BỂ SINH BÙN HOẠT TÍNH HIẾU KHÍ AEROTANK

Nguyên tắc của công nghệ này là sử dụng các vi sinh vật hiếu khí phân hủy các chất hữu trong nước thải có đầy đủ oxy hòa tan ở nhiệt độ, pH… thích hợp

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐÀ LẠT KHOA MÔI TRƯỜNG   BÀI TIỂU LUẬN KỸ THUẬT XỬ LÝ NƯỚC THẢI ĐỀ TÀI: BỂ SINH BÙN HOẠT TÍNH HIẾU KHÍ AEROTANK Thực hiện : ĐỖ THỊ HÀ LỚP : MTK32 MSSV : 0810626 Đà Lạt, tháng 11 năm 2011 i MỤC LỤC DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Aerotank Bể bùn hoạt tính hiếu khí BOD Biochemical Oxygen Demand Nhu cầu oxy sinh hóa COD Biochemical Oxygen Demand Nhu cầu oxy hóa học F/M Food/ Microorganism Tỷ lệ thức ăn/ vi sinh vật MLSS Mixed Liquor Recycled Cặn lơ lửng của hỗn hợp bùn MLTSS Mixed Liquor Volatile Suspended Solids Tổng cặn lơ lửng của hỗn hợp bùn MLVSS Mixed Liquor Volatile Suspended Solids Các chất rắn lơ lửng dễ bay hơi của hỗn hợp bùn ii DANH MỤC HÌNH Hinh 1.1 Đồ thị về sự tăng trưởng của vi khuẩn trong bể xử lý Hình 1.2 : Đồ thị về sự tăng trưởng tương đối của các vi sinh vật trong bể xử lý nước thải Hình 1. 3: Quá trình khử nito Hình 1.4 : Quá trình khử phospho Hình 2.1: Bể Aerotank tải trong thấp ( bể Aerotank truyền thống) Hình 2.2 Bể aerotank tải trọng cao một bậc Hình 2.3 Bể aerotank tải trọng cao nhiều bậc ngang Hình 2.4 Bể aerotank tải trọng cao nhiều bậc dọc Hình 2.5 Bể Aerotank tải trọng cao xen kẽ bể lắng bùn Hình 2.6 Bể Aerotank thông khí kéo dài Hình 2.7 Bể aerotank thông khí cao có khuấy đảo hoàn chỉnh. Nguồn: [3]http://www.fineprint.com : Th.S Lâm Vĩnh Sơn, Bài giảng kỹ thuật xử lý nước thải DANH MỤC BẢNG Bảng 1: Giá trị điển hình của các thông số thiết kế bể Aerotank Bảng 2: Hệ số sinh bùn tính theo COD Bảng 3: Các thông số thiết kế cho bể lắng 2 chọn theo bảng: iii iv CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ SINH HỌC HIẾU KHÍ I. Nguyên tắc Nguyên tắc của công nghệ này là sử dụng các vi sinh vật hiếu khí phân hủy các chất hữu trong nước thải có đầy đủ oxy hòa tan ở nhiệt độ, pH… thích hợp. Quá trình phân hủy chất hữu cơ của vi sinh vật hiếu khí có thể mô tả bằng sơ đồ: (CHO) n NS + O 2  CO 2 + H 2 O + NH 4 + H 2 S + Tế bào vi sinh vật + … aH Trong điều kiện hiếu khí NH 4 + và H 2 S bị phân hủy nhờ quá trình nitrat hóa, sunfat hóa bởi vi sinh vật tự dưỡng: NH 4 + + 2O 2  NO 3 - + 2H + H 2 O + aH; H 2 S + 2O 2  SO 4 + + 2H + + aH Hoạt động của vi sinh vật hiếu khí bao gồm quá trình dinh dưỡng: vi sinh vật sử dụng các chất hữu cơ, các chất dinh dưỡng và nguyên tố vi lượng kim lọai để xây dựng tế bào mới tăng sinh khối và sinh sản. Quá trình phân hủy: vi sinh vật oxy hóa các chất hữu cơ hòa tan hoặc ở dạng các hạt keo phân tán nhỏ thành nước và CO 2 hoặc tạo ra các chất khí khác. II. Ưu và nhược điểm của công nghệ xử lý nước thải sinh học hiếu khí: Ưu điểm: So với công nghệ kỵ khí thì công nghệ hiếu khí có các ưu điểm là hiểu biết về quá trình xử lý đầy đủ hơn, hiệu quả xử lý cao hơn và triệt để hơn. Công nghệ hiếu khí không gây ô nhiễm thứ cấp như phương pháp hóa học, hóa lý. Nhược điểm: Nhưng công nghệ hiếu khí cũng có nhược điểm là thể tích công trình lớn và chiếm nhiều mặt bằng hơn. Chi phí xây dựng công trình và đầu tư thiết bị lớn hơn. Chi phí vận hành, đặc biệt chi phí cho năng lượng sục khí tương đối cao. Không có khả năng thu hồi năng lượng. Không chịu được những thay đổi đột ngột về tải trọng hữu cơ. Sau khi xử lý sinh ra một lượng bùn dư và lượng bùn này kém ổn định, do đó đòi hỏi về chi phí đầu tư để xử lý bùn. Xử lý nước thải có tải trọng không cao như phương pháp kỵ khí. III. Mô tả quá trình sinh học hiếu khí: Quá trình phân hủy chất bẩn hữu cơ bằng công nghệ sinh học hiếu khí là quá trình lên men bằng vi sinh vật trong điều kiện có oxy để cho sản phẩm là CO 2 , H 2 O, NO 3 - và SO 4 2- . Trong quá trình xử lý hiếu khí các chất bẩn phức tạp như protein, tinh bột, chất 1 béo… sẽ bị phân hủy bởi các men ngoại bào cho các chất đơn giản là các axit amin, các axit béo, các axit hữu cơ, các đương đơn… Các chất đơn giản này sẽ thấm qua màng tế bào và bị phân hủy tiếp tục hoặc chuyển hóa thành các vật liệu xây dựng tế bào mới bởi quá trình hô hấp nội bào cho sản phẩm cuối cùng là CO 2 và H 2 O. Cơ chế quá trình hiếu khí gồm 3 giai đoạn : 1.Giai đoạn 1: Oxy hóa toàn bộ chất hữu cơ có trong nước thải để đáp ứng nhu cầu năng lượng của tế bào: C x H y O z N + (x+ y/4 + z/3 + ¾) O 2 men ---- > xCO 2 + [ (y-3)/2] H 2 O + NH 3 Trong các bể xử lý sinh học các xi khuẩn đóng vai trò quan trọng hàng đầu vì nó chịu trách nhiệm phân hủy các thành phần hữu cơ trong nước thải. Trong các bể bùn hoạt tính một phần chất hữu cơ sẽ được các vi khuẩn hiếu khí và hiếu khí không bắt buộc sử dụng để lấy năng lượng để tổng hợp các chất hữu cơ còn lại thành tế bào vi khuẩn mới. Vi khuẩn trong bể bùn hoạt tính thuộc các giống Pseudomonas, Zoogloea, Achromobacter, Flavobacterium, Nocardia, Bdellovibrio, Mycobacterium và hai loại vi khuẩn nitrat hóa là Nitrosomonas và Nitrobacter. Ngoài ra còn các loại hình sợi như Sphaerotilus, Beggiatoa, Thiothirix, Lecicothrix và Geotrichum. Ngoài các vi khuẩn các vi sinh khác cũng đóng vai trò quan trọng trong các bể bùn hoạt tính. Ví dụ như các nguyên sinh động vật và Rotifer ăn các vi khuẩn làm cho nước thải đầu ra sạch hơn về mặt vi sinh. Khi các bể xử lý được xây dựng xong và đưa vào vận hành thì các vi khuẩn có sẵn trong nước thải bắt đầu phát triển theo chu kỳ phát triển của các vi khuẩn trong một mẻ cấy vi sinh. Trong thời gian đầu, để sớm đưa hệ thống xử lý vào hoạt động gần đó cho thêm vào bể mới như một hình thức cấy thêm vi khuẩn cho bể xử lý. Chu kỳ phát triển cảu các vi khuẩn trong bể xử lý bao gồm 4 giai đoạn:  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 khuẩn thich nghi với môi trường mới và bắt đầu quá trình phân bào.  Giai đoạn tăng trưởng (log-growth phase): giai đoạn này các tế bào vi khuẩn 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 thức ăn trong môi trường.  Giai đoạn cân bằng (stationary phase): lúc này mật độ vi khuẩn được giữ ở một 2 số lượng ổn định. Nguyên nhân của giai đoạn này là các chất dinh dưỡng cần thiết cho quá trình tăng trưởng của vi sinh vật đã bị sử dụng hết, số lượng vi khuẩn sinh ra bằng với số lượng vi khuẩn đã chết đị.  Giai đoạn chết (log-death phase): trong giai đoạn này số lượng vi khuẩn chết đi nhiều hơn vi khuẩn được sinh ra, do đó mật độ vi khuẩn trong bể giảm nhanh. Giai đoạn này có thể do các loài có kích thước thường khả kiến hoặc là do đặc điểm của môi trường. Hinh 1.1 Đồ thị về sự tăng trưởng của vi khuẩn trong bể xử lý Đồ thị trên mô tả sự tăng trưởng của một quần thể vi khuẩn đơn độc. Thực tế trong xử lý có nhiều quần thể khác nhau và có đồ thị tăng truongr giống nhau về dặng nhưng khác nhau về thời gian tăng trưởng cũng như đỉnh của đồ thị. Trong một giai đoạn bất kỳ nào đó sẽ có một số lượng chủ đạo do ở thời điểm đó các điều kiện như pH, oxy, dinh dưỡng, nhiệt độ… phù hợp cho loài đó. Sự biến động về các vi sinh vật chủ đâọ trong bể xử lý được biểu diễn theo hình 1.1. Khi thiết kế và vận hành hệ thống xử lý chúng ta phải để ý tới cả hệ vi sinh vật này, không nên nghĩ rằng đây là một “ hộp đen” với những vi sinh vật bí mật. 3 Hình 1.2 Đồ thị về sự tăng trưởng tương đối của các vi sinh vật trong bể xử lý nước thải Trong các bể xử lý nước thải vi khuẩn đống một vai trò quan trọng hàng đầu. Do đó trong các bể này chúng ta phải duy . Trì một mật độ vi khuẩn cao tương thích với lượng các chất ô nhiễm đưa vào bể. Điều này có thể thực hiện thông qua quá trình thiết kế và vận hành.Trong quá trình thiết kế chúng ta phải tính toán chính xác thời gian lưu tồn lưu của vi khuẩn trong bể xử lý và thời gian này phải đủ lớn để các vi khuẩn có thể sinh sản được. Trong quá trình vận hành, các điều kiện cần thiết cho quá trình tăng trưởng của vi khuẩn (pH, chất dinh dưỡng, nhiệt độ, khuấy trộn…) phải được điều chỉnh ở mức thuận lợi nhất cho vi khuẩn. 2. Giai đoạn 2: quá trình chuyển hóa cơ chất: + Oxy hóa và tổng hợp tế bào (quá trình đồng hóa): C x H y O z N + NH 3 + O 2 men --- > xCO 2 + C 5 H 7 NO 2 + Quá trình hô hấp nội bào (Quá trình dị hóa): C 5 H 7 NO 2 + 5O 2 men --- > xCO 2 +H 2 O NH 3 + O 2 men --- > O 2 + HNO 2 men --- > HNO 3 Khi không đủ cơ chất, quá trình chuyển hóa các chất của tế bào bắt đầu xảy ra bằng sự tự oxy hóa chất liệu tế bào. 4 3.Giai đoạn 3: Quá trình khử nito và phospho: Hình 1. 3: Quá trình khử nito Hình 1.4 : Quá trình khử phospho 5 IV. Các yếu tố ảnh hưởng đến các công trình xử lý nước thải sinh học hiếu khí: - Quá trình xử lý hiếu khí chịu ảnh hưởng nồng độ bùn hoạt tính, tức phụ thuộc vào chỉ số bù. Chỉ số bùn càng nhỏ thì nồng độ bùn cho vào công trình xử lý càng lớn hoặc ngược lại. - Nồng độ oxy cũng ảnh hưởng mạnh mẽ đến quá trình này. Khi tiến hành quá trình phải cung cấp đầy đủ lượng oxy vào liên tục sao cho lượng oxy hòa tan trong nước ra khỏi bể lắng đợt II >= 2 (mg/l). - Khác với quá trình kỵ khí, tải trọng hữu cơ trong xử lý hiếu khí thường thấp hơn nên nồng độ các chất bẩn hữu cơ nước thải qua Aerotank có BOD toàn phần phải =< 1000 (mg/l), còn trong bể lọc sinh học thì BOD toàn phần của nước thải =<500 (mg/l). - Ngoài ra trong nước thải cũng cần có các nguyên tố vi lượng như K, Na, Mg, Fe, Ca, Mo, Ni, Co, Zn, Cu, S, Cl… thường có đủ tong nước thải. Tùy theo hàm lượng cơ chất trong nước thải mà có yêu cầu về nồng độ các nguyên tố dinh dưỡng cần thiết khác nhau. Thông thuờng cần duy trì các nguên tố dinh dưỡng theo một tỷ lệ thích hợp: BOD toàn phần : N: P = 100: 5: 1 - Bùn hoạt tính có khả năng hấp thụ muối các kim loại nặng. Khi đó hoạt tính sinh học của bùn giảm, bùn sẽ bị trương phồng khó lắng do sự phát triển mãnh liệt của vi khuẩn dạng sợi. Vì vậy nồng độ các chất độc và kim loại nặng trong nước thải phải nằm trong giới hạn cho phép. Yếu tố môi trường: - pH : là một yếu tố chính trong sự phát triển của những vi sinh vật. Phần lớn vi sinh vật không thể chịu được pH > 9 vì lúc này sẽ phá hủy cân bằng nguyên sinh chất tế bào làm cho vi sinh vật chết và pH < 4 sẽ thúc đẩy nấm phát triển. Thông thường pH tối ưu cho vi sinh vật phát triển tốt nhất trong khoảng 6,5 – 7,5. - Nhiệt độ: cũng là yếu tố quan trọng đối với sự phát triển của vi sinh vật. Nước thải có nhiệt độ thích nghi với đa số vi sinh vật tối ưu từ 25 o C – 37 o C hoặc từ 20 - 80 o C hoặc từ 20 – 40 o C ( tối ưu 25 o C – 37 o C). - Ngoài ra quá trình xử lý hiếu khí còn phụ thuộc vào nồng độ muối vô cơ, lượng chất lơ lửng chảy vào bể xử lý cũng như các loài vi sinh vật và cấu trúc các chất bẩn hữu cơ. CHƯƠNG 2: BỂ BÙN HOẠT TÍNH HIẾU KHÍ AEROTANK 6 [...]... trình bùn hoạt tính và phân loại bể bùn hoạt tính hiếu khí Aerotank: 1 Quá trình bùn hoạt tính: Bùn hoạt tính bao gồm những sinh vật sống kết lại thành dạng hạt hoặc dạng bông với trung tâm là các chất nền rắn lơ lửng (40%) Chất nền trong bùn hoạt tính có thể đến 90% là chất rắn của rêu, tảo và các phần sót rắn khác nhau Bùn hiếu khí ở dạng bông bùn vàng nâu, dễ lắng là hệ keo vô định hình còn bùn kỵ khí. .. trong màng lọc sinh học tương đối đồng nhất Công thức bùn hoạt tính thường dùng trong tính toán là C5H7O2N 2 Phân loại bể Aerotank theo sơ đồ vận hành 1 Bể Aerotank tải trọng thấp ( bể Aerotank truyền thống) Hình 2.1: Bể Aerotank tải trong thấp ( bể Aerotank truyền thống) Nước thải sau bể lắng đợt 1 được khuấy trộn đều với bùn hoạt tính tuần hoàn ở ngay đầu bể Aerotank Đối với nước thải sinh hoạt có mức... niệm: Bể Aerotank là công trình nhân tạo dùng xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học hiếu khí, trong đó người ta cung cấp oxy và khuấy trộn nước thải với bùn hoạt tính Bể Aerotank còn được gọi là bể bùn hoạt tính hiếu khí Quy trình xử lý nước thải bằng bùn hoạt tính được thực hiện ở nước Anh từ năm 1914, đã được duy trì và phát triển đến nay, với phạm vi ứng dụng rộng rãi xử lý nước thait sinh hoạt. .. xuống tạo ra bùn hoạt tính Trong bùn hoạt tính luôn có mặt động vật nguyên sinh mà đại diện là Sarcodina, Mastigophara, Ciliata, Suctoria 7 và vài loại sinh vật phức tạp khác Quan hệ giữa động vật nguyên sinh và vi khuẩn là quan hệ “ mồi – thú” thuộc cân bằng động chất hữu cơ- vi khuẩn- động vật nguyên sinh Khi bùn lắng xuống là “ bùn già” hoạt tính bùn bị giảm Hoạt tính của bùn có thể được hoạt hóa trở... bằng cách khuấy trộn nhanh bùn hoạt tính tuần hoàn lại với nước thải ngay ở cửa vào bể Aerotank để tạo thành hỗn hợp bùn hoạt tính 2 Tiếp tục khuấy trộn bùn hoạt tính và nước thải bằng không khí hoặc máy khuấy trộn làm thoáng bề mặt Bước thứ 2 thực hiện 3 chức năng cơ bản sau: a Khuấy trộn đều bùn hoạt tính với nước thải trong toàn bộ thể tích V của bể b Giữ cho bùn hoạt tính luôn trong trạng thái... độ bùn hoạt tính trong hỗn hợp tuần hoàn hay nồng độ bùn hoạt tính sau khi lắng ở đáy bể lắng đợt 2 (mg/l) Số bơm tuần hoàn cặn bố trí đủ để có thể vận hành với lưu lượng tuần hoàn từ 0,07t đến 0,07t đến 2,00t 7 Xả bùn dư hàng ngày vào các công trình xử lý bùn: Lượng bùn dư phải xả liên tục để duy trì nồng độ bùn hoạt tính X trong bể Aerotank theo tính toán Lượng bùn dư có thể xả trực tiếp từ bể Aerotank. .. lắng 2 được tuần hoàn liên tục về Aerotank 23 - Bùn hoạt tính sẽ gia tăng theo thời gian Theo sự gia tăng của bùn có sự xuất hiện của nitrat và nitrit, tăng dần lượng nước cần xử lý hoặc giảm độ pha loãng Có thể sử dụng bùn có sẵn từ bể Aerotank bất kỳ hoặc bùn hoạt tính phơi ở 60 oC, hoặc màng sinh học trôi ra từ bể lọc sinh học hoặc bùn ao hồ Bùn hoạt tính có thể thu từ bùn sông hoặc ao hồ không nhiễm... thống bùn hoạt tính, cần chú ý các yếu tố sau: + Độ kiềm: kiểm soát độ kiềm trong bể hiếu khí là cần thiết để kiểm soát toàn bộ quá trình Độ kiềm không đủ sẽ làm giảm hoạt tính của vi sinh vật và cũng có thể ảnh hưởng đến pH + DO: Hoạt động của bể bùn hoạt tính là một quá trình hiếu khí nên nó đòi hỏi lượng DO phải hiện diện ở mọi thời điểm Lượng DO này phụ thuộc vào BOD dòng vào, tính chất của bùn hoạt. .. 10 5 Bể Aerotank thông khí kéo dài: Hình 2.6 Bể Aerotank thông khí kéo dài Bể Aerotank thông khí kéo dài được thiết kế với trọng tải thấp, tỷ số F/M thấp, thời gian làm thoáng lớn từ 20 – 30 giờ để hệ vi sinh trong bể làm việc ở giai đoạn hô hấp nội bào Bể chỉ áp dụng cho các nhà máy xử lý nước thải có công suất nhỏ hơn 3500 m3/ngày 7 Bể aerotank thông khí cao có khuấy đảo hoàn chỉnh Hình 2.7 Bể aerotank. .. Tốc độ dòng chảy bùn hoạt tính thải: Bởi vì bùn hoạt tính có chứa các vi sinh vật sống tăng trưởng , nên lượng bùn hoạt tính có thể tiếp tục gia tăng Nếu bùn hoạt tính duy trì trong hệ thống quá lâu, hiệu quả của quá trình sẽ giảm xuống Nếu có quá nhiều bùn hoạt tính bị loại khỏi hệ thống, các chất rắn sẽ không lắng đọng đủ nhanh để được loại bỏ ở thiết bị lắng thứ cấp + Độ sâu lớp bùn: Nếu các chất . nghiệp. II. Quá trình bùn hoạt tính và phân loại bể bùn hoạt tính hiếu khí Aerotank: 1. Quá trình bùn hoạt tính: Bùn hoạt tính bao gồm những sinh vật sống kết. pháp sinh học hiếu khí, trong đó người ta cung cấp oxy và khuấy trộn nước thải với bùn hoạt tính. Bể Aerotank còn được gọi là bể bùn hoạt tính hiếu khí.