quá trình xử lí chất thải bằng phương pháp kị khí

khả năng phân hủy chất hữu cơ của vi sinh vật trong điều kiện không có oxy

VSMT:QUÁ TRÌNH XỬ LÍ CHẤT THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP KỊ KHÍ I.Giới thiệu chung về quá trình kị khí: 1.1.Định nghĩa: khả năng phân hủy chất hữu cơ của vi sinh vật trong điều kiện không có oxy. 1.2.Phân biệt giữa kị khí và hiếu khí: -Quá trình kị khí sử dụng CO 2 làm chất nhận điện tử không cần oxy -Quá trình kị khí sử dụng lượng bùn ít hơn 3-20 lần so với hiếu khí -Sản sinh khí có ích la Metan giúp giảm thiểu BOD trong bùn đã phân hủy -Nhu cầu năng lượng cho quá trình được giảm thiểu -Quá trình xử lí kị khí thích hợp cho các loại nước thải ô nhiễm nặng -Bể phản ứng kị khí có thể hoạt động ở chế độ tải trọng cao -Hệ thống kị khí có thể phân hủy sinh học các hợp chất tổng hợp và một số hợp chất thiên nhiên khó phân hủy như ligin *Một số nhược điểm của quá trình kị khí so với hiếu khí -Diễn ra chậm hơn hiếu khí -Nhạy cảm hơn trong việc phân hủy các chất độc -Khởi động cần nhiều thời gian -Đòi nồng độ cơ chất ban đầu tương đối cao II.Mô tả quá trình: 2.1.Chu trình kị khí 2.1.1.Qúa trình: Quá trình phân hủy yếm khí chất hữu cơ rất phức tạp liên hệ đến hàng trăm phản ứng và sản phẩm trung gian. Tuy nhiên người ta thường đơn giản hóa chúng bằng phương trình sau đây: Chất hữu cơ lên men -----------> yếm khí CH 4 + CO 2 + H 2 + NH 3 + H 2 S Hỗn hợp khí sinh ra thường được gọi là khí sinh học hay biogas. Thành phần của Biogas như sau: Methane (CH 4 ) 55 ¸ 65% Carbon dioxide (CO 2 ) 35 ¸ 45% Nitrogen (N 2 ) 0 ¸ 3% NHÓM 6 GVHD:TRẦN THỊ THANH HUYỀN 1 VSMT:QUÁ TRÌNH XỬ LÍ CHẤT THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP KỊ KHÍ Hydrogen (H 2 ) 0 ¸ 1% Hydrogen Sulphide (H 2 S) 0 ¸ 1% 2.1.2.Chu trình trong tự nhiên: - Phân hủy kỵ khí có thể chia làm 6 quá trình: 1. Thủy phân polymer: thủy phân các protein, polysaccaride, chất béo. 2. Lên men các amino acid và đường. 3. Phân hủy kỵ khí các acid béo mạch dài và rượu (alcohols). 4. Phân hủy kỵ khí các acid béo dễ bay hơi (ngoại trừ acid acetic). 5. Hình thành khí methane từ acid acetic. 6. Hình thành khí methane từ hydrogen và CO2. Các quá trình này có thể họp thành 4 giai đoạn, xảy ra đồng thời trong quá trình phân hủy kỵ khí chất hữu cơ: - Thủy phân: trong giai đoạn này, dưới tác dụng của enzyme do vi khuẩn tiết ra, các phức chất và các chất không tan (polysaccharides, protein, lipid) chuyển hóa thành các phức đơn giản hơn hoặc chất hòa tan (đường, các amino acid, acid béo). Quá trình này xảy ra chậm. Tốc độ thủy phân phụ thuộc vào pH, kích thước hạt và đặc tính dễ phân hủy của cơ chất. Chất béo thủy phân rất chậm. - Acid hóa: Trong giai đoạn này, vi khuẩn lên men chuyển hóa các chất hòa tan thành chất đơn giản như acid béo dễ bay hơi, alcohols, acid lactic, methanol, CO2, H2, NH3, H2S và sinh khối mới. Sự hình thành các acid có thể làm pH giảm xuống 4.0. - Acetic hoá (Acetogenesis): Vi khuẩn acetic chuyển hóa các sản phẩm của giai đoạn acid hóa thành acetate, H2, CO2 và sinh khối mới. - Methane hóa (methanogenesis): Đây là giai đoạn cuối của quá trình phân huỷ kỵ khí. Acetic, H2, CO2, acid fomic và methanol chuyển hóa thành methane, CO2 và sinh khối mới. Trong 3 giai đoạn thuỷ phân, acid hóa và acetic hóa, COD hầu như không giảm, COD chỉ giảm trong giai đoạn methane. NHÓM 6 GVHD:TRẦN THỊ THANH HUYỀN 2 VSMT:QUÁ TRÌNH XỬ LÍ CHẤT THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP KỊ KHÍ 2.2.Một số vi sinh vật tham gia vào quá trình kị khí Nhóm vi sinh vật thủy phân chát hữu cơ, nhóm vi sinh vật tạo acid Clostridium spp Peptococcus anaerobus Bifidobacterium spp Desulphovibrio spp Corynebacterium spp NHÓM 6 GVHD:TRẦN THỊ THANH HUYỀN 3 VSMT:QUÁ TRÌNH XỬ LÍ CHẤT THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP KỊ KHÍ Lactobacillus Actonomyces Escherichia coli Staphylococcus Vi khuẩn tạo Mêtan Hinh que Methanobacterium Methanobacilus NHÓM 6 GVHD:TRẦN THỊ THANH HUYỀN 4 VSMT:QUÁ TRÌNH XỬ LÍ CHẤT THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP KỊ KHÍ Dạng hình cầu Methanococcus Methanosarcina III.Các yếu tố kiểm soát quá trình kị khí: Quá trình lên men yếm khí có thể được khởi động một cách nhanh chóng nếu như chất thải của một hầm ủ đang hoạt động được dùng để làm chất mồi (đưa vi khuẩn đang hoạt động vào mẻ ủ). Hàm lượng chất rắn trong nguyên liệu nạp cho hầm ủ nên được điều chỉnh ở mức 5 ¸ 10%, 90 ¸ 95% còn lại là nước. Ảnh hưởng của nhiệt độ Nhiệt độ và sự biến đổi của nhiệt độ trong ngày và các mùa ảnh hưởng đến tốc độ phân hủy chất hữu cơ. Thông thường biên độ nhiệt sau đây được chú ý đến trong quá trình xử lý yếm khí: 25 ¸ 40 oC : đây là khoảng nhiệt độ thích hợp cho các vi sinh vật ưa ấm. 50 ¸ 65 oC : nhiệt độ thích hợp cho các vi sinh vật ưa nhiệt. Nói chung khi nhiệt độ tăng tốc độ sinh khí tăng nhưng ở nhiệt độ trong khoảng 40 ¸ 45 oC thì tốc độ sinh khí giảm vì khoảng nhiệt độ này không thích hợp cho cả hai NHÓM 6 GVHD:TRẦN THỊ THANH HUYỀN 5 VSMT:QUÁ TRÌNH XỬ LÍ CHẤT THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP KỊ KHÍ loại vi khuẩn, nhiệt độ trên 60 oC tốc độ sinh khí giảm đột ngột và quá trình sinh khí bị kềm hãm hoàn toàn ở 65 oC trở lên Ảnh hưởng của nhiệt độ lên khả năng sinh khí của hầm ủ (Price and Cheremisinoff, 1981, trích dẫn bởi Chongrak, 1989) Ở các nước vùng ôn đới nhiệt độ môi trường thấp; do đó tốc độ sinh khí chậm và ở nhiệt độ dưới 10 oC thể tích khí sản xuất được giảm mạnh. Để cải thiện tốc độ sinh khí người ta có thể dùng Biogas đun nóng nguyên liệu nạp, hoặc đun nước nóng để trao đổi nhiệt qua các ống hình xoắn ốc lắp đặt sẵn trong lòng hầm ủ. Ngoài ra người ta còn dùng các tấm nhựa trong để bao hầm ủ lại, nhiệt độ bên trong tấm nhựa trong sẽ cao hơn nhiệt độ môi trường từ 5 ¸ 10 oC , hoặc thiết kế cho phần trên hầm ủ chứa nước và lượng nước này được đun nóng lên bằng bức xạ mặt trời, hoặc tạo lớp cách nhiệt với môi trường bằng cách phủ phân compost hoặc lá cây lên hầm ủ. Ảnh hưởng của pH và độ kiềm (alkalinity) pH trong hầm ủ nên được điều chỉnh ở mức 6,6 ¸ 7,6 tối ưu trong khoảng 7 ¸ 7,2 vì tuy rằng vi khuẩn tạo acid có thể chịu được pH thấp khoảng 5,5 nhưng vi khuẩn tạo methane bị ức chế ở pH đó. pH của hầm ủ có khi hạ xuống thấp hơn 6,6 do sự tích tụ quá độ các acid béo do hầm ủ bị nạp quá tải hoặc do các độc tố trong nguyên liệu nạp ức chế hoạt động của vi khuẩn methane. Trong trường hợp này người ta lập tức ngưng nạp cho hầm ủ để vi khuẩn sinh methane sử dụng hết các acid thừa, khi hầm ủ đạt được tốc độ sinh khí bình thường trở lại người ta mới nạp lại nguyên liệu cho hầm ủ theo đúng lượng quy định. Ngoài ra người ta có thể dùng vôi để trung hòa pH của hầm ủ. Alkalinity của hầm ủ nên được giữ ở khoảng 1.000 ¸ 5.000 mg/L để tạo khả năng đệm tốt cho nguyên liệu nạp. Ảnh hưởng của độ mặn Thường trên 90% trọng lượng nguyên liệu là nước. TTNLM đã tìm hiểu khả năng sinh Biogas của hầm ủ tùy thuộc nồng độ muối trong nước. Kết quả cho thấy vi khuẩn tham gia trong quá trình sinh khí methane có khả năng dần dần thích nghi với nồng độ của muối ăn NaCl trong nước. Với nồng độ < 0,3% khả năng sinh khí không bị giảm đáng kể. Như vậy việc vận hành các hệ thống xử lý yếm khí tại các vùng nước lợ trong mùa khô không gặp trở ngại nhiều (Lê Hoàng Việt, 1988). Các chất dinh dưỡng NHÓM 6 GVHD:TRẦN THỊ THANH HUYỀN 6 VSMT:QUÁ TRÌNH XỬ LÍ CHẤT THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP KỊ KHÍ Để bảo đảm năng suất sinh khí của hầm ủ, nguyên liệu nạp nên phối trộn để đạt được tỉ số C/N từ 25/1 ¸ 30/1 bởi vì các vi khuẩn sử dụng carbon nhanh hơn sử dụng đạm từ 25 ¸ 30 lần. Các nguyên tố khác như P, Na, K và Ca cũng quan trọng đối với quá trình sinh khí tuy nhiên C/N được coi là nhân tố quyết định. Ảnh hưởng lượng nguyên liệu nạp Ảnh hưởng của lượng nguyên liệu nạp có thể biểu thị bằng 2 nhân tố sau: Hàm lượng chất hữu cơ biểu thị bằng kg COD/m 3 /ngày hay VS/m 3 /ngày Thời gian lưu trữ hỗn hợp nạp trong hầm ủ HRT Lượng chất hữu cơ nạp cao sẽ làm tích tụ các acid béo do các vi khuẩn ở giai đoạn 3 không sử dụng kịp làm giảm pH của hầm ủ gây bất lợi cho các vi khuẩn methane. Ảnh hưởng của các chất khóang trong nguyên liệu nạp Các chất khóang trong nguyên liệu nạp có tác động tích cực hoặc tiêu cực đến quá trình sinh khí methane. Ví dụ ở nồng độ thấp Nikel làm tăng quá trình sinh khí. Các chất khóang này còn gây hiện tượng cộng hưởng hoặc đối kháng. Hiện tượng cộng hưởng là hiện tượng tăng độc tính của một nguyên tố do sự có mặt một nguyên tố khác. Hiện tượng đối kháng là hiện tượng giảm độc tính của một nguyên tố do sự có mặt của một nguyên tố khác. Hiện tượng cộng hưởng và đối kháng của các cation đối với quá trình lên men yếm khí (EPA, 1979, trích dẫn bởi Chongrak, 1989) Cations gây độc Cations cộng hưởng Cations đối kháng Ammonium - N Ca, Mg, K Na Ca Ammniu - N, Mg K, Na Mg Ammonium - N, Ca K, Na K K, Na Na Ammonium - N, Ca, Mg K NHÓM 6 GVHD:TRẦN THỊ THANH HUYỀN 7 VSMT:QUÁ TRÌNH XỬ LÍ CHẤT THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP KỊ KHÍ Khuấy trộn Khuấy trộn tạo điều kiện cho vi khuẩn tiếp xúc với chất thải làm tăng nhanh quá trình sinh khí. Nó còn làm giảm thiểu sự lắng đọng của các chất rắn xuống đáy hầm và sự tạo bọt và váng trên mặt hầm ủ. IV.Xử lí kị khí nứớc thải: 4.1. Bể tự hoại 4.1.1. Nguyên tắc: Dạng bể tự hoại truyền thống 4.1.2.Một số bể tự hoại cải tiến: Dạng bể tự hoại kết hợp bãi lọc ngầm Dạng bể tự hoại kết hợp hồ sinh vật Dạng bể tự hoại kết hợp lọc sinh học NHÓM 6 GVHD:TRẦN THỊ THANH HUYỀN 8 VSMT:QUÁ TRÌNH XỬ LÍ CHẤT THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP KỊ KHÍ 4.2.UASB: 4.2.1.Nguyên tắc: 4.2.2.Môt số bể UASB cải tiến: 4.2.2.1. Nội dung nghiên cứu - Khảo sát sự thích nghi và đặc tính của bùn hoạt tính trong quá trình nghiên cứu với môhình động tại phòng thí nghiệm - Nghiên cứu quá trình khử carbon (COD, BOD), quá trình trình loại bỏ nito và photpho .4.2.2.1 Phương pháp nghiên cứu 4.2.2.1.1.Mô hình nghiên cứu: NHÓM 6 GVHD:TRẦN THỊ THANH HUYỀN 9 VSMT:QUÁ TRÌNH XỬ LÍ CHẤT THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP KỊ KHÍ Chú thích: Các chữ số chỉ kích thước (cm) (A) : Mương thu nước đầu vào; (B) :Ngăn thiếu khí; (C) : Ngăn hiếu khí; (D) : Ngăn USBF; (E) : Các thanh sụckhí; (G) : Ống thu bùn; I, II, III: Các điểm lấy mẫu ngăn thiếu khí, hiếukhí và sau quá trình xử lý; IV : vị trí tuần hoàn bùn Hình 1. Sơ đồ cấu tạo của mô hình Cấu tạo của mô hình (hình 1): Mô hình gồm 3 module chính: ngăn thiếu khí (anoxic), ngăn hiếu khí (aerobic) và ngăn lọc bùn sinh học dòng ngược (USBF). Mương chảy tràn thu nước đầu vào nhằm hạn chế tác động của dòng vào đối với ngăn thiếu khí và tăng hiệu quả xáo trộn giữa dòng nước thải đầu vào và bùn tuần hoàn. Mương chảy tràn và thu nước đầu ra, ống thu bùn, bộ phận sục khí… Các thiết bị cần thiết bao gồm: 1 máy bơm định lượng bơm nước thải đầu vào, 1 máy bơm bùn và 1 máy thổi khí. NHÓM 6 GVHD:TRẦN THỊ THANH HUYỀN 10 [...]... đến Bể nén bùn và tiếp tục được đưa vào máy ép bùn để xử lý Bùn sau khi ép có thể vận chuyển đi xử lý như chất thải rắn NHÓM 6 19 GVHD:TRẦN THỊ THANH HUYỀN VSMT:QUÁ TRÌNH XỬ LÍ CHẤT THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP KỊ KHÍ 5.2 .Xử lí kị khí dùng sơ dừa: Dùng xơ dừa để xử lý nước thải Các vật liệu dùng làm giá thể cho sinh vật bám trong quy trình xử lý nước thải sinh học thường có ít nhất một trong 4 điểm yếu sau:... Nước thải sau bể điều hòa sẽ được tiếp tục được bơm qua Bể điều chỉnh pH nhằm ổn định pH trước khi nước thải qua quá trình xử lý sinh học NHÓM 6 18 GVHD:TRẦN THỊ THANH HUYỀN VSMT:QUÁ TRÌNH XỬ LÍ CHẤT THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP KỊ KHÍ Trong Bể sinh học kỵ khí (UASB) xảy ra quá trình phân huỷ các chất hữu cơ hòa tan và dạng keo trong nước thải với sự tham gia của các vi sinh vật yếm khí Vi sinh vật yếm khí. ..VSMT:QUÁ TRÌNH XỬ LÍ CHẤT THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP KỊ KHÍ Nguyên tắc hoạt động của mô hình (Hình 2): Mô hình được thiết kế nhằm kết hợp các quá trình loại bỏ carbon (COD, BOD), quá trình nitrat hoá/khử nitrat và quá trình loại bỏ dinh dưỡng (N và P) Nước thải được loại bỏ rắn, sau đó, được bơm vào mương chảy tràn thu nước đầu vào cùng trộn lẫn với dòng tuần hoàn bùn Hồn hợp nước thải và bùn hoạt... khí: 1 II.Mô tả quá trình: 1 III.Các yếu tố kiểm soát quá trình kị khí: 5 IV .Xử lí kị khí nứớc thải: .8 4.1 Bể tự hoại 8 4.2.UASB: 9 V.Một số bàn luận và ý kiến đề xuất: 18 5.1 .Xử lí kị khí kết hợp hiếu khí hiệu quả hơn: .18 5.2 .Xử lí kị khí dùng sơ dừa: 20 NHÓM 6 22 GVHD:TRẦN THỊ THANH HUYỀN ... HUYỀN VSMT:QUÁ TRÌNH XỬ LÍ CHẤT THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP KỊ KHÍ LKại hầm ủ nầy được thiết kế bởi Lettinga và các cộng sự viên vào 1983 ở Netherlands Loại hầm ủ nầy thích hợp cho việc xử lý các chất thải có hàm lượng chất hữu cơ cao và thành phần vật chất rắn thấp Hầm ủ gồm 3 phần chính: (a) phần bùn đặc ở dưới đáy hầm ủ, (b) một lớp thảm bùn ở giửa hầm, (c) dung dịch lỏng ở phía trên Nước thải được nạp... khoảng 90% đối với cả COD và BOD, hiện tượng cuốn trôi vi sinh vật ra khỏi bể xử lý không đáng kể, thuận lợi cho những quá trình xử lý kế tiếp Sau hơn một năm vận hành, bể kỵ khí dùng xơ dừa không có hiện tượng tắc nghẽn dòng chảy nước thải NHÓM 6 20 GVHD:TRẦN THỊ THANH HUYỀN VSMT:QUÁ TRÌNH XỬ LÍ CHẤT THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP KỊ KHÍ Vì thành phần chủ yếu của xơ dừa là cellulose (khoảng 80%) và lignin (khoảng... THANH HUYỀN VSMT:QUÁ TRÌNH XỬ LÍ CHẤT THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP KỊ KHÍ 12 http://www.giaoducsuckhoe.net 13 http://www.ctu.edu.vn 14 http://www.ngoinhachung.net 15 http://xulymoitruong 16.TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KH&CN, TẬP 9, SỐ 7 -2006 Trang 67 17.Sách “vi sinh môi trường”-ĐỖ HỒNG LAN CHI &LÂM MINH TRIẾTNXB ĐHQG TP HCM MỤC LỤC I.Giới thiệu chung về quá trình kị khí: 1 II.Mô tả quá trình: ... này Sau đó, nước thải chảy qua ngăn hiếu khí nhờ khe hở dưỡi đáy ngăn USBF Ở đây ô xy được cung cấp nhờ các ống cung cấp khí qua một máy bơm Nước thải sau ngăn hiếu khí chảy vào ngăn USBF và di chuyển tử dưới lên, ngược chiều với dòng bùn lắng xuống theo phương thẳng đứng Đây chính là công đoạn thể NHÓM 6 11 GVHD:TRẦN THỊ THANH HUYỀN VSMT:QUÁ TRÌNH XỬ LÍ CHẤT THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP KỊ KHÍ hiện ưu điểm... đi kèm Qui trình USBF được thiết kế để: • • • Khử chất hữu cơ dạng carbonate (BOD) Khử BOD, nitrate hóa và khử nitrtate Khử BOD, nitrate hóa/ khử nitrtate và khử phốt pho NHÓM 6 12 GVHD:TRẦN THỊ THANH HUYỀN VSMT:QUÁ TRÌNH XỬ LÍ CHẤT THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP KỊ KHÍ Để khử carbonate, vùng anoxic được xem như vùng lựa chọn mà ở đó sự pha trộn dòng thải sẽ làm tăng khả năng lắng và khống chế quá trình tăng... mà ở đó xảy ra quá trình tạo bông thủy lực Bể lắng hình thang tạo ra tốc độ dâng NHÓM 6 13 GVHD:TRẦN THỊ THANH HUYỀN VSMT:QUÁ TRÌNH XỬ LÍ CHẤT THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP KỊ KHÍ dòng chảy ổn định trên toàn bề mặt từ đáy đến mặt trên bể lắng, điều này cho phép sự giảm gradient vận tốc dần dần trong suốt bể lắng http://www.xulymoitruong.com.vn/Browse.php?b=news_detail&id=25 4.3.Một số hầm kị khí: 4.3.1Các loại . để kh nitrate th nh nh ng ph n t nitơ. Sự kh phospho cơ học trong qui tr nh này t ng t trong chu tr nh phospho và c i tiến t qui tr nh Bardenpho.. GVHD :TR N TH THANH HUYỀN 15 VSMT :QU TR NH X L CHT THI BNG PHNG PHP K KH Loi hm ny rt ph bin n , cũn gi l hm kiu KVIC (c thit k bi Khadi and Village