Bài giảng xử lý nước thải chương 7

Friday, 16 July, 2010 KHÁI NIỆM CHUNG Friday, 16 July, 2010 SẢN PHẨMCHÍNH PHÂN HUỶ KỴ KHÍ Q trình phân huỷ kị khí qt phân huỷ hợp chất hữu vơ điều kiện khơng có oxy phân tử thơng qua hoạt động sống vi sinh vật kị khí Sản phẩm q trình hợp chất ổn định hỗn hợp khí CH4, CO2, N2, H2,… Q trình phân huỷ kị khí biểu diễn theo phương trình Buswell sau: CnHaObNd + (n-a/4-b/2-3d/4)H2O (n/2 + a/8 - b/4 -3d/8)CH4 + (n/2 - a/8 + b/4 + 3d/8)CO2 + dNH3 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU SINH HỌC KỴ KHÍ TRẦN THỊ NGỌC DIỆU SINH HỌC KỴ KHÍ CÁC GIAI ĐOẠN PHÂN HUỶ KỴ KHÍ Friday, 16 July, 2010 Friday, 16 July, 2010 CÁC GIAI ĐOẠN PHÂN HUỶ KỴ KHÍ Biogas Phâ n hủy hủy k ịi ̣ k hí hi ́ Lên men axit: Organics H 2O CO2 H2 CH 3COOH Lên men Methane: CH 3COOH H 2O HCO - H2 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU CO2 CH CH4 OH- H 2O SINH HỌC KỴ KHÍ TRẦN THỊ NGỌC DIỆU SINH HỌC KỴ KHÍ Friday, 16 July, 2010 GIAI ĐOẠN THUỶ PHÂN Enzyme ngoại bào thuỷ phân HCHC mạch dài (carbonhydrates, proteins, nucleic acids lipid) thành HCHC mạch ngắn hơn, đơn giản có trọng lượng nhẹ monosacarit,amin, peptit… VSV thuỷ phân (hydrolytic bacteria) thực GĐ xảy chậm cấu trúc bền vững chất TRẦN THỊ NGỌC DIỆU SINH HỌC KỴ KHÍ Friday, 16 July, 2010 GIAI ĐOẠN THUỶ PHÂN Mức độ tốc độ thuỷ phân chịu ảnh hưởng bởi: Nhiệt độ, pH thời gian lưu hệ thống Thành phần kích thước phân tử chất Nồng độ NH4+-N nồng độ sp thuỷ phân TRẦN THỊ NGỌC DIỆU SINH HỌC KỴ KHÍ Friday, 16 July, 2010 GIAI ĐOẠN AXIT HỐ PHẢN ỨNG SINH ACETAT Những chất đơn giản giải phóng từ gđ thuỷ phân bị lên men, chuyển hố thành hợp chất béo hữu mạch dài lactate, succinate, pyruvate, butyrate, propionate rượu Tiếp HCHC lại VK sinh axít chuyển hố tiếp tục thành acetate, hydrogen, formate, CO2,… Sản phẩm giai đoạn phụ thuộc vào diện hệ vsv yếu tố mơi trường pH mơi trường giảm (< 4) hình thành axít TRẦN THỊ NGỌC DIỆU Friday, 16 July, 2010 SINH HỌC KỴ KHÍ CH3CHOHCOO- + 2H2O Lactate CH3CH2OH + H 2O Ethanol CH3COO- + HCO3- + H+ + 2H2 CH3CH2CH2COO- + 2H2O Butyrate CH3CH2COO- + 3H2O Propionate 2CH3COO- + H+ + 2H2 4CH3OH + 2CO2 Methanol 2HCO3- + 4H + H+ TRẦN THỊ NGỌC DIỆU CH3COO- + H+ + 2H2 CH3COO- + HCO3- + H+ + 3H2 3CH3COOH + 2H2O CH3COO- + 4H2O 10 Friday, 16 July, 2010 GIAI ĐOẠN METAN HỐ Các SP gđ axt hố sử dụng trực tiếp VK sinh methane, tạo sản phẩm cuối qúa trình phân huỷ kị khí khí methane CO2,… Tốc độ phát triển vi khuẩn sinh methane chậm lồi vi khuẩn giai đoạn thuỷ phân axit hố TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 11 SINH HỌC KỴ KHÍ SINH HỌC KỴ KHÍ Friday, 16 July, 2010 GIAI ĐOẠN METAN HỐ Vk sinh methane sử dụng axit acetic, methanol hay CO2, H2,… để sản xuất CH4 Trong đó, axit acetic chất sản sinh CH4 quan trọng (70%), H2 CO2 Axit formic, methanol tham gia tạo CH4 khơng nhiều chúng khơng thường xun xuất Các p/ứ giai đoạn chuyển pH mơi trường sang kiềm TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 12 SINH HỌC KỴ KHÍ Friday, 16 July, 2010 GIAI ĐOẠN METAN HỐ Friday, 16 July, 2010 PHẢN ỨNG SINH METAN Q trình khử sulfate: CH3COO- + H2O CH4 + HCO3- Trong q trình phân huỷ kị khí, có diện hợp chất lưu huỳnh vi sinh vật khử sulfate (sulfate reducing bacteria) cạnh tranh với vi khuẩn methane chất H2 Vi khuẩn khử sulfate có lực với H2 cao nên dùng H2 làm chất để tăng trưởng tạo sản phẩm khí có mùi trứng thối, H2S HCO3- + 4H + H+ CH4 + 3H2O 4CH3OH 3CH4 + CO2 + 2H2O 4HCOO- + 2H+ CH4 + CO2 + 2HCO-3 CH3OH + H2 CH4 + H2O 4CH3COCOOH + 2H2O 5CH4 + 7CO2 2(CH3)2S + 3H 2O 3CH4 + HCO3- + 2H2S + H+ 13 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU SINH HỌC KỴ KHÍ TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 14 SINH HỌC KỴ KHÍ Friday, 16 July, 2010 Friday, 16 July, 2010 PHẢN ỨNG KHỬ SUNFAT VI SINH VẬT KỴ KHÍ 4H2 + SO42- + H+ HS- + 4H2O Acetate - + SO42- 2HCO3- + HS- Propionate- + ¾ SO42- Acetate - + HCO3- + ¾ HS- + ¼ H+ Butyrate- + ½ SO42- 2Acetate -+ ½ HS- + ½ H+ Lactate- + ½ SO42- 2Acetate - + HCO3- + ½ HS- + ½ H+ QT phân huỷ kỵ khí HCHC qua nhiều giai đoạn phức tạp với tham gia vsv kỵ khí khác bao gồm: động vật ngun sinh, nấm, tảo vi khuẩn Ở giai đoạn lên men, axít hố, methane hố, vai trò chủ đạo thuộc vk Các VK kỵ khí chia làm nhóm chính: Các VK sinh acetate (acetogenic bacteria) Ethanol + ½ SO4 2- Acetate - +½ HS- +½ H+ + H2O Các VK sinh methane (methanogenic bacteria) Các VK khử sulfate (sulfate reducing bacteria) TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 15 SINH HỌC KỴ KHÍ TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 16 SINH HỌC KỴ KHÍ Friday, 16 July, 2010 Friday, 16 July, 2010 VI KHUẨN SINH ACETAT Q trình dehydro hố tạo acetat VI KHUẨN SINH ACETAT Q trình hydro hố tạo acetate: q trình lên men hình thành acetat, sản phẩm qtr Trong qtr này, xảy phản ứng: Các VK khử proton bắt buộc Các VK lên men (khử proton tuỳ tiện): hoạt động chất khử proton thơng qua chế tách hydro khỏi chất chuyển đến chất nhận cuối chất hữu SP phản ứng gồm: H2,và sp oxh khác Q trình tạo lượng đáng kể C6H12O6 + H2O CH3COCOOH + CO2 + 6H C6H12O6 CH3COCOOH + CH3COOH + CO2 + 6H CH3COOH + H 2O 3CH 3COOH Hai nhóm VK phân biệt dựa chất sử dụng lượng tạo TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 17 SINH HỌC KỴ KHÍ TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 18 Friday, 16 July, 2010 VI KHUẨN SINH ACETAT Qúa trình hydro hố tạo acetate chất ngoại sinh: 2CO2 + 4H2 = CH3COOH + 2H2O VK sinh acetat gồm: – acetobacterium wieringae; – acetogenium kivui; – lostridium aceticum; CÁC VI KHUẨN SINH METAN Hoạt động mơi trường kị khí: lồi vi khuẩn quần thể vi sinh vật trì oxy hố khử thấp sản xuất chất sinh methane thành phần dinh dưỡng khác Các họ VK sinh methane: Methanobacteriales, Methanococcales, Methanomicrobiales, Methanopyrales, Methanosarcinales – clostridium thermoaceticum,… 19 Friday, 16 July, 2010 Hình dạng: hình cầu, sợi xoắn, que nhiều cách xếp tế bào tạo thành mạch hay cấu kết dài hơn, lớn – acetobacterium woodii; TRẦN THỊ NGỌC DIỆU SINH HỌC KỴ KHÍ SINH HỌC KỴ KHÍ TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 20 SINH HỌC KỴ KHÍ Friday, 16 July, 2010 VI KHUẨN KHỬ SUNFAT Sử dụng chất hữu khác qúa trình trao đổi chất với tư cách chất cho điện tử để chuyển hố SO42- thành S2- Là nhóm kỵ khí bắt buộc, tham gia qúa trình khử sulfate, sulfite, thiosulfate TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 21 SINH HỌC KỴ KHÍ Friday, 16 July, 2010 Friday, 16 July, 2010 NHIỆT ĐỘ pH Ảnh hưởng trực tiếp đến q trình biến đổi sinh học thân vsv – pH thấp (< 5): gây kết tủa protid, lipid F tuổi hoạt tính bùn giảm – Kiểm sốt giữ pH giá trị tối ưu (6,8 – 7,5) cách bổ sung trì lượng bicacbonat định nhằm tạo pH đệm cho mơi trường, giúp trung hồ axit sinh q trình phân huỷ kị khí Ảnh hưởng mạnh đến q trình sinh học vsv đặc tính nhiệt động học phản ứng mơi trường kỵ khí Ảnh hưởng nhiệt độ đến tốc độ tăng trưởng vsv mơ tả theo phương trình Arrhenius: k1 = 0,84; k2 = 0,09; a1 = 0,11, a2 = 0,3 ; Xt = 58,7 kmax = k1.e a1 (T − X T ) − k2ea2 (T − X T ) TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 23 SINH HỌC KỴ KHÍ TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 24 SINH HỌC KỴ KHÍ Friday, 16 July, 2010 Friday, 16 July, 2010 NHIỆT ĐỘ a1 CHẤT DINH DƯỠNG - Hằng số lượng cho qt sinh tổng hợp (1/K) a - Hằng số lượng phân huỷ (1/K) µ max - Tốc độ tăng trưởng lớn (ngày-1) k1 - Hằng số hoạt động (ngày-1) k - Hằng số phân huỷ (ngày-1) T - Nhiệt độ tuyệt đối (K) X T - Hệ số hiệu chỉnh nhiệt độ (K) Để vi khuẩn tăng trưởng gia tăng hoạt tính bùn, nước thải phải chứa đầy đủ chất dinh dưỡng cần thiết bao gồm đa lượng (N,P) vi lượng Nhu cầu N P tối thiểu cung cấp cho vsv tính tốn dựa vào tốc độ tăng trưởng thành phần ngun tố TB vsv: C :N : P = 50 : 14 : Trong khoảng nhiệt độ thích hợp, Pt Arrhenius mơ tả tốc độ tăng trưởng vsv gia tăng với nhiệt độ TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 25 SINH HỌC KỴ KHÍ TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 26 Friday, 16 July, 2010 Friday, 16 July, 2010 CHẤT DINH DƯỠNG THẾ OXY HỐ KHỬ Cơng thức tính lượng dinh dưỡng tối thiểu cần thiết: NUTRCT = COD0*Y*NUTRTB*1,14 COD0 - Gía trị COD đầu vào (g/l) Y - Hệ số suất sinh khối (g/g) NUTRTB - Nồng độ chất dd tế bào VK (g/g) NUTRCT - Nồng độ dd tối thiểu cần thiết đầu vào 1,14 - Hệ số giả định tỷ lệ TSS/VSS Thơng thường, lượng chất dd đầu vào thường lấy gấp lần so với tính tốn để bù trừ cho phản ứng kết tủa,… TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 27 SINH HỌC KỴ KHÍ SINH HỌC KỴ KHÍ Điện oxi hố – khử cho biết hệ thống có khả nhận hay cho điện tử Sự thay đổi phản ứng oxi hố – khử xảy đồng thời với thay đổi điện oxi hố – khử Q trình methane xảy tốt điện oxi hố – khử EH < 260mV Trong hệ thống kỵ khí, giá trị oxi hố – khử thường ổn định thay đổi theo khối lượng bùn sử dụng: 15 đ/v bùn chứa 13,4 g VSS/l 40 đ/v bùn chứa 2,2 g VSS/l TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 28 SINH HỌC KỴ KHÍ Friday, 16 July, 2010 Friday, 16 July, 2010 ĐỘC TÍNH CỦA H2S THẾ OXY HỐ KHỬ Trong hệ thống kị khí, giá trị oxi hố – khử thường ổn định thay đổi theo: Thành phần dung dịch chứa chất, đặc biệt diện oxi làm điện oxi hố – khử giữ mức cao khơng thuận lợi cho q trình phân huỷ kị khí Hoạt tính bùn: bùn có hoạt tính cao nhanh chóng có điện oxi hố – khử ổn định bùn có hoạt tính thấp TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 29 SINH HỌC KỴ KHÍ Lưu huỳnh ngtố cấn thiết cho vsv 1mM Ở nồng độ cao, gây độc tính vsv Thứ tự độc tính: sulfate < thiosulfate < sulfite < H2S Trong mt nước H2S ⇌ HS- + H+ (pK = 6.83) H2S S2- + H + (pK = 12.3) TRẦN THỊ NGỌC DIỆU ⇌ 30 Friday, 16 July, 2010 ĐỘC TÍNH CỦA H2S [H2S]khí = 0.4325 [H2S]lỏng H2S tự thấm qua màng tế bào, ảnh hưởng đến pH nội bào, làm biến tính protein hình thành liên kết sulfide TB 31 Friday, 16 July, 2010 ĐỘC TÍNH CỦA NH3 VÀ NH4+ Sự phân bố H2S pha khí lỏng phụ thuộc vào nhiệt độ, 300C ta có: TRẦN THỊ NGỌC DIỆU SINH HỌC KỴ KHÍ SINH HỌC KỴ KHÍ Trong mt nước, tuỳ vào pH mà ammonia tồn dạng ion ammonium NH4+ khí NH3 NH4+ ⇌ NH3 + H+ (pK = 9.2) NH3 gây độc tính cao vsv NH4+ gây ức chế vi khuẩn sinh methane TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 32 SINH HỌC KỴ KHÍ Friday, 16 July, 2010 ẢNH HƯỞNG CỦA Friday, 16 July, 2010 ẢNH HƯỞNG CỦA KIM LOẠI NẶNG Ca2+ Ca ngun tố cần thiết cho sinh trưởng phát triển vsv Ni, Co, Fe, Mo,… nồng độ vi lượng (0,015mg/l) giúp cho VK kỵ khí phát triển tốt Nước thải chứa hàm lượng Ca cao (trên 250 mg/L), có tượng tạo muối CaCO3 hay Ca3(PO4)2 kết tủa Ở nồng độ cao hơn, chất ức chế cho phát triển vsv, đặc biệt vk sinh methane Nồng độ ức chế của: Sự tạo thành kết tủa thiết bị kỵ khí dẫn đến: – Đóng cặn thành bể pứ đường ống – Làm tính đệm mtr sinh hố bể kỵ khí – Giảm hiệu bùn bị rửa trơi – Làm hoạt tính methane hố đặc thù sinh khối kỵ khí TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 33 SINH HỌC KỴ KHÍ Cr3+ : 350µg/L Pb2+: 30 mg/L Cr6+ : 0,30µg/L Cd2+: 80 mg/L Ni2+ : 200 mg/L Zn2+ : 90 mg/L 34 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU SINH HỌC KỴ KHÍ Friday, 16 July, 2010 Friday, 16 July, 2010 ƯU ĐIỂM Tiêu thụ lượng ít: 25 – 350C: 0,05 – 0,1Kwh/1m nước thải Khí methane sinh sử dụng làm nhiên liệu F tiết kiệm lượng, giảm giá thành xử lý u cầu dinh dưỡng (N, P) thấp Hiệu suất xử lý cao, đạt 80 – 90%COD tải trọng COD đầu vào: COD0 = 30g /L.ngày 300C COD0 = 50g/L.ngày 400C TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 35 SINH HỌC KỴ KHÍ TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 36 SINH HỌC KỴ KHÍ Friday, 16 July, 2010 Friday, 16 July, 2010 ƯU ĐIỂM ƯU ĐIỂM Lượng bùn tạo ít, ổn định, dễ loại bỏ nước F chi phí xử lý bùn thải thấp Bùn kị khí bảo quản năm mơi trường khơng có dưỡng chất mà hoạt tính bùn giữ ngun 150C F Giảm tgian khởi động hệ thống Vốn đầu tư khơng cao, diện tích đất sử dụng nhỏ hệ thống hiếu khí TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 37 SINH HỌC KỴ KHÍ TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 38 Friday, 16 July, 2010 SINH HỌC KỴ KHÍ Friday, 16 July, 2010 NHƯỢC ĐIỂM NHƯỢC ĐIỂM VK tạo khí methane nhạy cảm với mơi trường VK kỵ khí tăng trưởng chậm nên giai đoạn khởi động hệ thống kỵ khí lâu (6 – 12 tuần) Khi nước thải có chứa hợp chất lưu huỳnh, xử lý kỵ khí làm phát sinh khí H2S F gây mùi khó chịu Bản chất hố học vi sinh học phức tạp Vận hành hệ thống phức tạp F đòi hỏi trình độ chun mơn cao TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 39 SINH HỌC KỴ KHÍ TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 40 SINH HỌC KỴ KHÍ Friday, 16 July, 2010 ĐẶ C TÍNH CỦ A BÙ N HẠT KỊKHÍ Đặc tính Mô tả Hoạt động sinh Hoạt tính tạo khí methane đạt học 2kgCOD/kg VSS.ngày Tốc độlắng Đểduy trì sinh khối, tốc độlắng bùn hạt cần đạt 60 m/h Độbền học Hạt bùn phả i ổn đònh vàchòu cá c lực tđ sựhình thành dòng khí sinh học Phá t triển Sự PT bùn hạt dựa qtrình tự ổn đònh liên tục củ a vsv 42 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU Friday, 16 July, 2010 KHẢNĂ NG LẮ NG CỦ A BÙ N HẠT SINH HỌC KỴ KHÍ CƠ CHẾTẠO HẠT CỦ A BÙ N Cơ sở lý thuyết Vật lý Friday, 16 July, 2010 Tên lý thuyết p suất chọn Sự phát triển hạt rắn lơ lửng cố đònh Vi sinh So sánh khả lắng bùn hạt (granular), bùn (flocculent) bùn phân tán (disperse) phút TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 43 SINH HỌC KỴ KHÍ - sinh lý - Lý - Phát triển - Lý thuyết “spaghetti” - Sinh thái - Lý thuyết kết nối cuộn nhỏ - Lý thuyết bó methanothrix - Lý thuyết loại axit béo bay Nhiệt động học TRẦN THỊ NGỌC DIỆU thuyết “cap town” -Lý thuyết nhân kết tinh - Lý thuyết sức căng bề mặt - Lý thuyết hoán vò proton 44 SINH HỌC KỴ KHÍ Friday, 16 July, 2010 CƠ CHẾTẠO HẠT CỦ A BÙ N Friday, 16 July, 2010 CƠ CHẾTẠO HẠT CỦ A BÙ N v Là trình tự nhiên tất ht XLNT có dòng vào từ lên v Những hạt vô hữu diện NT tạo bề mặt cho Vk bám vào, tăng trưởng sinh khối v Khí sinh học sinh dòng NT làm trôi chất mang nhẹ mô hình, tạo đ/k cho hình thành màng khối bùn vững v Khi gia tăng đến kthứơc đònh, hạt/màng bò phá vỡ hình thành hạt bùn nhỏ v Các hạt bùn dần “già cỗi” “trưởng thành” TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 45 CƠ CHẾTẠO HẠT CỦ A BÙ N SINH HỌC KỴ KHÍ Friday, 16 July, 2010 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 46 NHỮ NG YẾ U TỐẢ NH HƯỞ NG ĐẾ N QUÁ TRÌNH TẠO HẠT CỦ A BÙ N SINH HỌC KỴ KHÍ Friday, 16 July, 2010 Đểqtr tạo hạt củ a bùn thuận lợi, cần: TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 47 SINH HỌC KỴ KHÍ v Những hạt rắn hay vật làm nhân để vsv bám dính phát triển Những hạt phải đủ nặng v Loại bỏ liên tục hoàn toàn phần tử nhẹ bùn làm nhân ban đầu v Loại bỏ SS dòng vào cho SS < 200 mg/l SS cao, qtr tạo hạt khó xảy v Giảm nồng độ muối canxi CaCO3 kết tủa bùn làm chậm qtr tạo hạt làm giảm hoạt tính bùn v Nhiệt độ thích hợp: nhiệt độ TB nhiệt độ cao v Nguyên tố dd đa lượng vi lượng cần cung cấp đủ cho vsv phát triển, qtr tạo 48 hạt dễ dàng SINH HỌC KỴ KHÍ TRẦN THỊ NGỌC DIỆU Friday, 16 July, 2010 CƠNG NGHỆ XỬ LÝ KỴ KHÍ CÔ NG NGHỆ XỬLÍ KỊKHÍ SINH TRƯỞ NG BÁ M DÍNH SINH TRƯỞ NG LƠ LỮ NG XÁ O TRỘ N HOÀ N TOÀ N TRẦN THỊ NGỌC DIỆU TIẾ P XÚ C KỊKHÍ UASB LỌC KỊKHÍ 50 TẦ NG LƠ LỮ NG VÁ CH NGĂ N SINH HỌC KỴ KHÍ Friday, 16 July, 2010 ĐẶC ĐIỂM Q trình phân hủy kị khí xáo trộn hồn tồn Xáo trộn liên tục, khơng có tuần hồn bùn Thích hợp xử lý NT có hàm lượng CHC hòa tan dễ phân hủy nồng độ cao xử lý bùn hữu Thiết bị xáo trộn dùng hệ thống cánh khuấy khí tuần hồn khí biogas (đòi hỏi có máy nén khí biogas dàn phân phối khí nén) TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 52 SINH HỌC KỴ KHÍ Friday, 16 July, 2010 Friday, 16 July, 2010 ĐẶC ĐIỂM SƠ ĐỒ NGUN LÝ Trong q trình phân hủy lượng sinh khối sinh phân bố tồn thể tích bể Do khơng có biện pháp để lưu giữ sinh khối bùn, nên SRT HRT SRT = 12-30 ngày Tải trọng đặc trưng cho bể 0.5-6.0 kgVS/m 3.ngày TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 53 SINH HỌC KỴ KHÍ 54 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU SINH HỌC KỴ KHÍ Friday, 16 July, 2010 CẤU TẠO GAZ Khí tắc cục vón BỂ PHẢN ỨNG LOẠI BỎ KHÍ LẮNG Bùn tuần hồn Bùn dư TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 56 SINH HỌC KỴ KHÍ Friday, 16 July, 2010 Friday, 16 July, 2010 ĐẶC ĐIỂM SƠ ĐỒ NGUN LÝ Gồm hai giai đoạn: Biogas Phân hủy kị khí; Lắng tuyển tách riêng phần cặn sinh học NT sau XL khử khí Và o Ra Hàm lượng VSS bể = 4.000 – 6.000 mg/L Bù n tuầ n hoà n lắng II Tải trọng chất hữu từ 0.5 đến 10kgCOD/m3/ngày với thời gian lưu nước từ 12h ngày TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 57 SINH HỌC KỴ KHÍ TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 58 SINH HỌC KỴ KHÍ Friday, 16 July, 2010 ƯU ĐIỂM Ít bị ảnh hưởng lưu lượng Chuyển từ bể sang bể khác dễ dàng, q trình bảo dưỡng khởi động lại đơn giản Loại bỏ đượng 80 – 95% BOD5 65 – 90% COD Bùn dư TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 59 SINH HỌC KỴ KHÍ UASB UASB (UPWARD-FLOW (UPWARD-FLOW ANAEROBIC ANAEROBIC SLUDGE SLUDGE BLANKET) BLANKET) Friday, 16 July, 2010 SƠ ĐỒ NGUN LÝ BỂ UASB Friday, 16 July, 2010 SƠ ĐỒ NGUN LÝ BỂ UASB Khí biogas Biogas Ra Tách pha UASB Chụp thu khí Dòng Hướng dòng Khí tầ ng bù n Bùn hạt o Dòng vào TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 61 SINH HỌC KỴ KHÍ TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 62 SINH HỌC KỴ KHÍ Friday, 16 July, 2010 NGUN TẮC HOẠT ĐỘNG Effluent Friday, 16 July, 2010 NGUN TẮC HOẠT ĐỘNG Dòng nước thải hướng lên qua lớp bùn gồm hạt hình thành từ q trình sinh học biogas Việc xử lý diễn nước chảy tới tiếp xúc với hạt bùn lơ lửng Influent TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 63 SINH HỌC KỴ KHÍ TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 64 SINH HỌC KỴ KHÍ Friday, 16 July, 2010 NGUN TẮC HOẠT ĐỘNG Friday, 16 July, 2010 NGUN TẮC HOẠT ĐỘNG Khí tạo thành tạo thành dòng tuần hòan cục bộ, giúp việc hình thành hạt sinh học giữ cho chúng ổn định Các hạt lên chạm vào màng ngăn khử bọt khí, làm khí bám vào hạt bung giải phóng khỏi hạt Một khí tạo bám vào bùn, lên với khí tự Khí tự khí bung giải phóng khỏi hạt thu hồi vào mái vòm Nước thải chứa bùn lơ lửng bùn sinh học qua ngăn lắng tách khỏi nước Để giữ cho lớp bùn trạng thái lơ lửng, tốc độ nước lên khỏang 0,6 – 0,9m/h TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 65 SINH HỌC KỴ KHÍ TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 66 Friday, 16 July, 2010 NGUN TẮC HOẠT ĐỘNG SINH HỌC KỴ KHÍ Friday, 16 July, 2010 MƠ HÌNH UASB TRONG PTN Bùn hệ thống UASB lưu giữ dựa khả lắng tốt bùn kỵ khí Lượng bùn giữ lại hệ thống dựa tích tụ hình thành bùn cuộn bùn hạt F nâng cao tốc độ dòng lên mà khơng sợ bùn trơi khỏi hệ thống Hoạt động tải trọng cao TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 67 SINH HỌC KỴ KHÍ TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 68 SINH HỌC KỴ KHÍ Friday, 16 July, 2010 HẠT BÙN TỪ BỂ UASB Friday, 16 July, 2010 HẠT BÙN TỪ BỂ UASB Acetate as Substrate (Methanosaeta) TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 69 SINH HỌC KỴ KHÍ TRẦN THỊ NGỌC DIỆU Sucrose as Substrate (mixed culture) 70 SINH HỌC KỴ KHÍ Friday, 16 July, 2010 ĐẶC ĐIỂM Là biến thể UASB với điểm khác biệt EGSB sử dụng bùn hạt hồn tồn tốc độ dòng hướng lên lớn để phân bố bùn hạt khắp tồn khơng gian thiết bị EGSB EGSB (EXPANDED (EXPANDED GRANULAR GRANULAR SLUDGE SLUDGE BED) BED) Vận hành với tốc độ dòng hướng lên: – 10m/h Vận hành với tải hữu cao TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 72 SINH HỌC KỴ KHÍ Friday, 16 July, 2010 Friday, 16 July, 2010 SƠ ĐỒ NGUN LÝ ƯU ĐIỂM EGSB (Expanded Granular Sludge Bed): Xử lý kỵ khí với lớp bùn hạt giãn nở Bùn hạt lắng tốt, hệ thống hoạt động với tốc độ dòng lên lớn 6m/h (UASB: 0,5 1,5m/h) Tải trọng hữu thể tích cao gấp – lần so với UASB Xử lý nước thải nồng độ khác nhau: nước thải có chứa nồng độ chất hồ tan thấp, nước thải chứa sulfate, nước thải chứa lipid TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 73 SINH HỌC KỴ KHÍ TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 74 Friday, 16 July, 2010 SINH HỌC KỴ KHÍ Friday, 16 July, 2010 ƯU ĐIỂM KHUYẾT ĐIỂM Xử lý nước thải điều kiện nhiệt độ khác nhau: thấp, trung bình cao Bùn hạt bị vỡ dòng lên tốc độ cao, làm bùn trơi ngồi hệ thống Một phần dòng bơm trở lại ht nên tốc độ dòng lên đạt – 6m/h, đem lại tiếp xúc tốt nước thải quần thể vsv lớp bùn Thời gian lưu nước ngắn: – Hiệu suất xử lý cao 90 – 95% TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 75 SINH HỌC KỴ KHÍ TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 76 SINH HỌC KỴ KHÍ Friday, 16 July, 2010 Friday, 16 July, 2010 LỌC KỴ KHÍ NGƯỢC DỊNG LỌC KỴ KHÍ XI DỊNG Biogas Nước thải vào chảy từ xuống qua lớp giá thể module Giá thể tạo nên dòng chảy nhỏ tương đối thẳng theo hướng từ xuống Đường kính dòng chảy nhỏ có đường kính xấp xỉ 4cm dò ng tuầ n hoà n Với cấu trúc tránh tượng bít tắc tích lũy chất rắn khơng bám dính thích hợp lý nước thải có SS cao TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 79 SINH HỌC KỴ KHÍ o TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 80 SINH HỌC KỴ KHÍ Friday, 16 July, 2010 SƠ ĐỒ NGUN LÝ Friday, 16 July, 2010 MỘT SỐ VẬT LIỆU LỌC biogas effluent Vật liệu nhựa ceramic biofilm influent TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 81 SINH HỌC KỴ KHÍ TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 82 Friday, 16 July, 2010 SINH HỌC KỴ KHÍ Friday, 16 July, 2010 ĐẶC ĐIỂM CẤU TẠO Cột chứa đầy vật liệu rắn trơ (đá, sỏi, than, nhựa…) giá thể cố định cho vi sinh kị khí sống bám bề mặt (85 – 95% vật liệu rắn) Do khả bám dính tốt màng vi sinh dẩn đến lượng sinh khối bể tăng lên SRT kéo dài → HRT nhỏ, vận hành tải trọng cao Dòng nước thải phân bố đều, từ lên, tiếp xúc với màng vi sinh bám dính bề mặt giá thể Chất rắn khơng bám dính lấy khỏi bể xả đáy rửa ngược Thời gian trung bình tế bào lưu lại khỏang 100 ngày Ứng dụng xử lý nước thải nồng độ thấp TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 83 SINH HỌC KỴ KHÍ TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 84 SINH HỌC KỴ KHÍ Friday, 16 July, 2010 ĐẶC ĐIỂM NT bơm từ lên qua lớp VL hạt giá thể cho vi sinh sống bám Vật liệu hạt có đường kính nhỏ, tỉ lệ diện tích bề mặt/thể tích lớn (cát, than hoạt tính hạt,…) tạo sinh khối bám dính lớn Dòng tuần hồn trở lại để tạo vận tốc nước lên đủ lớn cho lớp vật liệu hạt dạng lơ lững, giản nở khỗng 15-30% lớn 86 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU SINH HỌC KỴ KHÍ Friday, 16 July, 2010 Friday, 16 July, 2010 ĐẶC ĐIỂM SƠ ĐỒ NGUN LÝ Hàm lượng sinh khối bể lên đến 10.000- 40.000 mg/L Biogas Do lượng sinh khối lớn HRT nhỏ, q trình ứng dụng xử lý nước thải có nồng độ chất hữu thấp, (500-1000 mg BOD/l) dò ng tuầ n hoà n o KỊKHÍ TẦ NG LƠ LỮ NG TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 87 SINH HỌC KỴ KHÍ TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 88 SINH HỌC KỴ KHÍ Friday, 16 July, 2010 ƯU ĐIỂM Ít bị tắt nghẽn q trình làm việc Khởi động nhanh Khơng tẩy trơi quần thể bám vật liệu lọc Có khả thay đổi lưu lượng giới hạn tốc độ chất lỏng TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 89 SINH HỌC KỴ KHÍ Friday, 16 July, 2010 SƠ ĐỒ NGUN LÝ TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 91 SINH HỌC KỴ KHÍ [...]... DIỆU 72 SINH HỌC KỴ KHÍ Friday, 16 July, 2010 Friday, 16 July, 2010 SƠ ĐỒ NGUN LÝ ƯU ĐIỂM EGSB (Expanded Granular Sludge Bed): Xử lý kỵ khí với lớp bùn hạt giãn nở Bùn hạt lắng tốt, hệ thống có thể hoạt động với tốc độ dòng lên lớn hơn 6m/h (UASB: 0,5 1,5m/h) Tải trọng hữu cơ thể tích cao gấp 3 – 6 lần so với UASB Xử lý nước thải ở các nồng độ khác nhau: nước thải có chứa nồng độ chất hồ tan thấp, nước. .. Cơ sở lý thuyết Vật lý Friday, 16 July, 2010 Tên lý thuyết p suất chọn Sự phát triển của những hạt rắn lơ lửng cố đònh Vi sinh So sánh khả năng lắng của bùn hạt (granular), bông bùn (flocculent) và bùn phân tán (disperse) trong 5 phút TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 43 SINH HỌC KỴ KHÍ - sinh lý - Lý - Phát triển - Lý thuyết “spaghetti” - Sinh thái - Lý thuyết kết nối cuộn nhỏ - Lý thuyết bó methanothrix - Lý thuyết... lần so với UASB Xử lý nước thải ở các nồng độ khác nhau: nước thải có chứa nồng độ chất hồ tan thấp, nước thải chứa sulfate, nước thải chứa lipid TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 73 SINH HỌC KỴ KHÍ TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 74 Friday, 16 July, 2010 SINH HỌC KỴ KHÍ Friday, 16 July, 2010 ƯU ĐIỂM KHUYẾT ĐIỂM Xử lý nước thải ở những điều kiện nhiệt độ khác nhau: thấp, trung bình và cao Bùn hạt có thể bị vỡ do dòng lên ở tốc... độ dòng lên đạt được 5 – 6m/h, đem lại sự tiếp xúc tốt hơn giữa nước thải và quần thể vsv trong lớp bùn Thời gian lưu nước ngắn: 1 – 2 giờ Hiệu suất xử lý cao 90 – 95% TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 75 SINH HỌC KỴ KHÍ TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 76 SINH HỌC KỴ KHÍ Friday, 16 July, 2010 Friday, 16 July, 2010 LỌC KỴ KHÍ NGƯỢC DỊNG LỌC KỴ KHÍ XI DỊNG Biogas Nước thải vào chảy từ trên xuống qua lớp giá thể module Giá thể này... CƠNG NGHỆ XỬ LÝ KỴ KHÍ CÔ NG NGHỆ XỬLÍ KỊKHÍ SINH TRƯỞ NG BÁ M DÍNH SINH TRƯỞ NG LƠ LỮ NG XÁ O TRỘ N HOÀ N TOÀ N TRẦN THỊ NGỌC DIỆU TIẾ P XÚ C KỊKHÍ UASB LỌC KỊKHÍ 50 TẦ NG LƠ LỮ NG VÁ CH NGĂ N SINH HỌC KỴ KHÍ Friday, 16 July, 2010 ĐẶC ĐIỂM Q trình phân hủy kị khí xáo trộn hồn tồn Xáo trộn liên tục, khơng có tuần hồn bùn Thích hợp xử lý NT có hàm lượng CHC hòa tan dễ phân hủy nồng độ cao hoặc xử lý bùn... trong bể tăng lên và SRT kéo dài → HRT nhỏ, có thể vận hành ở tải trọng rất cao Dòng nước thải phân bố đều, đi từ dưới lên, tiếp xúc với màng vi sinh bám dính trên bề mặt giá thể Chất rắn khơng bám dính có thể lấy ra khỏi bể bằng xả đáy và rửa ngược Thời gian trung bình tế bào lưu lại khỏang 100 ngày Ứng dụng xử lý nước thải nồng độ thấp TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 83 SINH HỌC KỴ KHÍ TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 84 SINH... tuần hồn trở lại để tạo vận tốc nước đi lên đủ lớn cho lớp vật liệu hạt ở dạng lơ lững, giản nở khỗng 15-30% hoặc lớn hơn 86 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU SINH HỌC KỴ KHÍ Friday, 16 July, 2010 Friday, 16 July, 2010 ĐẶC ĐIỂM SƠ ĐỒ NGUN LÝ Hàm lượng sinh khối trong bể có thể lên đến 10.000- 40.000 mg/L Biogas ra Do lượng sinh khối lớn và HRT nhỏ, q trình này có thể ứng dụng xử lý nước thải có nồng độ chất hữu cơ thấp,... đường kính xấp xỉ 4cm dò ng tuầ n hoà n Với cấu trúc này tránh được hiện tượng bít tắc và tích lũy chất rắn khơng bám dính và thích hợp lý nước thải có SS cao TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 79 SINH HỌC KỴ KHÍ và o TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 80 SINH HỌC KỴ KHÍ Friday, 16 July, 2010 SƠ ĐỒ NGUN LÝ Friday, 16 July, 2010 MỘT SỐ VẬT LIỆU LỌC biogas effluent Vật liệu có thể là nhựa hoặc ceramic biofilm influent TRẦN THỊ NGỌC DIỆU... Friday, 16 July, 2010 SƠ ĐỒ NGUN LÝ BỂ UASB Friday, 16 July, 2010 SƠ ĐỒ NGUN LÝ BỂ UASB Khí biogas Biogas Ra Tách pha UASB Chụp thu khí Dòng ra Hướng dòng Khí tầ ng bù n Bùn hạt và o Dòng vào TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 61 SINH HỌC KỴ KHÍ TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 62 SINH HỌC KỴ KHÍ Friday, 16 July, 2010 NGUN TẮC HOẠT ĐỘNG Effluent Friday, 16 July, 2010 NGUN TẮC HOẠT ĐỘNG Dòng nước thải hướng lên qua lớp bùn gồm các... ít khí tạo ra sẽ bám vào bùn, nổi lên trên cùng với khí tự do Khí tự do và khí bung ra giải phóng khỏi hạt được thu hồi vào mái vòm Nước thải chứa một ít bùn lơ lửng và bùn sinh học sẽ qua ngăn lắng và tách ra khỏi nước Để giữ cho lớp bùn ở trạng thái lơ lửng, tốc độ nước lên khỏang 0,6 – 0,9m/h TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 65 SINH HỌC KỴ KHÍ TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 66 Friday, 16 July, 2010 NGUN TẮC HOẠT ĐỘNG SINH ... UASB Xử lý nước thải nồng độ khác nhau: nước thải có chứa nồng độ chất hồ tan thấp, nước thải chứa sulfate, nước thải chứa lipid TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 73 SINH HỌC KỴ KHÍ TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 74 Friday,... 6m/h, đem lại tiếp xúc tốt nước thải quần thể vsv lớp bùn Thời gian lưu nước ngắn: – Hiệu suất xử lý cao 90 – 95% TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 75 SINH HỌC KỴ KHÍ TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 76 SINH HỌC KỴ KHÍ Friday,... ít: 25 – 350C: 0,05 – 0,1Kwh/1m nước thải Khí methane sinh sử dụng làm nhiên liệu F tiết kiệm lượng, giảm giá thành xử lý u cầu dinh dưỡng (N, P) thấp Hiệu suất xử lý cao, đạt 80 – 90%COD tải trọng