bước đầu xây dựng cơ sở tài liệu lý thuyết cho phương pháp xử lý nước thải bằng vi sinh vật kỵ khí

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP. HỒ CHÍ MINH KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ CÔNG NGHỆ SINH HỌC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP BƯỚC ĐẦU XÂY DỤNG CƠ SỞ TÀI LIỆU LÝ THUYẾT CHO PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG VI SINH VẬT KỴ KHÍ CHUYÊN NGÀNH : CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÃ NGÀNH : 111 GVHD : Th.S VÕ HỒNG THI SVTH : TRẦN PHÚ ĐIỀN LỚP : 05DSH MSSV : 105111015 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 06 năm 2009 1. Tên đề tài: Bước đầu xây dựng cơ sở tài liệu lý thuyết cho phương pháp xử lý nước thải bằng vi sinh vật kỵ khí 2. Nhiệm vụ: - Tổng quan về nước thải và các phương pháp xử lý nước thải. - Tổng quan quá trình sinh học trong xử lý nước thải. - Xử lý nước thải bằng vi sinh vật trong điều kiện kỵ khí. 3. Ngày giao đồ án tốt nghiệp: 01/04/2009 4. Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 24/06/2009 5. Họ tên người hướng dẫn: Phần hướng dẫn: 1/ Th.S Võ Hồng Thi Toàn bộ 2/ Nội dung và yêu cầu LVTN đã được thông qua bộ môn. Ngày tháng năm 2009 CHỦ NHIỆM BỘ MÔN NGƯỜI HƯỚNG DẪN CHÍNH ( (Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên) BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC KTCN TP. HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC KHOA: MÔI TRƯỜNG VÀ CÔNG NGHỆ SINH HỌC BOÄ MOÂN: CÔNG NGHỆ SINH HỌC HỌ VÀ TÊN: Trần Phú Điền LỚP : 05DSH MSSV : 105111015 NĂM HỌC: 2005 - 2009 PHẦN DÀNH CHO KHOA, BỘ MÔN Người duyệt (chấm sơ bộ): Đơn vị: Ngày bảo vệ: Điểm tổng kết: Nơi lưu trữ Đồ án tốt nghiệp: NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP LỜI CẢM ƠN Chân thành cảm ơn cô Võ Hồng Thi đã tận tình hướng dẫn, hỗ trợ em hoàn thành luận văn này Chân thành cảm ơn thầy Lâm Vĩnh Sơn đã giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi để em hoàn thành luận văn này. Chân thành cảm ơn các thầy cô khoa môi trường và công nghệ sinh học đã chỉ dạy em trong suốt 4 năm học vừa qua. Giúp em có được những kiến thức và lòng tin sẽ vượt qua những khó khăn phía trước. Chân thành cảm ơn trường Đại học Kỹ Thuật Công Nghệ đã đào tạo tôi thành người có ích cho xã hội. Trong suốt thời gian 4 năm học tại trường là một khoảnh khắc khó quên đối với tôi cũng như biết bao sinh viên khác. Ở nơi đó không những là một môi trường giáo dục và đào tạo mà đó còn là nơi gợi cho tôi biết bao kỷ niệm. Không gì có thể sánh được niềm vui và hạnh phúc trong tôi khi hoàn thành được luận văn này. Để có được như vậy, xin chân thành cảm ơn những bàn tay đã dìu dắt tôi để đi đến hôm nay. TP. HCM tháng 6 năm 2009 Trần Phú Điền MỤC LỤC CHƯƠNG I: MỞ ĐẦU………………………………………………………………1 I.1. Lý do hình thành đề tài……………………………………………………… …2 I.2. Mục tiêu, nội dung và phương pháp nghiên cứu…………………………………3 I.2.1. Mục tiêu nghiên cứu………………………………………………….… … 3 I.2.2. Nội dung nghiên cứu…………………………………………………………3 I.2.3. Phương pháp nghiên cứu……………………………………………… ……3 I.2.4. Giới hạn của đề tài………………………………………………………… 3 CHƯƠNG II: TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI…………………………………………………………………… … 4 II.1. Tổng quan về nước thải……………………………………………………….…5 II.1.1. Khái niệm………………………………………………………………… 5 II.1.2. Phân loại nước thải………………………………………………………….5 II.1.2.1. Nước thải sinh hoạt…………………………………………………… 5 II.1.2.2. Nước thải công nghiệp……………………………………………………7 II.2. Tổng quan về các phương pháp xử lý nước thải…………………………… …8 II.2.1. Xử lý nước thải bằng phương pháp cơ học…………………………… ….9 II.2.1.1. Song chắn rác……………………………………………………….…9 II.2.1.2. Lưới lọc…………………………………………………………… …9 II.2.1.3. Thiết bị nghiền rác…………………………………………… …….10 II.2.1.4. Bể lắng cát……………………………………………………… … 10 II.2.1.5. Tách dầu mỡ………………………………………………………….10 II.2.1.6. Lọc cơ học………………………………………………………… 10 II.2.2. Phương pháp hóa lý……………………………………………………….11 II.2.2.1. Trung hòa…………………………………………………………… 11 II.2.2.2. Keo tụ…………………………………………………………………11 II.2.2.3. Hấp phụ……………………………………………………………….11 II.2.2.4. Tuyển nổi………………………………………………………… …12 II.2.2.5. Trao đổi ion………………………………………………………… 12 II.2.2.6. Phương pháp trích ly……………………………………………….…12 II.2.2.7. Xử lý bằng màng……………………………………………… ……12 II.2.2.8. Khử khuẩn…………………………………………………………….12 II.2.3. Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học…………………… ……….13 II.2.3.1. Cánh đồng lọc…………………………………………………… …13 II.2.3.2. Hồ sinh học…………………………………………………… …….14 II.2.3.3. Bể lọc sinh học……………………………………………….……….15 II.2.3.4. Bể bùn hoạt tính………………………………………………………16 II.3. Vai trò của quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học……….……16 CHƯƠNG III: TỔNG QUAN QUÁ TRÌNH SINH HỌC TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI……………………………………………………………………………… 18 III.1. Nguyên tắc chung của quá trình…………………………………………… 19 III.2. Các vi sinh vật tham gia vào quá trình xử lý nước thải……………………….19 III.2.1. Vi khuẩn…………………………………………………………… … 21 III.2.2. Vi nấm……………………………………………………………………23 III.2.3. Virus và thể thực khuẩn …………………………………………………23 III.2.4. Tảo…………………………………………………………………….…24 III.2.5. Nguyên sinh động vật (Protozoa)………………………… ……………25 III.2.6. Archaea (cổ khuẩn)………………………………………………… … 25 III.3. Quá trình tăng trưởng của tế bào vi sinh vật………………………………… 26 III.3.1. Nuôi cấy tĩnh…………………………………………………….……….27 III.3.2. Nuôi cấy liên tục………………………………………………… …… 29 CHƯƠNG IV: XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG VI SINH VẬT TRONG ĐIỀU KIỆN KỴ KHÍ…………………………………………………………………………… 30 IV.1. Lược sử phát triển quá trình và xu hướng hiện nay……………………….….31 IV.2. Cơ sở lý thuyết………………………………………………………….…….32 IV.2. Mô tả quá trình…………………………………………………….………….33 IV.4. Hóa sinh học của quá trình phân hủy chất hữu cơ trong điều kiện kỵ khí……34 IV.4.1. Giai đoạn thủy phân…………………………………………………… 34 IV.4.2. Giai đoạn axit hóa……………………………………………………….35 IV.4.3. Giai đoạn acetate hóa……………………………………………………36 IV.4.4. Giai đoạn metan hóa…………………………………………………….38 IV.5. Vi sinh vật học của quá trình phân hủy chất hữu cơ trong điều kiện kỵ khí….41 IV.5.1. Vi khuẩn thủy phân…………………………………………………… 41 IV.5.2. Vi khuẩn axit hóa……………………………………………………… 42 IV.5.3. Vi khuẩn acetate hóa………………………………………………… 43 IV.5.4. Vi khuẩn sinh metan…………………………………………………….44 IV.5.5. Các vi khuẩn khử sulfat…………………………………………………47 IV.6. Các yếu tố ảnh hưởng lên quá trình phân hủy chất hữu cơ trong nước thải trong điều kiện kỵ khí………………………………………………………………… …47 IV.6.1. Thời gian lưu bùn………………………………………………….…….47 IV.6.2. Nhiệt độ…………………………………………………………… … 47 IV.6.3. pH…………………………………………………………………….….48 IV.6.4. Tính chất của chất nền………………………………………… ………48 IV.6.5. Các chất dinh dưỡng đa lượng và vi lượng………………………………49 IV.6.6. Các chất gây độc…………………………………………………… … 49 IV.6.7. Sự khuấy đảo hỗn hợp phân hủy………………………………… ……51 IV.6.8. Kết cấu hệ thống…………………………………………………………51 IV.7. Động học của quá trình phân hủy chất hữu cơ trong nước thải điều kiện kỵ khí………………………………………………………………………………… 52 IV.7.1. Quá trình tăng trưởng của tế bào vi sinh vật…………………….………52 IV.7.2. Năng suất tạo sinh khối………………………………………………….53 IV.8. Các dạng công trình xử lý…………………………………………………… 53 IV.8.1. Các dạng bể kỵ khí………………………………………………………53 IV.8.1.1. Bể tự hoại……………………………………………… …………53 IV.8.1.2. Bể lắng hai vỏ…………………………………………… ….…….54 IV.8.1.3. Bể metan……………………………………………………… … 54 IV.8.2. sinh học kỵ khí hai giai đoạn…………………………………………….54 IV.8.3. Bể bùn kỵ khí dòng chảy ngược – UASB………………… ………… 55 IV.8.4. Bể phản ứng liên tục – CSTR……………………………………………56 IV.8.5. Bể phản ứng dòng chảy đều……………………………………… ……57 IV.8.6. Lọc kỵ khí bám dính cố định – AFR………………………….…………57 IV.8.7. Bể phản ứng đệm kỵ khí giản nở - FBR…………………………………57 IV.9. Các thông số tính toán công trình xử lý………………………………………58 IV.10. Một số vấn đề cần lưu ý khi vận hành hệ thống xử lý nước thải trong điều kiện kỵ khí……………………………………………………………………………… 61 CHƯƠNG V: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ……………………………………….65 V.1. Kết luận…………………………………………………………………… …66 V.2. Kiến nghị………………………………………………………………… … 66 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT AND Axit dezoxyribonucleic ADP Adenosine DiPhotphat ATP Adenosine TriPhotphat BOD Biochemical Oxygen Demand Nhu cầu oxy sinh hóa COD Chemical Oxygen Demand Nhu cầu oxy hóa học SS Suspended Solids Các chất rắn lơ lửng VFA Volatile Suspended Acids Axit béo dễ bay hơi VSS Volatile Suspended Solid Các chất rắn lơ lửng dễ bay hơi DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1: Tải lượng ô nhiễm từ nước thải sinh hoạt…………………………………6 Bảng 2.2: Thành phần trung bình của nước thải sinh hoạt………………………… 7 Bảng 2.3: Nồng độ các chất gây ô nhiễm trong nước thải một số ngành công nghiệp…………………………………………………………………………………8 Bảng 4.1: Các phản ứng sinh acetate và sự thay đổi năng lượng tự do (∆G)……….37 Bảng 4.2: Các vi khuẩn có khả năng chuyển hóa đường thành axit acetic…………44 Bảng 4.3: Các vi khuẩn chính tạo metan……………………………………………46 Bảng 4.4: Tỷ lệ C/N trong một số loại phân……………………………………… 49 Bảng 4.5: Nồng độ các chất gây ức chế quá trình lên men của vi khuẩn kỵ khí… 51 Bảng 4.6: Các thông số tính toán công trình sinh học kỵ khí……………………….58 Bảng 4.7: Thông số thiết kế cho mô hình phân hủy kỵ khí…………………………59 Bảng 4.8: Tải trọng thiết kế bể UASB ở các nhiệt độ khác nhau………………… 60 Bảng 4.9: Các thông số thiết kế bể UASB đối với các loại nước thải khác nhau… 60 Bảng 4.10: Một số thông số cần thiết cho tính toán thiết kế bể metan…………… 61 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 3.1: Quá trình sinh trưởng của vi sinh vật…………………………………… 27 Hình 4.1: Các giai đoạn của quá trình phân hủy kỵ khí chất hữu cơ……………… 34 Hình 4.2: Ảnh hưởng của nhiêt độ đến khả năng sinh khí của các vi sinh vật tạo metan……………………………………………………………………………… 48 [...]... đề tài bước đầu xây dựng cơ sở tài liệu lý thuyết cho phương pháp xử lý nước thải bằng vi sinh vật kỵ khí được hình thành với mong muốn bổ sung và hoàn chỉnh hơn cơ sở lý thuyết có liên quan về quá trình phân hủy kỵ khí nước thải sinh hoạt và công nghiệp I.2 Mục tiêu, nội dung và phương pháp nghiên cứu: I.2.1 Mục tiêu nghiên cứu: Xây dựng bổ sung, biên hội, sắp xếp, lựa chọn tài liệu làm cơ sở lý thuyết. .. liệu làm cơ sở lý thuyết cho phương pháp xử lý nước thải bằng vi sinh vật kỵ khí I.2.2 Nội dung nghiên cứu:  Tổng quan về nước thải và các phương pháp xử lý nước thải  Tổng quan quá trình sinh học trong xử lý nước thải  Xử lý nước thải bằng vi sinh vật trong điều kiện kỵ khí: hóa sinh học của quá trình, vi sinh vật học của quá trình phân hủy chất hữu cơ trong điều kiện kỵ khí, các yếu tố ảnh hưởng... từng loại tạp chất để lựa chọn phương pháp xử lý thích hợp SVTH : TRẦN PHÚ ĐIỀN 8 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S VÕ HỒNG THI Thông thường có các phương pháp xử lý nước thải sau:  Xử lý bằng phương pháp cơ học  Xử lý bằng phương pháp hóa lý và hóa học  Xử lý bằng phương pháp sinh học  Xử lý bằng phương pháp tổng hợp II.2.1 Xử lý nước thải bằng phương pháp cơ học: Trong nước thải thường có các loại tạp... mà phương pháp cơ học không thể loại bỏ được, điều chỉnh giá trị pH của nước thải và khử khuẩn nước sau xử lý để đảm bảo tiêu chuẩn đầu ra Nhìn chung, bản chất của quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp cơ học và phương pháp hóa lý là quá trình chuyển chất thải từ dạng này sang dạng khác chứ không xử lý triệt để Cho nên nếu xử lý nước thải bằng phương pháp cơ hay phương pháp hoá lý thì hiệu quả xử. .. làm vi c của bùn hoạt tính, cấu tạo của bể bùn,… II.3 Vai trò của quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học: Trong quá trình xử lý nước thải, nước thải được xử lý qua nhiều giai đoạn và nhiều phương pháp khác nhau Trong đó mỗi phương pháp xử lý hiệu quả đối với các chất nhiểm bẩn khác nhau Do đó ta không thể chỉ sử dụng một phương pháp để xử lý hiệu quả cho một loại nước thải nào đó Phương pháp. .. Cở sở để xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học là quá trình chuyển hóa vật chất, quá trình tạo cặn lắng và quá trình tự làm sạch nguồn nước của các vi sinh vật dị dưỡng và tự dưỡng có trong tự nhiên nhờ khả năng đồng hóa được rất nhiều nguồn cơ chất khác nhau có trong nước thải Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học có thể chia thành hai loại:  Phương pháp hiếu khí: sử dụng nhóm vi sinh vật. .. nước thải có hàm lượng các kim loại nặng, các chất hữu cơ và vô cơ có tính độc,…) Sau một thời gian sinh trưởng, chúng tạo thành quần thể vi sinh vật có ở trong nước, đồng thời kéo theo sự phát triển của các giới thủy sinh Quần thể vi sinh vật ở các loại nước thải là không giống nhau Mỗi loại nước thải có hệ vi sinh vật thích ứng Song, nói chung vi sinh vật trong nước thải đều là vi sinh vật hoại sinh. .. lượng chất hữu cơ rất cao, như nước thải từ các nhà máy sản suất chế biến thực phẩm Các loại nước thải này không thể xử lý đạt hiệu quả bằng các phương pháp sinh học hiếu khí, hay các phương pháp cơ học, hóa học và hóa lý do đặc trưng ô nhiểm chất hữu cơ nồng độ cao của chúng Để giải quyết những khó khăn trên thì phương pháp xử lý nước thải bằng vi sinh vật trong điều kiện kỵ khí là một lựa chọn khá phù... Nạp lại nước cho các túi nước ngầm So với các hệ thống nhân tạo thì vi c xử lý nước thải bằng cánh đồng lọc cần ít năng lượng hơn Xử lý nước thải bằng cánh đồng lọc cần năng lượng để vận chuyển và tưới nước thải lên đất, trong khi xử lý nước thải bằng các biện pháp nhân tạo cần năng lượng để vận chuyển, khuấy trộn, sục khí, bơm hoàn lưu nước thải và bùn Do ít sử dụng các thiết bị cơ khí, vi c vận... Để xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học đạt hiệu quả thì nước thải đưa vào phải đạt được các điều kiện sau:  Nước thải phải là môi trường sống của quần thể vi sinh vật phân hủy các chất hữu cơ có trong nước thải  Không có chất độc làm chết hoặc ức chế hoàn toàn hệ vi sinh vật trong nước thải (Sb > Ag > Cu > Hg > Co > Ni > Pb > Cr+3 > Cd > Zn > Fe)  Chất hữu cơ có trong nước thải phải là cơ . Tên đề tài: Bước đầu xây dựng cơ sở tài liệu lý thuyết cho phương pháp xử lý nước thải bằng vi sinh vật kỵ khí 2. Nhiệm vụ: - Tổng quan về nước thải và các phương pháp xử lý nước thải. -. học.  Xử lý bằng phương pháp hóa lý và hóa học.  Xử lý bằng phương pháp sinh học.  Xử lý bằng phương pháp tổng hợp. II.2.1. Xử lý nước thải bằng phương pháp cơ học: Trong nước thải thường. nước thải và các phương pháp xử lý nước thải.  Tổng quan quá trình sinh học trong xử lý nước thải.  Xử lý nước thải bằng vi sinh vật trong điều kiện kỵ khí: hóa sinh học của quá trình, vi