Ứng dụng hồ sinh học trong xử lý nước thải

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH VIỆN MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN ----------o0o---------- XỬ LÝ NƯỚC THẢI ĐÔ THỊ - CÔNG NGHIỆP Chuyên đề: “Ứng dụng hồ sinh học trong xử lý nước thải” GDHD : GS. TS.Lâm Minh Triết Học viên: Nguyễn Ngọc Minh Thảo Trần Huyền Trang Tháng 11 năm 2013 Chuyên đề:“Ứng dụng hồ sinh học trong xử lý nước thải” GVHD: GS. TS. Lâm Minh Triết Nhóm 7 MỤC LỤC MỤC LỤC .......................................................................................................................... ii DANH SÁCH HÌNH ......................................................................................................... iii 1. Các loại hồ sinh học và quy trình sinh học diễn ra trong hồ sinh học ................... 2 1.1. Khái niệm hồ sinh học: .......................................................................................... 2 1.2. Vi sinh vật hiện diện trong hồ sinh học ................................................................. 7 1.3. Quy trình sinh học diễn ra trong hồ sinh học ....................................................... 10 2. Vai trò và vị trí của hồ sinh học trong công nghệ xử lý nước thải ...................... 12 2.1. Vai trò của hồ sinh học ........................................................................................ 12 2.2. Vị trí của hồ sinh học trong công nghệ xử lý nước thải ...................................... 14 TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................................... 18 Lớp Quản lý môi trường – Khoá 2012 ii Chuyên đề:“Ứng dụng hồ sinh học trong xử lý nước thải” GVHD: GS. TS. Lâm Minh Triết Nhóm 7 DANH SÁCH HÌNH Hình 1: Hồ sinh học ................................................................................................... 2 Hình 2: Hồ kị khí xử lý nước thải bột mì .................................................................. 4 Hình 3: Hồ hiếu khí tại Harewood Whin, England ................................................... 5 Hình 4: Hồ hiếu khí tại Summerston, Scotland ......................................................... 5 Hình 5:: Hoạt động của hồ kỵ khí ........................................................................... 10 Hình 6: Hoạt động của hồ sinh học tùy tiện ............................................................ 11 Hình 7: Hoạt động của hồ sinh học hiếu khí ........................................................... 12 Hình 8: Bố trí các hồ sinh học ................................................................................. 15 Hình 9: Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải cho khu nghỉ mát .................................... 2 Hình 10: Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải của Khu công nghiệp A......................... 2 Lớp Quản lý môi trường – Khoá 2012 iii Chuyên đề:“Ứng dụng hồ sinh học trong xử lý nước thải” GVHD: GS. TS. Lâm Minh Triết Nhóm 7 1. Các loại hồ sinh học và quy trình sinh học diễn ra trong hồ sinh học 1.1. Khái niệm hồ sinh học: Hồ sinh vật là các ao hồ có nguồn gốc tự nhiên hoặc nhân tạo, còn gọi là hồ oxy hóa, hồ ổn định nước thải,…. Hồ sinh học dùng để xử lý những nguồn thải thứ cấp với cơ chế phân hủy các chất hữu cơ xảy ra một cách tự nhiên. Trong hồ sinh vật diễn ra quá trình oxy hóa sinh hóa các chất hữu cơ nhờ các loài vi khuẩn, tảo và các loại thủy sinh vật khác. Hình 1: Hồ sinh học Có nhiều cách thức để phân loại hồ. Phương pháp đơn giản để phân loại dựa trên từng loại chuyển hóa có thể xảy ra và cơ chế tiếp nhận cơ chất khác nhau. Hồ sinh học có thể phân thành 2 loại hồ chính: 1.1.1. Hồ làm thoáng Bao gồm các hồ tự nhiên và hồ nhân tạo. 1.1.1.1. Hồ tự nhiên Hồ được hình thành do quá trình kiến tạo bề mặt trái đất theo thời gian, do sự vận động của lóp chất lỏng trong lớp vỏ trái đất, quá trình hoạt động của núi lửa, hoạt động phun trào nham thạch, sụt lún…. Hình thành nên đại dương, song ngòi và các hồ tự nhiên phân bố khắp trên thế giới. Hồ tự nhiên trước đây khi chưa chịu tác động đáng kể của con người thường là những hồ sinh thái có độ đa dạng sinh học cao. Đây là môi trường sống của nhiều loài động thực vật. Đến nay dưới tác động của bàn tay con người, một số hồ đã bị Lớp Quản lý môi trường – Khoá 2012 2 Chuyên đề:“Ứng dụng hồ sinh học trong xử lý nước thải” GVHD: GS. TS. Lâm Minh Triết Nhóm 7 xoá sổ, một số được khai thác cạn kiệt các tài nguyên trong hồ hay phải gánh chịu những vấn đề ô nhiễm môi trường do con người tạo ra. 1.1.1.2. Hồ nhân tạo Được hình thành do những tác động của con người nhằm các mục đích khác nhau như đắp chắn dòng chảy, ngăn lũ, trữ nước cho nhà máy phát điện, điều tiết dòng chảy cung cấp cho tưới tiêu chống hạn hán, tạo những hồ sinh thái ở khu vực thượng nguồn. Hồ còn do quá trình đào đắp đất hoặc khai thác đất đá, khoáng sản tạo thành. Các hố sâu rộng, theo thời gian được lấp đầy nước, do mưa tạo thành hồ. làm môi trường sống cho các loại động thực vật thuỷ sinh. 1.1.2. Hồ ổn định nước thải: Có 3 dạng hồ kỵ khí, tùy tiện và hiếu khí. 1.1.2.1. Hồ kỵ khí Hồ kỵ khí được dùng để lắng và phân huỷ cặn lắng bằng phương pháp sinh học tự nhiên dựa trên sự phân giải của vi sinh vật (VSV) kỵ khí. Không có sự hiện diện của tảo, diện tích bề mặt không quan trọng. Hồ kỵ khí thường được thiết kế (theo kinh nghiệm) có diện tích bằng 10-20% diện tích hồ tùy tiện. Thời gian lưu nước trong mùa hè là 1,5 ngày; trong mùa đông không quá 5 ngày. Đặc điểm cấu tạo của hồ: + Hồ nên có 2 ngăn làm việc để dự phòng khi xả bùn trong hồ; + Cửa xả nước vào hồ phải đặt chìm, phải đảm bảo việc phân bố cặn lắng đồng đều trong hồ, nếu diện tích hồ nhỏ hơn 0,5ha chỉ cần một miệng xả, nếu lớn hơn thì phải tăng thêm; + Cửa tháo nước ra khỏi hồ thiết kế theo kiểu thu nước bề mặt và có tấm ngăn để bùn không thoát ra ngoài cùng với nước. Lớp Quản lý môi trường – Khoá 2012 3 Chuyên đề:“Ứng dụng hồ sinh học trong xử lý nước thải” GVHD: GS. TS. Lâm Minh Triết Nhóm 7 Hình 2: Hồ kị khí xử lý nước thải bột mì 1.1.2.2. Hồ tuỳ tiện Hồ tùy tiện (hồ kỵ - hiếu khí): trong hồ xảy ra 2 quá trình song song là: Phân hủy hiếu khí các chất hữu cơ và phân hủy kỵ khí mêtan cặn lắng ở vùng đáy. Gồm có 3 lớp: hiếu khí, trung gian và kỵ khí. Nguồn oxy cấp chủ yếu là do quá tŕ nh quang hợp rong tảo. Quá trình kỵ khí ở đáy phụ thuộc vào nhiệt độ. Có 2 loại:  Hồ tùy tiện sơ cấp: Tiếp nhận nguồn thải nguyên thủy chưa qua xử lý, có chức năng kết hợp của 2 loại hồ kỵ khí và tùy tiện thứ cấp. Loại hồ này được thiết kế chung cho việc xử lý nước thải loãng và cho những vị trí nhạy cảm đối với mùi, thường phát sinh từ hồ kỵ khí;  Hồ tùy tiện thứ cấp: Tiếp nhận nguồn thải đã qua xử lý (thường là dòng thải từ hồ kỵ khí). Hồ tùy tiện thường sâu từ 1,5 – 2,5m, trong đó mực nước duy trì trong thường là tử 1-2m, thời gian lưu thường dùng là 5- 30 ngày. Đặc điểm về cấu tạo hồ tùy tiện: + Tỷ lệ chiều dài, chiều rộng hồ thường lấy bằng 1:1 hay 2:1. Ở những vùng nhiều gió nên làm hồ có diện tích rộng, còn vùng ít gió nên làm hồ có nhiều ngăn; + Nếu đất đá hồ dễ thấm nước thì phải phủ lớp đất sét dày 15cm. Bờ hồ có mái dốc 1:1 – 1.5 :1 ở phía trong và 2:1 -2.5:1 ở phía ngoài Lớp Quản lý môi trường – Khoá 2012 4 Chuyên đề:“Ứng dụng hồ sinh học trong xử lý nước thải” GVHD: GS. TS. Lâm Minh Triết Nhóm 7 1.1.2.3. Hồ hiếu khí Hồ hiếu khí đơn giản nhất là các hồ bằng đất để xử lý nước thải bằng các quá trình tự nhiên dưới sự tác dụng VSV và tảo. Hình 3: Hồ hiếu khí tại Harewood Whin, England Hình 4: Hồ hiếu khí tại Summerston, Scotland Đặc điểm cấu tạo hồ hiếu khí: + Đối với hồ hiếu khí làm thoáng tự nhiên, chiều sâu hồ phải nhỏ hơn 30 40cm, tải trọng tiêu chuẩn theo BOD khoảng 250 -300 kg/ha.ngày; thời gian lưu nước trong hồ khoảng 3-12 ngày; Lớp Quản lý môi trường – Khoá 2012 5 Chuyên đề:“Ứng dụng hồ sinh học trong xử lý nước thải” GVHD: GS. TS. Lâm Minh Triết Nhóm 7 + Hồ hiếu khí làm thoáng nhân tạo có chiều sâu từ 2 -4.5m, sức chứa tiêu chuẩn khoảng 400kg BOD/(ha.ngày); thời gian lưu nước trong hồ khoảng 1-3 ngày.  Ưu và nhược điểm của hồ sinh học Hồ làm thoáng nhân tạo Ưu điểm Hồ thực vật -Diện tích xây dựng bé - Chi phí vận hành hồ - Chi phí xử lý hơn hồ ổn định; thấp; không cao; - Chế độ thủy động học trong hồ được tăng cường nhờ quá trình khuấy trộn; Nhược điểm Hồ sinh vật ổn định nước thải - Vận hành đơn giản - Quá trình công so với các công trình nghệ kỹ thuật xử lý khác; không phức tạp; - Hồ có hiệu quả xử - Điều kiện tiếp xúc lý, khử trùng và tính giữa chất hữu cơ-oxy- đệm lớn; vi khuẩn tăng lên; - Có thể kết hợp nuôi - Hiệu quả xử lý ổn định đối với nước thải có mức độ ô nhiễm thấp; - Hiệu quả xử lý nước cá, trồng tảo mang lại thải có thể đạt trên hiệu quả kinh tế cao. 90% khi thời gian lưu nước 2-6 ngày. - Sinh khối sau quá trình xử lý được ứng dụng vào nhiều mục đích. Tiêu hao năng lượng - Diện tích và chi phí lớn cho các thiết bị làm xây dựng lớn; thoáng. - Khó kiểm soát được quá trình xử lý; - Diện tích dùng cho việc xử lý chất thải lớn; - Rễ thực vật là giá - Phát sinh mùi đối với bám cho VSV, trong đó VSV gây khu vực xung quanh. bệnh cũng có khả năng phát triển, chúng sẽ là tác nhân sinh học gây ô nhiễm môi trường rất mạnh; - So với VSV, các quá trình trao đổi chất, sinh trưởng, Lớp Quản lý môi trường – Khoá 2012 6 Chuyên đề:“Ứng dụng hồ sinh học trong xử lý nước thải” GVHD: GS. TS. Lâm Minh Triết Hồ làm thoáng nhân tạo Hồ sinh vật ổn định nước thải Nhóm 7 Hồ thực vật sinh sản của thực vật chậm hơn nhiều. 1.2. Vi sinh vật hiện diện trong hồ sinh học Vi sinh vật hiện diện trong hồ sinh họclà đa dạng nhất trong số các hệ thống xử lý bằng phương pháp sinh học, bao gồm các loài vi khuẩn hiếu khí, vi khuẩn kỵ khí, các sinh vật có khả năng quang hợp, động vật nguyên sinh và không xương sống. 1.2.1. Vi khuẩn hiếu khí Các loài vi khuẩn hiện diện trong hồ xử lý sinh học cũng giống như trong các hệ thống xử lý khác, như trong bùn hoạt tính, gồm các nhóm: nhóm đơn vi khuẩn tự do, nhóm vi khuẩn dạng khối cầu, nhóm vi khuẩn dạng sợi. Các nhóm này đều có chức năng phân hủy các chất hữu cơ, giải phóng CO2 và tạo sinh khối mới.  Các đơn vi khuẩn tự do mặc dù phân hủy các hợp chất hữu cơ nhưng chúng lại không thể lắng xuống đáy, và vì vậy chúng thường bị cuốn ra ngoài theo dòng thải dưới dạng các chất rắn hòa tan. Các vi khuẩn này thường tồn tại trong các môi trường có nồng độ hữu cơ dòng vào cao và nồng độ oxy trong nước thấp.  Nhóm vi khuẩn dạng khối cầu tăng trưởng gắn kết thành một khối lớn do tạo ra các polime ngoại bào. Kiểu tăng trưởng này rất quan trọng giúp đẩy nhanh tốc độ phân hủy BOD và lắng đọng ở cuối quá trình, và vì vậy giúp hạn chế lượng chất rắn lơ lửng thải ra ngoài.  Số lượng vi khuẩn dạng sợi xuất hiện trong điều kiện môi trường tăng trưởng đặc biệt. Các vi khuẩn này thường không có ảnh hưởng tiêu cực như trường hợp trong bùn hoạt tính. Hầu hết các vi khuẩn dị dưỡng có khả năng thích ứng với khoảng pH môi trường rộng, hiệu suất loại bỏ BOD trong môi trường hiếu khí tốt nhất là ở pH = 6,5 – 9, nhiệt độ thích hợp là từ 3 - 4oC đến 60 - 70oC. Có một nhóm vi khuẩn đặc biệt xuất hiện trong hồ xử lý sinh học, có khả năng oxy hóa ammonia thông qua con đường nitrit đến nitrat, gọi là vi khuẩn nitrat hóa. Có 2 loại vi khuẩn tham gia Lớp Quản lý môi trường – Khoá 2012 7 Chuyên đề:“Ứng dụng hồ sinh học trong xử lý nước thải” GVHD: GS. TS. Lâm Minh Triết Nhóm 7 vào quá trình nitrat hóa: Nitrosomonas europaea, oxy hóa ammonia thành nitrite, và Nitrobacter winogradskyi, oxy hóa nitrite thành nitrate. 1.2.2. Vi khuẩn kỵ khí Các vi khuẩn kỵ khí xuất hiện trong hồ sinh học thường là các loại có khả năng tạo methane (vi khuẩn tạo acid và vi khuẩn methane) và khử sulfate. Nhiều loại vi khuẩn kỵ khí thường thủy phân các protein, chất béo, poly saccharides có trong nước thải sang dạng amino acid, các chuỗi peptit ngắn hơn, acid béo, glycerol, and monoand di-saccharides.  Nhóm vi khuẩn tạo acid sẽ chuyển hóa các sản phẩm ở trên trong điều kiện kỵ khí thành các dạng alcohol đơn và các acid hữu cơ như acetic, propionic, and butyric. Loại vi khuẩn này thích nghi tốt với các điều kiện môi trường pH và nhiệt độ khác nhau.  Nhóm vi khuẩn tạo methane có chức năng chuyển các sản phẩm như formic acid, methanol, methylamine, and acetic acid trong điều kiện kỵ khí thành methane. Vi khuẩn methane thường dễ bị ảnh hưởng bởi điều kiện môi trường, và thích nghi với khoảng pH hẹp: 6,5 – 7,5; yêu cầu nhiệt độ > 14oC.  Nhóm vi khuẩn khử sulfate (gồm có 14 loài, Bolt et al., 1994) có thể sử dụng sulfate như là tác nhân cung cấp năng lượng, giúp chuyển hóa sulfate thành hydrogen sulfide. Nhóm vi khuẩn này chỉ xuất hiện khi nước thải chứa BOD và sulfate nhưng không có oxy. Quá trình chuyển hóa này là nguyên nhân chính gây ra mùi khó chịu ở các hồ xử lý. 1.2.3. Các vi sinh vật quang hợp Loài vi khuẩn này xuất hiện ở tất cả các loại hồ nhưng chiếm ưu thế nhất là hồ kỵ khí. Các vi khuẩn lưu huỳnh kỵ khí thường được phân loại thành 2 nhóm: vi khuẩn lưu huỳnh màu đỏ và màu xanh, với tổng số 28 loài (Ehrlich, 1990), có nhiệm vụ oxy hóa làm giảm hợp chất H2S thông qua sử dụng năng lượng ánh sáng mặt trời, tạo sản phẩm là S và Sulfate. Tảo là loài hiếu khí, có khả năng quang hợp và tăng trưởng nhờ vào các hợp chất hữu cơ đơn giản như CO2, NH3, NO3-, PO43- , sử dụng ánh sáng mặt trời nhưnguồn năng lượng. Có 3 nhóm chính (dựa vào chất diệp lục): tảo nâu (tảo cát), tảo xanh (Chlorella, Chlamydomonas, and Euglena) và tảo đỏ. Các loại tảo này tăng trưởng phụ thuộc vào điều kiện môi trường, nhất là nhiệt độ, tải lượng chất hữu cơ, tình trạng oxy trong hồ, hiện trạng chất dinh dưỡng, … Lớp Quản lý môi trường – Khoá 2012 8 Chuyên đề:“Ứng dụng hồ sinh học trong xử lý nước thải” GVHD: GS. TS. Lâm Minh Triết Nhóm 7 Một loại tảo nữa có thể xuất hiện trong hồ là tảo xanh lục, thường thích nghi với điều kiện môi trường khá khắc nghiệt: nhiệt độ cao, ít ánh sáng, chất dinh dưỡng trong hồ kém. Có thể kể đến là các loại: Aphanothece, Microcystis, Oscillatoria và Anabaena. 1.2.4. Động vật nguyên sinh và động vật không xương sống Có nhiều loài sinh vật bậc cao hơn có thể xuất hiện trong các hồ sinh học (động vật) như động vật nguyên sinh và động vật không xương sống, như: Rotifers, daphnia, giun đốt, chironomids (ấu trùng muỗi vằn), và ấu trùng muỗi (thường gọi là zooplankton – thực vật nổi). 1.2.5. Hồ thực vật Các loại thực vật nước: - Nhóm thực vật thủy sinh ngập nước (submerged plant):chúng tiến hành quang hợp hay các quá trình trao đổi chất hoàn toàn trong lòng nước. - Nhóm thực vật trôi nổi: nhóm thực vật này bao gồm 3 loài sau: Bèo lục bình (water hyacinth), bèo tấm (duck week), rau diếp nước (water lettuce. Khi thực vật loại này chuyển động sẽ kéo theo rễ của chúng quét trong nước, các chất dinh dưỡng sẽ thường xuyên tiếp xúc với rễ và được hấp thụ qua rễ. Mặt khác, rễ của loài thực vật này là những giá thể rất tốt để vi sinh vật bám vào đó, phân hủy hay tiến hành quá trình vô cơ hóa các chất hữu cơ trong nước thải. - Thực vật ngập nước (emergent plant): Đây là loài thực vật có rễ bám vào đất và một phần thân ngập trong nước. Một phần thân và toàn bộ lá của chúng lại nhô hẳn trên bề mặt nước. Phần rễ bám vào đất ngập trong nước, nhận các chất dinh dưỡng có trong đất, chuyển chúng lên lá trên mặt nước để tiến hành quá trình quang hợp. Các loại thân cỏ thuộc nhóm này bao gồm: cỏ đuôi mèo (cattails), sậy (reed), cỏ lõi bấc (bulrush). - Phiêu sinh thực vật (Phytoplankton):Tảo Chlorella, Euglena, Scenedesmust. Ngoài ra, sự hiện diện và phát triển của các loài vi sinh vật trong hồ thực vật dưới các điều kiện môi trường khác nhau sẽ rất khác nhau. - Khi tải trọng hữu cơ cao phát triển các loài: phytoplagenllata, euglena cạnh tranh với sự phát triển của vi khuẩn như: Pseudomonas, Flavobacterium, Alcaligenes. Vi khuẩn Ecoli chết nhanh do sản phẩm kháng sinh của tảo và các loài vi khuẩn khác. Đồng thời, xuất hiện các loài cillata giả túc như: colpidium, paramecium, glaucoma, protozoa, rotifer, sử dụng vi khuẩn làm nguồn thức ăn.  Khi tải trọng hữu cơ thấp, phát triển các loài như daphnia, rotozoa. Lớp Quản lý môi trường – Khoá 2012 9 Chuyên đề:“Ứng dụng hồ sinh học trong xử lý nước thải” GVHD: GS. TS. Lâm Minh Triết Nhóm 7 1.3. Quy trình sinh học diễn ra trong hồ sinh học Nguyên tắc hoạt động chung của hồ sinh học là vi sinh vật sử dụng oxy sinh ra từ rêu tảo trong quá trình quang hợp cũng như oxy hóa từ không khí để oxy hóa các chất hữu cơ, rong tảo lại tiêu thụ CO2, photphat và nitrat amon sinh ra từ sự phân hủy, oxy hóa các chất hữu cơ bởi vi sinh vật. Để hồ hoạt động bình thường cần phải giữ giá trị pH và nhiệt độ tối ưu. Nhiệt độ không được thấp hơn 60C. 1.3.1. Hồ kỵ khí Hồ kỵ khí không có mặt của tảo, mặc dù đôi khi chúng vẫn có thể hiện diện, chủ yếu của loại Chlamydomonas trên bề mặt. Hồ kỵ khí làm giảm lượng N, P, K và các vi sinh vật gây bệnh bằng cách tạo ra bùn và giải phóng NH3 vào không khí. Quá trình lên men và hoạt động của tiến trình oxy hóa kỵ khí trong hồ làm giảm khoảng 70% lượng BOD5 trong dòng chảy. Hồ hoạt động hiệu quả trong điều kiện khí hậu ấm (có thể loại bỏ 60 – 80% BOD5). Hình 5:: Hoạt động của hồ kỵ khí 1.3.2. Hồ tuỳ tiện Trong hồ tùy tiện xảy ra các quá trình:  Oxi hóa các chất hữu cơ bởi các VSV hiếu khí ở lớp nước phía trên của hồ, vùng bề mặt nơi tảo và VSV tồn tại trong mối quan hệ cộng sinh.  Quang hợp của tảo ở lớp nước phía dưới.  Phân hủy chất hữu cơ của các vi khuẩn yếm khí ở đáy hồ. Trong điều kiện tự nhiên: gió và nhiệt độ là yếu tố quan trọng ảnh hưởng tới mức độ khuấy trộn của hồ Vì quá trình quang hợp chỉ xảy ra ở độ sâu từ 150 – 300 mm dưới bề mặt thoáng của nước, nếu không khuấy trộn thì phần lớn nước trong hồ nằm trong vùng tối. Lợi ích của việc khuấy trộn là để rút ngắn thời gian lưu và phân bố đều các chất dinh dưỡng cho tảo, oxy và VSV. Nước hồ sinh vật tùy tiện có màu xanh do tảo sinh trưởng. Lớp Quản lý môi trường – Khoá 2012 10 Chuyên đề:“Ứng dụng hồ sinh học trong xử lý nước thải” GVHD: GS. TS. Lâm Minh Triết Nhóm 7 Hình 6: Hoạt động của hồ sinh học tùy tiện Tảo sử dụng ánh sáng mặt trời, lấy khí CO2 trong nước để tổng hợp và thải ra ngoài môi trường khí oxy trong ao nuôi, dẫn đến màu nước tốt, giàu oxy,… sự hiện diện của các loại tảo có lợi trong nước còn hạn chế tối đa sự hình thành các loại tảo, rong rêu độc hại. Tảo lúc này giữ vai trò như nhà máy lọc sinh học tự nhiên khổng lồ, trực tiếp hấp thu tất cả những sản phẩm thừa, sản phẩm sau cùng cùa phân hủy hữu cơ, khí độc hại,… chuyển hóa chúng sang dạng ít độc hại hoặc phân giải, phân hủy chúng thành những vật chất khác đơn giản và vô hại. 1.3.3. Hồ hiếu khí Trong bể quang hợp hiếu khí, oxy được cung cấp bằng quá trình khuyết tán khí bề mặt tự nhiên và quá trình quang hợp của tảo. Ngoại trừ tảo, quần thể VSV tồn tại trong hồ tương tự quần thể VSV trong hệ thống bùn hoạt tính hiếu khí. VSV sử dụng oxy sinh ra từ quá trình quan hợp của tảo để phân hủy hiếu khí các chất hữu cơ. Các chất dinh dưỡng và CO2 thải ra từ quá trình phân hủy này lại là nguồn thức ăn cho tảo. Lớp Quản lý môi trường – Khoá 2012 11 Chuyên đề:“Ứng dụng hồ sinh học trong xử lý nước thải” GVHD: GS. TS. Lâm Minh Triết Nhóm 7 Hình 7: Hoạt động của hồ sinh học hiếu khí 2. Vai trò và vị trí của hồ sinh học trong công nghệ xử lý nước thải 2.1. Vai trò của hồ sinh học Hồ sinh học dùng xử lý nước thải bằng sinh học chủ yếu dựa vào quá trình làm sạch của hồ tương tự như quá trình tự làm sạch ở các sông hồ tự nhiên. Vi sinh vật đóng vai trò chủ yếu trong quá trình xử lý chất thải hữu cơ. Hồ sinh học có thể dùng để xử lý nhiều loại nước thải khác nhau: từ nước thải sinh hoạt đến nước thải công nghiệp phức tạp, ở điều kiện thời tiết khác nhau. Ngoài việc xử lý nước thải hồ sinh học còn có nhiệm vụ:  Nuôi trồng thủy sản.  Nước tưới cho cây trồng.  Điều hòa dòng chảy. 2.1.1. Vai trò của hồ kỵ khí Hồ kỵ khí dùng để lắng và phân hủy cặn lắng. Phương pháp sinh hóa tự nhiên dựa trên cơ sở sống và hoạt động của vi sinh vật kỵ khí. Đây là phương pháp rất hiệu quả để làm giảm BOD5. Các vi sinh vật kỵ khí phá vỡ các hợp chất hữu cơ trong nước thải, giải phóng khí CH4 và CO2.. Hồ kỵ khí thường sâu từ 2 – 5m và có khả năng xử lý nước thải chứa chất hữu cơ cao, cụ thể là protein, dầu mỡ (thường > 100g BOD5/m3 với độ sâu > 3m hồ). Lượng chất hữu cơ có trong hồ có liên quan mật thiết đến lượng oxy nạp trong hồ, nhằm duy trì điều kiện kỵ khí trên bề mặt hồ. Thông thường, một hồ kỵ khí đơn trong mỗi lần xử lý liên tục sẽ đạt hiệu quả nếu nồng độ dòng thải nhỏ hơn 1.000mg/l BOD5. Đối với nước thải có nồng độ Lớp Quản lý môi trường – Khoá 2012 12 Chuyên đề:“Ứng dụng hồ sinh học trong xử lý nước thải” GVHD: GS. TS. Lâm Minh Triết Nhóm 7 cao hơn phải cần đến chuỗi 2 hồ kỵ khí mới có thể xử lý tốt nhưng thời gian lưu ở mỗi hồ không nên ít hơn 1 ngày (McGarry and Pescod,1970). Hồ kỵ khí thường được dùng để tiền xử lý nước thải công nghiệp và sinh hoạt, nhưng chủ yếu là xử lý nước thải công nghiệp có nồng độ hữu cơ cao dễ phân hủy sinh học. Ngoài ra, hồ kỵ khí còn dung để tiền xử lý nước thải chăn nuôi trước khi được đưa vào môi trường đất. Sau quá trình xử lý, hồ kỵ khí thường đem lại kết quả sau:  Chuyển đổi vật chất từ dạng vật liệu hòa tan, thành dạng vật chất lắng đọng như bùn đáy;  Hòa tan các dạng vật chất hữu cơ khác;  Phá vỡ quá trình phân hủy sinh học của các vật chất hữu cơ;  Chứa vật chất không hòa tan và không phân hủy như bùn đáy;  Chứa vật chất không hấp thụ và ở dạng vô định hình như bùn đáy;  Cho phép xử lý 1 phần dòng chảy đi qua. Sự xuất hiện mùi (phần lớn là hydrô sunfua) là một trong những nhược điểm chính của hồ sinh học kỵ khí. Vì vậy, trước đây các nhà tư vấn thiết kế thường ít thiện cảm khi chọn hồ sinh học kỵ khí để xử lý nước thải [Mara và cộng sự, 1992]. 2.1.2. Vai trò của hồ tùy tiện Hồ tùy tiện có 2 loại: hồ tùy tiện nguyên thủy, tiếp nhận nguồn thải nguyên chất chưa qua xử lý; và hồ tùy tiện thứ cấp, tiếp nhận nguồn thải đã qua xử lý (thường là dòng thải từ hồ kỵ khí). Hồ được thiết kế nhằm loại bỏ BOD5 trên cơ sở tải lượng tương đối của dòng vào (thường 100 – 400 kg BOD5/ha ở nhiệt độ từ 20 – 250C). Lượng oxy cung cấp của việc loại bỏ BOD5 bởi vi khuẩn trong hồ thường được sinh ra bởi quá trình quang tổng hợp của tảo. Hồ tùy tiện trước đây thường được dùng để xử lý nước thải sinh hoạt và công nghiệp. Hiện nay, hồ tùy tiện được dùng nhiều trong xử lý nước thải sinh hoạt chưa qua xử lý hoặc xử lý các dòng thải thứ cấp từ các hệ thống xử lý khác như các thiết bị lọc, hồ hiếu khí, hồ kỵ khí,… Nhiều hồ xử lý tùy tiện thường có khích thước nhỏ. Trên thực tế người ta thường dùng kết hợp hệ thống hồ tùy tiện - hiếu khí, đôi khi kết hợp với hồ kỵ khí thường dùng trong xử lý nước thải sinh hoạt và công nghiệp ở những nước phát triển do giá thành thấp và khả năng kiểm soát các vi sinh vật gây hại có hiệu quả. Lớp Quản lý môi trường – Khoá 2012 13 Chuyên đề:“Ứng dụng hồ sinh học trong xử lý nước thải” GVHD: GS. TS. Lâm Minh Triết Nhóm 7 Khi quá trình hoàn thành, hồ tùy tiện sẽ đáp ứng:  Tăng cường xử lý dòng thải vào từ xử lý kỵ khí thông qua việc phân chia, phân hủy và tiêu hóa các chất hữu cơ;  Xử lý hiếu khí phá vỡ hầu hết các dạng hữu cơ còn lại ở gần bề mặt hồ;  Làm giảm số lượng VSV có khả năng gây bệnh. 2.1.3. Vai trò của hồ hiếu khí Hồ hiếu khí đơn giản nhất là các hồ bằng đất để xử lý nước thải bằng các quá trình tự nhiên dưới tác dụng VSV và tảo. Có 2 loại: hồ làm thoáng tự nhiên và hồ làm thoáng nhân tạo.  Hồ làm thoáng tự nhiên: cấp oxy chủ yếu do khuyếch tán không khí qua mặt nước và quang hợp của các thực vật. Diện tích hồ lớn, chiều sâu của hồ nhỏ hơn 30 – 40 cm. Thời gian lưu nước từ 3 – 12 ngày.  Hồ làm thoáng nhân tạo: cấp oxy bằng khí nén và máy khuấy. Tuy nhiên, hồ hoạt động như hồ kỵ hiếu khí. Chiều sâu từ 2 – 4.5 m. Thời gian lưu nước từ 1 – 3 ngày. Hồ hiếu khí lúc đầu được dùng đề xử lý nước thải bột giấy và ngành công nghiệp sản xuất giấy, sau đó nó được sử dụng rộng rãi trong xử lý các loại nước thải công nghiệp khác. Kể từ năm 1960, hồ hiếu khí lại được sử dụng rộng rãi trong xử lý nước thải sinh hoạt. Nhiều hệ thống thật ra là hồ tùy tiện – hiếu khí bởi vì năng lượng thông khí thông thường không đủ đề hòa tan hoàn toàn các chất rắn sinh học, khiến cho chất lượng dòng ra kém. Hiện nay, hồ hiếu khí ngày càng đạt hiểu quả cao trong xử lý nước thải sinh hoạt trước khi xả thải ra môi trường nước mặt. 2.2. Vị trí của hồ sinh học trong công nghệ xử lý nước thải Hiện nay hồ sinh học thường được sử dụng để xử lý thứ cấp trong xử lý nước thải. Ba loại hồ sinh học chính thường được bố trí thành các chuỗi hồ nối tiếp hoặc song song theo cách có một hồ tùy tiện sơ cấp sẽ kế tiếp một hoặc một số hồ xử lý triệt để; một hồ kỵ khí theo sau là một hoặc một số hồ xử lý triệt để; hoặc một hồ kỵ khí tiếp theo là hồ tùy tiện thứ cấp và một hay nhiều hồ xử lý triệt để. Mỗi loại chuỗi hồ đều có tính một ưu việt khác nhau, phụ thuộc vào chức năng cũng như yêu cầu chất lượng nước thải đầu ra (Mara & Pearson, 1987). Lớp Quản lý môi trường – Khoá 2012 14 Chuyên đề:“Ứng dụng hồ sinh học trong xử lý nước thải” GVHD: GS. TS. Lâm Minh Triết Nhóm 7 Hình 8: Bố trí các hồ sinh học 2.2.1. Vị trí hồ sinh học trong hệ thống xử lý nước thải cho khu dân cư: Màng VSV dư 1’ 7 2’ Màng VSV tuần hoàn Nước thải Đầu vào rác cát 1 bùn 2 3 4 5 6 Ghi chú: 1. Song chắn rác; 6. Hồ sinh học; 2. Bể lắng cát; 7. Sân phơi bùn; 3. Bể lắng 2 vỏ; 8. Nguồn tiếp nhận 4. Mương oxy hoá; 5. Bể lắng đợt 2; 1’. Máy nghiền rác (hoặc thùng chứa rác); 2’. Sân phơi cát Lớp Quản lý môi trường – Khoá 2012 15 8 Chuyên đề:“Ứng dụng hồ sinh học trong xử lý nước thải” GVHD: GS. TS. Lâm Minh Triết Nhóm 7 2.2.2. Vị trí hồ sinh học trong hệ thống xử lý nước thải cho khu nghỉ mát: Nước thải Đầu vào 1 Nước thải sau xử lý 4 3 2 Hình 9: Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải cho khu nghỉ mát Ghi chú: 1. Công trình xử lý cơ học; 2. Công trình xử lý sinh học (Phương án I – Tháp sinh học + hồ sinh học thổi khí; Phương án II – Mương oxy hoá; Phương án III – bể lcụ tiếp xúc quay – RBC); 3. Bể lắng đợt 2; 4. Công trình xử lý bổ sung; 5. Nguồn tiếp nhận. 2.2.3. Vị trí hồ sinh học trong hệ thống xử lý nước thải cho khu công nghiệp: Nước thải Đầu vào 2 1 H2SO4 NaOH H2SO4 Ure FeCl3 6 7 8 5 3 Cát đã được tách nước 4 Nước tách từ bùn Bùn khô Nước thải sau xử lý Bùn tuần hoàn Bùn dư 13 14 16 12 10 9 10 9 11 15 Bùn dư NaOCl Bùn tuần hoàn Hình 10: Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải của Khu công nghiệp A Lớp Quản lý môi trường – Khoá 2012 2 Chuyên đề:“Ứng dụng hồ sinh học trong xử lý nước thải” GVHD: GS. TS. Lâm Minh Triết Nhóm 7 Ghi chú: 1. Ngăn tiếp nhận – hầm bơm 9. Bể Aroten 2. Lưới chắn rác 10. Bể lắng đợt II 3. Bể lắng cát thổi khí 11. Bể chứa váng nổi 4. Sân phơi cát 12. Bể nén bùn 5. Bể điều hoà 13. Bể chứa bùn 6. Bể trung hoá 14. Thiết bị ép bùn 7. Bể trôn chất dinh dưỡng 15. Bể tiếp xúc 8. Ngăn phân phối 16. Hồ xử lý bồ sung Lớp Quản lý môi trường – Khoá 2012 3 Chuyên đề:“Ứng dụng hồ sinh học trong xử lý nước thải” GVHD: GS. TS. Lâm Minh Triết Nhóm 7 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Trần Văn Nhân, Ngô Thị Nga, Công nghệ xử lý nước thải, NXB Khoa học & Kỹ Thuật 2002; 2. Lâm Minh Triết và cộng sự, Kỹ thuật môi trường, NXB ĐHQG – HCM 2007; 3. Lâm Minh Triết, Lê Hoàng Việt, Vi sinh vật nước và nước thải, NXB Xây Dựng, 2009; 4. Nguyễn Văn Phước, Giáo trình xử lý nước thải sinh hoạt và công nghiệp bằng phương pháp sinh học, NXB Xây Dựng, 2010; 5. Lâm Minh Triết, Nguyễn Phước Dân, Nguyễn Thanh Hùng, Xử lý nước thải đô thị và công nghiệp, tái bản lần thứ 4, NXB ĐHQG – HCM 2013; 6. Các tài liệu có liên quan. Lớp Quản lý môi trường – Khoá 2012 19 [...]... 2012 15 8 Chuyên đề: Ứng dụng hồ sinh học trong xử lý nước thải GVHD: GS TS Lâm Minh Triết Nhóm 7 2.2.2 Vị trí hồ sinh học trong hệ thống xử lý nước thải cho khu nghỉ mát: Nước thải Đầu vào 1 Nước thải sau xử lý 4 3 2 Hình 9: Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải cho khu nghỉ mát Ghi chú: 1 Công trình xử lý cơ học; 2 Công trình xử lý sinh học (Phương án I – Tháp sinh học + hồ sinh học thổi khí; Phương án... động của hồ sinh học hiếu khí 2 Vai trò và vị trí của hồ sinh học trong công nghệ xử lý nước thải 2.1 Vai trò của hồ sinh học Hồ sinh học dùng xử lý nước thải bằng sinh học chủ yếu dựa vào quá trình làm sạch của hồ tương tự như quá trình tự làm sạch ở các sông hồ tự nhiên Vi sinh vật đóng vai trò chủ yếu trong quá trình xử lý chất thải hữu cơ Hồ sinh học có thể dùng để xử lý nhiều loại nước thải khác... dòng ra kém Hiện nay, hồ hiếu khí ngày càng đạt hiểu quả cao trong xử lý nước thải sinh hoạt trước khi xả thải ra môi trường nước mặt 2.2 Vị trí của hồ sinh học trong công nghệ xử lý nước thải Hiện nay hồ sinh học thường được sử dụng để xử lý thứ cấp trong xử lý nước thải Ba loại hồ sinh học chính thường được bố trí thành các chuỗi hồ nối tiếp hoặc song song theo cách có một hồ tùy tiện sơ cấp sẽ kế... loại bỏ BOD5 bởi vi khuẩn trong hồ thường được sinh ra bởi quá trình quang tổng hợp của tảo Hồ tùy tiện trước đây thường được dùng để xử lý nước thải sinh hoạt và công nghiệp Hiện nay, hồ tùy tiện được dùng nhiều trong xử lý nước thải sinh hoạt chưa qua xử lý hoặc xử lý các dòng thải thứ cấp từ các hệ thống xử lý khác như các thiết bị lọc, hồ hiếu khí, hồ kỵ khí,… Nhiều hồ xử lý tùy tiện thường có khích... số hồ xử lý triệt để; một hồ kỵ khí theo sau là một hoặc một số hồ xử lý triệt để; hoặc một hồ kỵ khí tiếp theo là hồ tùy tiện thứ cấp và một hay nhiều hồ xử lý triệt để Mỗi loại chuỗi hồ đều có tính một ưu việt khác nhau, phụ thuộc vào chức năng cũng như yêu cầu chất lượng nước thải đầu ra (Mara & Pearson, 1987) Lớp Quản lý môi trường – Khoá 2012 14 Chuyên đề: Ứng dụng hồ sinh học trong xử lý nước thải ... Chuyên đề: Ứng dụng hồ sinh học trong xử lý nước thải GVHD: GS TS Lâm Minh Triết Nhóm 7 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1 Trần Văn Nhân, Ngô Thị Nga, Công nghệ xử lý nước thải, NXB Khoa học & Kỹ Thuật 2002; 2 Lâm Minh Triết và cộng sự, Kỹ thuật môi trường, NXB ĐHQG – HCM 2007; 3 Lâm Minh Triết, Lê Hoàng Việt, Vi sinh vật nước và nước thải, NXB Xây Dựng, 2009; 4 Nguyễn Văn Phước, Giáo trình xử lý nước thải sinh hoạt... Công trình xử lý bổ sung; 5 Nguồn tiếp nhận 2.2.3 Vị trí hồ sinh học trong hệ thống xử lý nước thải cho khu công nghiệp: Nước thải Đầu vào 2 1 H2SO4 NaOH H2SO4 Ure FeCl3 6 7 8 5 3 Cát đã được tách nước 4 Nước tách từ bùn Bùn khô Nước thải sau xử lý Bùn tuần hoàn Bùn dư 13 14 16 12 10 9 10 9 11 15 Bùn dư NaOCl Bùn tuần hoàn Hình 10: Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải của Khu công nghiệp A Lớp Quản lý môi trường... hệ thống hồ tùy tiện - hiếu khí, đôi khi kết hợp với hồ kỵ khí thường dùng trong xử lý nước thải sinh hoạt và công nghiệp ở những nước phát triển do giá thành thấp và khả năng kiểm soát các vi sinh vật gây hại có hiệu quả Lớp Quản lý môi trường – Khoá 2012 13 Chuyên đề: Ứng dụng hồ sinh học trong xử lý nước thải GVHD: GS TS Lâm Minh Triết Nhóm 7 Khi quá trình hoàn thành, hồ tùy tiện sẽ đáp ứng:  Tăng... lúc đầu được dùng đề xử lý nước thải bột giấy và ngành công nghiệp sản xuất giấy, sau đó nó được sử dụng rộng rãi trong xử lý các loại nước thải công nghiệp khác Kể từ năm 1960, hồ hiếu khí lại được sử dụng rộng rãi trong xử lý nước thải sinh hoạt Nhiều hệ thống thật ra là hồ tùy tiện – hiếu khí bởi vì năng lượng thông khí thông thường không đủ đề hòa tan hoàn toàn các chất rắn sinh học, khiến cho chất... đơn trong mỗi lần xử lý liên tục sẽ đạt hiệu quả nếu nồng độ dòng thải nhỏ hơn 1.000mg/l BOD5 Đối với nước thải có nồng độ Lớp Quản lý môi trường – Khoá 2012 12 Chuyên đề: Ứng dụng hồ sinh học trong xử lý nước thải GVHD: GS TS Lâm Minh Triết Nhóm 7 cao hơn phải cần đến chuỗi 2 hồ kỵ khí mới có thể xử lý tốt nhưng thời gian lưu ở mỗi hồ không nên ít hơn 1 ngày (McGarry and Pescod,1970) Hồ kỵ khí thường ... dụng hồ sinh học xử lý nước thải” GVHD: GS TS Lâm Minh Triết Nhóm Hình 7: Hoạt động hồ sinh học hiếu khí Vai trò vị trí hồ sinh học công nghệ xử lý nước thải 2.1 Vai trò hồ sinh học Hồ sinh học. .. Chuyên đề:“Ứng dụng hồ sinh học xử lý nước thải” GVHD: GS TS Lâm Minh Triết Nhóm Các loại hồ sinh học quy trình sinh học diễn hồ sinh học 1.1 Khái niệm hồ sinh học: Hồ sinh vật ao hồ có nguồn... xả thải môi trường nước mặt 2.2 Vị trí hồ sinh học công nghệ xử lý nước thải Hiện hồ sinh học thường sử dụng để xử lý thứ cấp xử lý nước thải Ba loại hồ sinh học thường bố trí thành chuỗi hồ