Quá trình xử lí chất thải bằng phương pháp 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 CO2 làm chất nhận điện tử

VSMT:QUÁ TRÌNH XỬ LÍ CHẤT THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP KỊ KHÍI.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 CO2 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 caoII.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 cơlên men-----------> yếm khíCH4 + CO2 + H2 + NH3 + H2SHỗn hợp khí sinh ra thường được gọi là khí sinh học hay biogas. Thành phần của Biogas như sau: Methane (CH4) 55 ¸ 65%Carbon dioxide (CO2) 35 ¸ 45%Nitrogen (N2) 0 ¸ 3%NHÓM 6 GVHD:TRẦN THỊ THANH HUYỀN 1 VSMT:QUÁ TRÌNH XỬ LÍ CHẤT THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP KỊ KHÍHydrogen (H2) 0 ¸ 1%Hydrogen Sulphide (H2S) 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 trìnhphân hủy kỵ khí chất hữu cơ:- Thủy phân: trong giai đoạn này, dưới tác dụng của enzyme do vi khuẩn tiếtra, các phức chất và các chất không tan (polysaccharides, protein, lipid) chuyển hóathành 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 hạtvà 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 hòatan 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 giảmxuống 4.0.- Acetic hoá (Acetogenesis): Vi khuẩn acetic chuyển hóa các sản phẩm củagiai 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, acidfomic 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 KHÍ2.2.Một số vi sinh vật tham gia vào quá trình kị khíNhóm vi sinh vật thủy phân chát hữu cơ, nhóm vi sinh vật tạo acidClostridium spp Peptococcus anaerobus Bifidobacterium sppDesulphovibrio spp Corynebacterium sppNHÓM 6 GVHD:TRẦN THỊ THANH HUYỀN 3 VSMT:QUÁ TRÌNH XỬ LÍ CHẤT THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP KỊ KHÍLactobacillus Actonomyces Escherichia coli Staphylococcus Vi khuẩn tạo Mêtan Hinh queMethanobacterium Methanobacilus NHÓM 6 GVHD:TRẦN THỊ THANH HUYỀN 4 VSMT:QUÁ TRÌNH XỬ LÍ CHẤT THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP KỊ KHÍDạng hình cầuMethanococcus MethanosarcinaIII.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 độNhiệt 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 ¸ 40oC: đây là khoảng nhiệt độ thích hợp cho các vi sinh vật ưa ấm.50 ¸ 65oC: 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 ¸ 45oC 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 KHÍloại vi khuẩn, nhiệt độ trên 60oC tốc độ sinh khí giảm đột ngột và quá trình sinh khí bị kềm hãm hoàn toàn ở 65oC 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 10oC 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 ¸ 10oC, 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 mặnThường 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 dưỡngNHÓM 6 GVHD:TRẦN THỊ THANH HUYỀN 6 VSMT:QUÁ TRÌNH XỬ LÍ CHẤT THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP KỊ KHÍĐể 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 nạpẢnh 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/m3/ngày hay VS/m3/ngày Thời gian lưu trữ hỗn hợp nạp trong hầm ủ HRTLượng 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 nạpCác 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 khángAmmonium - N Ca, Mg, K NaCa Ammniu - N, Mg K, NaMg Ammonium - N, Ca K, NaK K, NaNa Ammonium - N, Ca, Mg KNHÓM 6 GVHD:TRẦN THỊ THANH HUYỀN 7 VSMT:QUÁ TRÌNH XỬ LÍ CHẤT THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP KỊ KHÍKhuấy trộnKhuấy 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 hoại4.1.1. Nguyên tắc:Dạng bể tự hoại truyền thống4.1.2.Một số bể tự hoại cải tiến:Dạng bể tự hoại kết hợp bãi lọc ngầmDạng bể tự hoại kết hợp hồ sinh vậtDạng bể tự hoại kết hợp lọc sinh họcNHÓM 6 GVHD:TRẦN THỊ THANH HUYỀN 8 VSMT:QUÁ TRÌNH XỬ LÍ CHẤT THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP KỊ KHÍ4.2.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 cứu4.2.2.1.1.Mô hình nghiên cứu:NHÓM 6 GVHD:TRẦN THỊ THANH HUYỀN 9 VSMT:QUÁ TRÌNH XỬ LÍ CHẤT THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP KỊ KHÍChú 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: Cácđiểm lấy mẫu ngăn thiếu khí, hiếukhí và sau quá trình xử lý; IV : vị trítuần hoàn bùnHình 1. Sơ đồ cấu tạo của mô hìnhCấu tạo của mô hình (hình 1): Mô hình gồm 3 module chính: ngăn thiếu khí (anoxic), ngănhiếu khí (aerobic) và ngăn lọc bùn sinh học dòng ngược (USBF). Mương chảy tràn thu nướcđầu vào nhằm hạn chế tác động của dòng vào đối với ngăn thiếu khí và tăng hiệu quả xáo trộngiữa dòng nước thải đầu vào và bùn tuần hoàn. Mương chảy tràn và thu nước đầu ra, ống thubùn, bộ phận sục khí… Các thiết bị cần thiết bao gồm: 1 máy bơm định lượng bơm nước thảiđầu vào, 1 máy bơm bùn và 1 máy thổi khí.NHÓM 6 GVHD:TRẦN THỊ THANH HUYỀN 10 [...]... LỤC I.Giới thiệu chung về q trình kị khí: 1 II.Mơ tả q trình: 1 III.Các yếu tố kiểm sốt q 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 NHĨM 6 GVHD:TRẦN THỊ THANH HUYỀN 22 VSMT:Q TRÌNH XỬ LÍ CHẤT THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP KỊ KHÍ Để khử carbonate, vùng... học NHÓM 6 GVHD:TRẦN THỊ THANH HUYỀN 8 VSMT:Q TRÌNH XỬ LÍ CHẤT THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP KỊ KHÍ Dạng hình cầu Methanococcus Methanosarcina III.Các yếu tố kiểm sốt q trình kị khí: Q 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... q trình tạo bơng thủy lực. Bể lắng hình thang tạo ra tốc độ dâng NHÓM 6 GVHD:TRẦN THỊ THANH HUYỀN 13 VSMT:Q 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 q trình xử. .. lượng bơm nước thải đầu vào, 1 máy bơm bùn và 1 máy thổi khí. NHĨM 6 GVHD:TRẦN THỊ THANH HUYỀN 10 VSMT:Q TRÌNH XỬ LÍ CHẤT THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP KỊ KHÍ Ngun tắc hoạt động của mơ hình (Hình 2): Mơ hình được thiết kế nhằm kết hợp các quá trình loại bỏ carbon (COD, BOD), q trình nitrat hố/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... 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 khơng 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 Hồng Việt, 1988). Các chất dinh dưỡng NHĨM 6 GVHD:TRẦN THỊ THANH HUYỀN 6 VSMT:Q TRÌNH XỬ LÍ CHẤT THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP KỊ KHÍ Lactobacillus... ở miền Nam Việt Nam trong việc xử lý phân người và gia súc. • Hầm ủ nắp trơi nổi (Ấn Độ) NHÓM 6 GVHD:TRẦN THỊ THANH HUYỀN 15 VSMT:Q 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... THANH HUYỀN 11 VSMT:Q 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 q 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... 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:Q 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. .. thước, tạo chế độ làm việc ổn định cho các công trình phía sau, tránh hiện tượng q tải. 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 GVHD:TRẦN THỊ THANH HUYỀN 18 VSMT:Q TRÌNH XỬ LÍ CHẤT THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP KỊ KHÍ con nơng dân hiện nay. Tuổi thọ của túi ủ tùy thuộc vào thời gian lão hóa của nguyên... Methanobacilus NHÓM 6 GVHD:TRẦN THỊ THANH HUYỀN 4 VSMT:Q 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. . THỊ THANH HUYỀN 19 VSMT:QUÁ TRÌNH XỬ LÍ CHẤT THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP KỊ KHÍ5.2 .Xử lí kị khí dùng sơ dừa:Dùng xơ dừa để xử lý nước thảiCác vật liệu dùng làm. 7 VSMT:QUÁ TRÌNH XỬ LÍ CHẤT THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP KỊ KHÍKhuấy trộnKhuấy trộn tạo điều kiện cho vi khuẩn tiếp xúc với chất thải làm tăng nhanh quá trình sinh khí.