tìm hiểu phương pháp xử lý nước thải bằng vi sinh vật hiếu khí

Khoá luận tốt nghiệp GVHD:PGS.TS. Hoàng Hưng SVTH: Cao Thế Hiển Page I Lớp : 08CSH2 LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành được đồ án tốt nghiệp này là nhờ vào sự giúp đỡ tận tình của các thầy cô, của bạn bè và của người thân. Đầu tiên, em xin được bày tỏ lòng biết ơn của mình tới các thầy cô trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghệ, đặc biệt là các thầy cô Khoa Môi Trường và Công Nghệ Sinh Học đã trực tiếp hướng dẫn, dạy dỗ, trang bị kiến thức và giúp đỡ em trong suốt thời gian học tập tại trường và quá trình làm đồ án tốt nghiệp. Để hoàn thành bài đồ án tốt nghiệp này em xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất đến thầy Hoàng Hưng, là người đã trực tiếp hướng dẫn, chỉ bảo và tạo mọi điều kiện giúp đỡ em trong suốt thời gian thực hiện đồ án tốt nghiệp. Em xin gửi lời cám ơn chân thành đến gia đình, bạn bè, những người đã luôn giúp đỡ, động viên em trong suốt quá trình học tập cũng như thời gian thực hiện đồ án tốt nghiệp này. Cuối cùng, em xin chúc toàn thể các thầy cô, gia đình và bạn bè luôn mạnh khỏe, hạnh phúc và thành công. Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn! TP.HCM. ngày 4 tháng 7 năm 2011 Sinh viên thực hiện Cao Thế Hiển Khoá luận tốt nghiệp GVHD:PGS.TS. Hoàng Hưng SVTH: Cao Thế Hiển Page II Lớp : 08CSH2 LỜI CAM ĐOAN Là sinh viên năm cuối của trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghệ, nay được vinh dự làm bài Khóa Luận Tốt Nghiệp để hoàn tất chương trình học của mình và ra trường. Em rất tự hào khi mình là người được thực hiện bài khóa luận này, do đó em thấy mình phải có trách nhiệm thực hiện tốt bài khóa luận này, em xin cam đoan không sao chép nội dung bài khóa luận của người khác dưới bất kỳ hình thức nào. Những số liệu và nội dung trong bài làm này đều được cho phép thu thập một cách trung thực. Vì những lý do trên, em thấy mình phải có trách nhiệm thực hiện đúng với những gì đã cam đoan như trên, thực hiện đúng và không có bất cứ sai phạm gì. TP.HCM. ngày 4 tháng 7 năm 2011 Sinh viên thực hiện Cao Thế Hiển Khoá luận tốt nghiệp GVHD:PGS.TS. Hoàng Hưng SVTH: Cao Thế Hiển Page III Lớp : 08CSH2 MỤC LỤC Lời cảm ơn I Lời cam đoan II Mục lục III Danh mục các chữ viết tắt IX Danh mục các bảng X Danh mục các hình XI Tài liệu tham khảo XIII CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU 1.1 Lý do hình thành đề tài 1 1.2 Mục tiêu nghiê cứu 2 1.3 Nội dung nghiên cứu 2 1.4 Phương pháp nghiên cứu 3 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI 2.1 Tổng quan về nước thải 4 2.1.1 Khái niệm về nước thải và sự ô nhiễm nước 4 2.1.2 Phân loại nước thải 7 2.1.2.1 Nước thải sinh hoạt 7 2.1.2.2 Nước thải công nghiệp 10 2.1.2.3 Nước thải là nước mưa 11 2.1.3 Các chất gây nhiễm bẩn nước 12 2.2 Thành phần lý hoá học của nước thải 13 2.2.1 Tính chất vật lý 13 2.2.3 Tính chất hoá học 13 Khoá luận tốt nghiệp GVHD:PGS.TS. Hoàng Hưng SVTH: Cao Thế Hiển Page IV Lớp : 08CSH2 2.3 Tổng quan các phương pháp xử lý nước thải 15 2.3.1 Xử lý nước thải bằng phương pháp cơ học 16 2.3.1.1 Thiết bị chắn rác 16 2.3.1.2 Thiết bị nghiền rác 17 2.3.1.3 Bể điều hòa 17 2.3.1.4 Bể lắng cát 17 2.3.1.5 Quá trình lắng 18 2.3.1.6 Quá trình lọc 18 2.3.1.7 Quá trình tuyển nổi 18 2.2.2 Xử lý nước thải bằng phương pháp hoá lý và hoá học 19 2.2.2.1 Quá trình keo tụ, tạo bông 19 2.2.2.2 Phương pháp trung hoà 20 2.2.2.3 Phương pháp hấp phụ 21 2.2.2.4 Phương pháp trích ly 21 2.2.2.5 Phương pháp trao đổi ion 21 2.2.2.6 Phương pháp xử lý bằng màng 22 2.2.2.7 Khử khuẩn 22 2.2.3 Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học 23 2.2.3.1 Cánh đồng tưới công cộng và bãi lọc 23 2.2.3.2 Cánh đồng tưới nông nghiệp 23 2.2.3.3 Hồ sinh học 24 2.2.3.4 Bể lọc sinh học 24 2.2.3.5 Bể xử lý sinh học bằng quá trình bùn hoạt tính (aerotank) 25 2.2.3.6 Bể UASB 25 2.2.3.7 Bể lên men có thiết bị trộn và có bể lắng riêng (ANALIFT) 25 2.4 Vai trò của phương pháp sinh học hiếu khí trong quá trình xử lý nước thải 26 Khoá luận tốt nghiệp GVHD:PGS.TS. Hoàng Hưng SVTH: Cao Thế Hiển Page V Lớp : 08CSH2 CHƯƠNG 3: TỔNG QUAN QUÁ TRÌNH SINH HỌC TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI 3.1 Nguyên tắc chung của quá trình 28 3.2 Vi sinh vật trong quá trình xử lý nước thải 29 3.3 Quá trình sinh trưởng của tế bào vi sinh vật 30 3.3.1 Sinh thái, sinh lý vi sinh vật 30 3.3.2 Phân loại vi sinh vật. 34 3.3.2.1 Vi khuẩn 41 3.3.2.2 Eukarya (Sinh vật nhân t h ự c) 45 3.3.2.3 Archaea (cổ khuẩn). 51 3.4 sự tăng trưởng của tế bào vi sinh vật. 51 3.4.1 Nuôi cấy tỉnh/ nuôi cấy mẻ. 52 3.4.2 Nuôi cấy lien tục/ dòng liên tục. 54 3.5 Chỉ thị vi sinh vật trong các công trình xử lý nước thải 55 3.5.1 Vi sinh vật len men kỵ khí. 55 3.5.2 Vi sinh vật len men hiếu khí 56 3.5.2.1 Tác nhân sinh trưởng lơ lửng. 56 3.5.2.2 Tác nhân sinh trưởng bám dính 58 3.5.3 Vi sinh vật trong các hồ ổn định. 63 3.6 Ứng dụng 64 3.6.1 Thực phẩm 64 3.6.2 Nông nghiệp. 64 3.6.3 Khai thác nguyên liệu 64 3.6.4 Bảo vệ môi trường 65 Khố luận tốt nghiệp GVHD:PGS.TS. Hồng Hưng SVTH: Cao Thế Hiển Page VI Lớp : 08CSH2 CHƯƠNG 4: XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG VI SINH VẬT TRONG ĐIỀU KIỆN HIẾU KHÍ 4.1 Mơ tả q trình 66 4.2 Hố sinh học của q trình phân huỷ chất hữu cơ trong điều kiện hiếu khí 67 4.2.1 Giai đoạn thuỷ phân (phân huỷ ngoại bào) 67 4.2.2 Giai đoạn oxy hố 69 4.3 Vi sinh vật học của q trình phân huỷ chất hữu cơ trong điều kiện hiếu khí 70 4.3.1 Các nhóm vi sinh vật chủ yếu trong giai đoạn thuỷ phân 70 4.3.2 Các nhóm vi sinh vật oxy hố cơ chất 74 4.3.3 Một số vi sinh vật chỉ thị trong các cơng trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học hiếu khí 76 4.4 Các yếu tố ảnh hưởng lên q trình phân huỷ chất hữu cơ trong nước thải trong điều kiện hiếu khí 79 4.4.1 Lượng Oxy hoà tan trong nước 79 4.4.2 Thành phần dinh dưỡng đối với vi sinh vật 79 4.4.3 Nồng độ cho phép của chất bẩn hữu cơ có trong nước thải 80 4.4.4 Các chất có độc tính ở trong nước thải ức chế đời sống vi sinh vật 81 4.4.5 pH của nước thải 81 4.4.6 Nhiệt độ 81 4.4.7 Nồng độ các chất lơ lửng ở dạng huyền phu 81 4.5 Động học của q trình phân huỷ chất hữu cơ tronbg nước thải trong điều kiện hiếu khí 82 Khoá luận tốt nghiệp GVHD:PGS.TS. Hoàng Hưng SVTH: Cao Thế Hiển Page VII Lớp : 08CSH2 4.5.1 Chất nền – Giới hạn của tăng trưởng 82 4.5.2 Sự tăng trưởng tế bào và sử dụng chất nền 83 4.5.3 Ảnh hưởng của hô hấp nội bào 84 4.5.4 Ảnh hưởng của nhiệt độ 85 4.6 Các dạng công nghệ sinh học hiếu khí 85 4.6.1 Bùn hoạt t í nh 85 4.6.1.1 Khuấy t r ộ n hoàn t o à n 94 4.6.1.2 Dòng chảy nút (Bể bùn hoạt tính cấp khí giảm d ầ n ) 95 4.6.1.3 Thổi khí nh i ề u bậc (Bể bùn hoạt tính nạp nước thải theo bậc ) 95 4.6.1.4 Mương oxy h ó a 97 4.6.1.5 T h i ế t bị khí nâng (Ai r lif t reactor) 100 4.6.1.6 Tăng t r ư ở n g h i ế u khí của sinh khối trong các tháp kín A – B (Aerobic growth of biomass in packed t owe r s) 103 4.6.1.7 Bể h i ế u khí gián đoạn - SBR (Sequencing Batch R e a c t o r ) 104 4.6.1.8 U n i t a nk 107 4.6.2 Lọc sinh học 109 4.6.2.1 RBC (Roltating Biological Contactor - Đĩa quay sinh h ọ c) 111 4.6.2.2 Lọc nhỏ gi ọ t 112 4.6.2.3 Lọc sinh học ngập nước (đ ệ m cố định, đ ệ m giãn nở) 114 4.7 Các thông số tính toán công trình xử lý 115 4.8 Một số vấn đề cần lưu ý khi vận hành hệ thống xử lý nước thải trong điều kiện hiếu khí 118 4.8.1 Những vấn đề trong phân tích bùn hoạt tính 118 4.8.1.1 Söï coá 118 4.8.1.2 Cách khắc phục: 122 4.8.2 Những vấn đề trong quá trình xử lý nước thải. 122 Khoá luận tốt nghiệp GVHD:PGS.TS. Hoàng Hưng SVTH: Cao Thế Hiển Page VIII Lớp : 08CSH2 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ 5.1 Kết luận 124 5.2 Kiến nghị 125 Khoá luận tốt nghiệp GVHD:PGS.TS. Hoàng Hưng SVTH: Cao Thế Hiển Page IX Lớp : 08CSH2 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT DO (Dissolved Oxygen): oxy hoà tan. BOD (Biochemical Oxygen Demand): Nhu cầu oxy sinh hoá COD (Chemical Oxygen Demand): Nhu cầu oxy hoá học. TOC: Cacbon hữu cơ toàn phần hay tổng cacbon hữu cơ. AND: deoxyribonucleic acid. ARN: ribonucleic acid ATP: adenosine – 5’- triphosphate. SVI (Sludge Volume Index): Chỉ số thể tích bùn. STT: số thứ tự GDP (Gross Domestic Product): Tổng sản lượng nội địa. Khoá luận tốt nghiệp GVHD:PGS.TS. Hoàng Hưng SVTH: Cao Thế Hiển Page X Lớp : 08CSH2 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1: Tải lượng ô nhiễm từ nước thải sinh hoạt 8 Bảng 2.2: Thành phần trung bình của nước thải sinh hoạt 8 Bảng 2.3: Nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải của một số ngành công nghiệp 10 Bảng 3.1: so sánh 3 lĩnh giới vi sinh vật 38 Bảng 3.2: Một số giống chính vi khuẩn và chức năng của chúng 62 Bảng 4.1: Tóm tắy nguyên nhân và hậu quả của nhựng sự cố trong bùn hoạt tính 120 [...]... sinh vật trong xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học hiếu khí, đồ án tốt nghiệp với đề tài: “ Bước đầu xây dựng cơ sở tài liệu lý thuyết cho phương pháp xử lý nước thải bằng vi sinh vật hiếu khí đã ra đời 1.2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU Bước đầu xây dựng cơ sở tài liệu lý thuyết cho phương pháp xử lý nước thải bằng vi sinh vật hiếu khí nhằm giảm thiểu ô nhiễm các chất hữu cơ trong nước thải gây ra cho... cho môi trường 1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU - Tìm hiểu về nước thải và các phương pháp xử lý nước thải nói chung - Tổng quan về các phương pháp sinh học trong xử lý nước thải - Xử lý nước thải bằng vi sinh vật trong điều kiện hiếu khí: các biến đổi hoá sinh học và vi sinh học, động học của quá trình, các thông số ảnh hưởng, các dạng công trình xử lý vi sinh hiếu khí SVTH: Cao Thế Hiển Lớp: 08CSH2 Page... như sau: - Xử lý bằng phương pháp cơ học - Xử lý bằng phương pháp hoá lý và hoá học - Xử lý bằng phương pháp sinh học 2.3.1 Xử lý nước thải bằng phương pháp cơ học Quá trình xử lý cơ học thường được áp dụng ở giai đoan đầu của quá trình xử lý nước thải hay còn gọi là quá trình xử lý sơ bộ hay là quá trình tiền xử lý Qúa trình này dùng để loại bỏ các tạp chất không tan có trong nước thải, bao gồm các tạp... vi c sử dụng các vi sinh vật hiếu khí để xử lý nước thải là phương pháp phổ biến nhất trong các công trình xử lý hiện nay Tuy phương pháp xử lý nước thải bằng vi sinh vật trong điều kiện hiếu khí là rất phổ biến và đã được nghiên cứu nhiều nhưng các tài liệu liên quan còn khá phân tán, rải rác, khó nắm bắt tổng thể Từ những băn khoăn trên và để góp phần làm rõ thêm về vai trò của các loại vi sinh vật. .. trước khi thải ra môi trường Vì vậy, xử lý nước thải là một vi c làm rất cần thiết và cấp bách Thực tế là trong số các biện pháp kiểm soát ô nhiễm, xử lý nước thải đã và đang được coi là biện pháp chủ lực Có nhiều phương pháp xử lý nước thải khác nhau như: phương pháp cơ học, phương pháp hoá học, phương pháp nhiệt…nhưng phương pháp luôn được hướng tới trong các nghiên cứu và ứng dụng là xử lý sinh học,... trường - Tập 1 – Công nghệ xử lý nước thải – Nhà xuất bản Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh 2 Lương Đức Phẩm – 2003 – Công nghệ xử lý nước thải bằng biện pháp sinh học – Nhà xuất bản Giáo dục 3 Nguyễn Văn Phước – 2007 – Giáo trình xử lý nước thải sinh hoạt và công nghiệp bằng phương pháp sinh học – Nhà xuất bản Xây dựng Hà Nội 4 Lâm Vĩnh Sơn – 2008 – Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải – Trường Đại học Kỹ... trình xử lý nước thải sinh hoạt và công nghiệp bằng phương pháp sinh học,PGS.TS Nguyễn Văn Phước, Nhà xuất bản xây dựng Hà Nội, 2007 Thành phần của nước thải sinh hoạt gồm 2 loại: - Nước thải nhiễm bẩn do chất bài tiết của con người từ các phòng vệ sinh - Nước thải nhiễm bẩn do các chất thải sinh họat : cặn bã từ nhà bếp, các chất rửa trôi, kể cả làm vệ sinh sàn nhà Bảng 2.2 Thành phần trung bình của nước. .. ban đầu Ưu điểm của phương pháp này so với phương pháp lắng là có thể khử hoàn toàn các hạt nhỏ nhẹ, lắng chậm trongthời gian ngắn 2.3.2 Xử lý nước thải bằng phương pháp hoá lý và hoá học Bản chất chung của quá trình xử lý hoá lý và hoá học là áp dụng các quá trình vật lý và hoá học để loại bớt các chất ô nhiễm mà không thể dung phương pháp cơ học loại bỏ được Cơ sở của phương pháp này là các phản... có trong nước thải, bao gồm các tạp chất vô cơ và hữu cơ có trong nước Nó là một bước đệm nhằm đảm bảo tính an toàn cho các công trình và thiết bị của các quá trình xử lý tiếp theo của hệ thống xử lý nước thải Xử lý nước thải bằng phương pháp cơ học có nhiều phương pháp khác nhau, tuy nhiên tuỳ theo thành phần và tính chất nước thải xử lý mà các công trình sau đây có thể áp dụng: 2.3.1.1 Thiết bị chắn... 20 0 15 Tổng photpho - 8 - Nguồn: Giáo trình xử lý nước thải sinh hoạt và công nghiệp bằng phương pháp sinh học,PGS.TS Nguyễn Văn Phước, Nhà xuất bản xây dựng Hà Nội, 2007 - Nước thải sinh họat chứa nhiều chất hữu cơ dễ bị phân hủy sinh học, ngòai ra còn có các thành phần vô cơ, vi sinh vật và vi trùng gây bệnh rất nguy hiểm Chất hữu cơ chứa trong nước thải sinh họat bao gồm các hợp chất như protein . loại vi sinh vật trong xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học hiếu khí, đồ án tốt nghiệp với đề tài: “ Bước đầu xây dựng cơ sở tài liệu lý thuyết cho phương pháp xử lý nước thải bằng vi sinh. sinh vật hiếu khí để xử lý nước thải là phương pháp phổ biến nhất trong các công trình xử lý hiện nay. Tuy phương pháp xử lý nước thải bằng vi sinh vật trong điều kiện hiếu khí là rất phổ biến. XỬ LÝ NƯỚC THẢI 3.1 Nguyên tắc chung của quá trình 28 3.2 Vi sinh vật trong quá trình xử lý nước thải 29 3.3 Quá trình sinh trưởng của tế bào vi sinh vật 30 3.3.1 Sinh thái, sinh lý vi sinh