobacter, Spirochaeta, Clostridium và 2 giống ô nhiễm từ phân Euterobacterium và Streptococcus. Chức năng phân hủy các chất hữu cơ của 1 số loại vi khuẩn Vi khuẩn Chức năng Pseudomonas Phân hủy hiđratcacbon, protein, phản nitrat hóa Arthrobacter Phân hủy hiđratcacbon Bacillus Phân hủy hiđratcacbon, protein, … Cytophaga Phân hủy các polyme Zooglea Tạo thành chất nhày (polysacarit), hình thành chât keo tụ Nitrosomonas Nitrit hóa Nitrobacter Nitrat hóa Flavobacterium Phân hủy protein Nitrococcus denitrificans Phản nitrat hóa (khử nitrat thành N2) Thiobacillus denitrificans Phản nitrat hóa Acinetobacter Phản nitrat hóa Desulfovibrio Khử sulfat, khử nitrat - Động vật nguyên sinh: Trùng tiêm mao(trùng cỏ, trích trùng, mao trùng), trùng bánh xe, trùng biến hình (trùng chân giả), trùng roi, giun Trùng tiêm mao 9 Trùng biến hình Trùng roi Trùng bánh xe - Vi sinh sợi: vi khuẩn dạng sợi , nấm men (Geotrichum, Candida, Trichoderma Penicillium, Cepholosporium và Alternaria); tảo (tảo lam) 1.6. Những điều kiện, yêu cầu, yếu tố môi trường ảnh hưởng đến quá trình xử lý bằng vi sinh vật hiếu khí lơ lửng - Cung cấp oxy liên tục sao cho lượng oxy hòa tan trong nước > 2mg/l - pH: phần lớn vi khuẩn không thể chịu đựng được ở pH lớn hơn 9 và pH nhỏ hơn 4. Thông thường, pH tối ưu cho vi khuẩn phát triển tốt trong khoảng 6.5 – 7.5. - Nhiệt độ: Ưa lạnh: 10-30oC Tối ưu: 12-18oC Ưa ấm: 20-50oC Tối ưu: 25-40oC Ưu nhiệt: 35-75oC Tối ưu: 55-65oC - Chất dinh dưỡng: Tỷ lệ BOD:N:P = 100:5:1 - Nồng độ muối vô cơ trong nước không vượt quá 10 mg/l [...]... thổi khí dễ bị nghẹt bùn - Nếu các công trình phía sau chịu sốc tải thấp thì phải có bể điều hòa phụ trợ III SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG BỂ BÙN HOẠT TÍNH Hệ thống xử lý nước thải bằng bể bùn hoạt tính thường được sử dụng để xử lý nước thải có nồng độ chất hữu cơ cao Một trong những loại nước thải đó là nước thải đô thị Ở góc độ tiểu luận này, chúng tôi nêu ra công nghệ xử lý nước thải bằng. .. CÔNG TRÌNH XỬ LÝ HIẾU KHÍ LƠ LỬNG 2.1 Bể Aerotank Bể Aerotank là công trình nhân tạo xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học hiếu khí, trong đó người ta cung cấp ôxi và khuấy trộn nước thải với bùn hoạt tính Bể Aerotank thường được đặt sau bể lắng 1 và trước bể lắng 2 Nước thải chảy qua suốt chiều dài của bể và được sục khí, khuấy đảo nhằm tăng cường lượng oxi hóa chất bẩn hữu cơ trong nước bẩn Trong... công nghệ xử lý nước thải Kim Liên và Trúc Bạch - Hiện nay đã có một số thành phố khác đang thực hiện dự án thoát nước và vệ sinh môi trường như TP Huế, Việt trì, Thanh Hoá, Đồng Hới, Nha Trang, Quy Nhơn Công nghệ xử lý nước thải là công nghệ sinh học hiếu khí bằng bùn hoạt tính hoặc áp dụng công nghệ xử lý đơn giản là hồ sinh học Đa số các các đô thị Việt Nam chưa có nhà máy/trạm xử lý nước thải tập... bể lắng 2 như hình 3.1 sau: Nước thải Bể lắng 1 Bể lắng 2 Aeroten Xả ra nguồn tiếp nhận Xử lý bùn Bùn tuần hoàn Hình 3.1 Vị trí bể Aeroten trong hệ thống xử lý nước thải nói chung 3.3 Công nghệ tiên tiến (có sử dụng Aeroten) trong xử lý nước thải đô thị Hai trạm xử lý thí điểm Kim Liên, Trúc Bạch và khu đô thị Bắc Thăng Long, Hà Nội: có công nghệ giống nhau Trạm xử lý nước thải khu đô thị Bắc Thăng Long... nghệ xử lý nước thải đô thị - Nước thải được đưa qua song chắn rác để loại bỏ tạp chất lơ lửng thô có thể làm nghẹt thiết bị - Bể lắng cát nhằm loại bỏ cát, sỏi, đá dăm, các loại xỉ khỏi nước thải - Bể lắng sơ cấp dùng để loại bỏ các chất rắn có khả năng lắng (tỉ trọng lớn hơn tỉ trọng của nước) và các chất nổi (tỉ trọng nhẹ hơn tỉ trọng của nước) - Bể aeroten sẽ xử lý các chất hữu cơ phân hủy sinh học. .. không khí được bơm vào bể sẽ tiến hành quá trình oxy hóa và khoáng hóa các chất bẩn trong nước thải một cách khá triệt để Nước thải sau đó sẽ chảy vào bể lắng Xử lý nước thải bằng bể Aerotank phức tạp và nhiều yêu cầu như phải theo dõi liên tục và kịp thời điều chỉnh các chỉ số: nồng độ bùn hoạt tính, chế độ thông khí, nồng độ các chất bẩn trong nước thải, nồng độ các chất dinh dưỡng cho vi sinh vật... trình này được sử dụng rộng rãi để xử lý nước thải với quy mô nhỏ; có thể dùng để xử lý nước thải có nồng độ BOD từ 1000-5000 mg/l Mương oxi hóa có dạng hình chữ nhật hoặc hình tròn và được làm thoáng bằng cơ học, đáy và bờ được gia cố, chiều sâu công tác từ 0.7-1 m 11 Trong mương oxi hóa được chia làm 2 vùng: - Vùng hiếu khí: khử BOD, oxy hóa NH4 thành NO2 - Vùng thiếu khí: khử NO2 thành N2 Bùn được làm... hoạt tính cho nước thải đô thị: 3.1 Đặc điểm và thành phần của nước thải đô thị Bảng 3.1 Thành phần chất bẩn chính của nước thải sinh hoạt Loại Chỉ tiêu lý học Nồng độ (mg/L) Chất bẩn Tổng chất rắn lơ lửng (TSS) Chất hữu cơ bay hơi (VSS) Tinh cặn (FSS) Tổng chất rắn hòa tan (TDS) Chất hữu cơ hòa tan bay hơi VDS) Tinh cặn hòa tan (FDS) 14 300 240 60 440 175 265 Nhiệt độ Màu Chỉ tiêu sinh học BOD5 250... bơm nước vào kéo dài từ 1-3 giờ Dòng nước thải được đưa vào bể trong suốt thời gian diễn ra pha làm đầy Trong bể phản ứng hoạt động theo mẻ nối tiếp nhau, tuỳ theo mục tiêu xử lý, hàm lượng BOD đầu vào, quá trình làm đầy có thể thay đổi linh hoạt: làm đầy – tĩnh, làm đầy – hòa trộn, làm đầy – sục khí - Pha phản ứng, thổi khí (React): Tạo phản ứng sinh hóa giữa nước thải và bùn hoạt tính bằng sục khí. .. giảm khoảng 2.8 lần  Ưu điểm - Hiệu quả khi xử lý lượng BOD, Nitơ, Phospho cao - Quản lý vận hành đơn giản - Ít bị ảnh hưởng bởi sự dao động lớn về chất lượng và lưu lượng của nước cần xử lý  Nhược điểm: - Đòi hỏi diện tích xây dựng lớn - Thời gian lưu nước dài ngày - Lượng oxy cung cấp cho mương lớn dẫn đến chi phí cao 2.3 Bể SBR Là hệ thống xử lý nước thải với bùn hoạt tính theo kiểu làm đầy và . vật hiếu khí trong xử lý nước thải 8 1.6. Những điều kiện, yêu cầu, yếu tố môi trường ảnh hưởng đến quá trình xử lý bằng vi sinh vật hiếu khí lơ lửng 9 II. CÁC CÔNG TRÌNH XỬ LÝ HIẾU KHÍ LƠ LỬNG. về xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học 4 1.2. Nguyên lý chung của quá trình oxy hóa sinh hóa 4 1.3. Quá trình vi sinh vật hiếu khí lơ lững 5 1.4. Bùn hoạt tính lơ lửng 6 1.5. Vi sinh. nghệ xử lý nước thải Kim Liên và Trúc Bạch 17 Hình 3.3. Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải đô thị 17 4 I. TỔNG QUAN 1.1. Giới thiệu chung về xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học Phương