Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học

Trong nhiều biện pháp xử lý nước thải thì biện pháp sinh học được quan tâm nhiều nhất và cũng cho hiệu quả cao nhất. So với biện pháp vật lý, hóa học biện pháp sinh học chiếm vai trò quan trọng về quy mô cũng như giá thành đầu tư do chi phí cho 1 đơn vị khối lượng chất khử là ít nhất. Xử lí nước thải là quá trình loại bỏ chất ô nhiễm ra khỏi nước thải thông qua các quá trình vật lý, hóa học, và sinh học để loại bỏ các chất ô nhiễm để đưa chúng về các dạng chất khác nhau như chất lỏng không độc hại với môi trường.Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học dựa trên hoạt động sống của vi sinh vật, chủ yếu là vi khuẩn dị dưỡng hoại sinh có trong nước thải.Tìm hiểu một số quá trình lọc sinh học để xử lý nước thảiCấu tạo và nguyên lý hoạt động của một số phương phápƯu nhược, điểm của các phương pháp để từ đó đưa ra được lựa chọn phương pháp hợp lý.Xử lý các loại nước thải đạt hiệu quả.

Chủ đề : Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học

I Đặt vấn đề:

• Trong nhiều biện pháp xử lý nước thải thì biện pháp sinh học được quan tâm nhiều nhất và cũng cho hiệu quả cao nhất So với biện pháp vật lý, hóa học biện pháp sinh học chiếm vai trò quan trọng

về quy mô cũng như giá thành đầu tư do chi phí cho 1 đơn vị khối lượng chất khử là ít nhất

• Xử lí nước thải là quá trình loại bỏ chất ô nhiễm ra khỏi nước thải thông qua các quá trình vật lý, hóa học, và sinh học để loại bỏ các chất ô nhiễm để đưa chúng về các dạng chất khác nhau như chất lỏng không độc hại với môi trường.

• Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học dựa trên hoạt động sống của vi sinh vật, chủ yếu là vi khuẩn dị dưỡng hoại sinh có trong nước thải

II Mục tiêu nghiên cứu

- Tìm hiểu một số quá trình lọc sinh học để xử lý nước thải

- Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của một số phương pháp

- Ưu nhược, điểm của các phương pháp để từ đó đưa ra được lựa chọn phương pháp hợp lý

- Xử lý các loại nước thải đạt hiệu quả

III Phân loại

1 Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học hiếu khí

• Là quá trình sử dụng vi sinh vật oxy hóa các chất oxy hóa trong điều kiện có oxy

• Gồm tự nhiên và nhân tạo

* Quá trình xử lý hiếu khí gồm 3 giai đoạn:

- Giai đoạn 1: Quá trình Oxy hoá các chất hữu cơ tạo thành CO2 và H2O, một phần năng lượng:

1.1 Phương pháp xử lý sinh học tự nhiên

1.1.1 Ao hồ sinh học hiếu khí

- Là loại ao nông 0,3 ÷ 0,5m có quá trình oxy hóa các chất bẩn hữu cơ chủ yếu nhờ các VSV hiếu khí

- Nguyên lý hoạt động: Oxy từ không khí dễ dàng khuyếch tán vào lớp nước phía trên và ánh sáng mặt trời chiếu rọi, làm tảo phát triển, tiến hành quang hợp thải ra oxy.

1.1.2 Cánh đồng tưới và bãi lọc

- Thường sử dụng cho xử lý nước thải sinh hoạt do chứa N:P:K = 5:1:2 phù hợp cho phát triển thực vật

- Nhằm xử lý nước thải đồng thời tận dụng nước thải làm nguồn phân bón

- Nguyên tắc hoạt động: dựa trên khả năng giữ cặn trên mặt đất, nước thấm qua đất như đi qua lọc, trong đất chứa VSV hiếu khí với lượng oxy có trong các lổ hỏng và mao quản của lớp đất mặt

1.2 Phương pháp xử lý sinh học nhân tạo

1.2.1 Bể Aerotank

- Là các bể phản ứng sinh học được làm hiếu khí bằng cách thổi khí nén và khuấy đảo cơ học làm cho VSV tạo thành các hạt bùn hoạt tính lơ lửng trong khắp pha lỏng

* Đặc điểm và nguyên lý làm việc

- Là công trình bê tông cốt thép hình chữ nhật hoặc hình tròn Nước thải chảy qua suốt chiều dài bể và được sục khí, khuấy đảo nhằm tăng cường lượng oxy hòa tan và tăng cường quá trình oxy hóa chất bẩn hữu cơ có trong nước.

- Nguyên lý làm việc: quá trình oxy hóa gồm 3 giai đoạn

- Gđ 1 : Tốc độ oxh = tốc độ tiêu thụ oxy Ở giai đoạn này bùn hoạt tính hình thành và phát triển VSV sinh trưởng mạnh dẫn đến lượng oxy tăng cao.

- Gđ 2 : VSV phát triển ổn định và tốc độ tiêu thụ oxy gần

như ít thay đổi Chính giai đoạn này các chất bẩn hữu cơ bị phân hủy nhất.

- Gđ 3 : Sau 1 thời gian khá dài tốc độ oxy hoá cầm chừng và có chiều hướng giảm, tốc độ tiêu thụ của oxy tăng lên.

* Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng làm sạch nước thải của bể Aerotank

- Bể lọc sinh học bao gồm các bộ phận chính sau: + Phần chứa vật liệu lọc

+Hệ thống phân phối nước trên toàn bộ bề mặt bể

+ Hệ thống thu và dẫn nước sau khi lọc

+ Hệ thống dẫn và phân phối khí cho bể lọc

c Phân loại

* Lọc sinh học có lớp vật liệu không ngập trong nước (lọc phun hay lọc nhỏ giọt):

- Một vài thông số phải được duy trì trong quá trình hệ thống lọc sinh học đang vận hành: + pH : 7

+Độ ẩm

+ Nhiệt độ : 30-40º C

+ Mức Oxy

* Ưu điểm :

- Tiết kiệm chi phí công nhân(giảm việc trông coi)

- Tiết kiệm năng lượng(có thể sử dụng cách thông gió tự nhiên)

* Nhược điểm:

- Hiệu suất làm sạch nhỏ hơn với cùng một tải lượng khối

- Dễ bị tắc nghẽn

- Rất nhạy cảm với nhiệt độ

- Không khống chế được quá trình thông khí, dễ bốc mùi

- Chiều cao hạn chế

- Bùn dư không ổn định

- Khối lượng vật liệu tương đối nặng nên giá thành xây dựng cao

* Lọc sinh học có lớp vật liệu ngập trong nước:

- Ưu điểm:

+ Chiếm ít diện tích vì không cần bể lắng trong

+ Đơn giản, dễ dàng cho việc bao, che công trình, khử độc hại, đảm bảo mĩ quan

+ Không cần phải rửa lọc, vì quần thể VSV được cố định trên giá đỡ cho phép chống lại sự thay đổi tải lượng của nước thải

+ Dễ dàng phù hợp với nước thải pha loãng đưa vào hoạt động rất nhanh, ngay cả sau 1 thời gian dừng làm việc kéo dài hàng tháng

+ Có cấu trúc modun và dễ dàng tự động hoá

* Nhược điểm

- Tổn thất khí cấp cho qúa trình, vì phải tăng lưu lượng khí không chỉ đáp ứng cho nhu cầu của VSV mà còn cho nhu cấu co thuỷ lực

- Làm tăng tổn thất tải lượng, giảm lượng nước thu hồi

- Phun khí mạnh tạo nên dòng chuyển động xoáy làm giảm khả năng giữ huyề phù.

1.2.3 Đĩa quay sinh học RBC

- Khái niệm:

+ Là công trình của thiết bi xử lý nước thải bằng kỷ thuật màng lọc sinh học dựa trên sự gắn kết của VSV trên bề mặt của vật liệu

- Nguyên tắc hoạt động:

+Khi màng sinh học tiếp xúc với chất hữu cơ có trong nước thải sau đó tiếp xúc với oxy ra khỏi đĩa

+ Nhờ quay liên tục mà màng sinh học vừa tiếp xúc với không khí vừa tiếp xúc với chất hữu cơ =>chất hữu cơ bị phân hủy nhanh

1.2.4 Mương oxy hóa

- Mương oxy hóa là một dạng cải tiến của Aerotan khuấy trộn hoàn chỉnh làm việc trong điều kiện hiếu khí kéo dài với bùn hoạt tính

- Thường sử dụng đối với nước thải có độ ô nhiễm bẩn cao BOD20 = 1000 ÷ 5000mg/l

2 Xử lý nước thải bằng phương pháp kỵ khí

• Phương pháp xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học kỵ khí là quá trình sử dụng vi sinh vật kỵ khí trong môi trường không có oxi.

• Quá trình phân hủy kỵ khí trải qua 4 giai đoạn:

- Giai đoạn 1: quá trình thuỷ phân, cắt mạch các hợp chất cao phân tử Trong giai này các chất thải hữu cơ chứa nhiều chất hữu cơ cao phân tử như protein, chất béo, celluloses, lignin,… chúng bị thuỷ phân, sẽ được cắt mạch tạo thành những phân tử đơn giản hơn, dễ phân huỷ hơn Các phản ứng thuỷ phân sẽ chuyển hoá protein thành amino axit, carbohydrates thành đường đơn, và chất béo thành các axid béo.

- Giai đoạn 2: axit hoá Trong giai đoạn này, các chất hữu cơ đơn giản lại phân giải chuyển hoá thành axit acetic , H2 và CO2 Các axit béo dễ bay hơi chủ yếu là axit acetic axit propionic và axit lactic Bên cạnh đó, CO2 và H2O, methanol, các rượu đơn giản.khác cũng được hình thành trong quá trình cắt mạch carbohydrates Vi sinh vật phân giải methane chỉ có thể phân huỷ một số loại cơ chất nhất định như CO2 + H2, formate,acetate, methanol, CO.

- Giai đoạn 3: Acetate hoá.

- Giai đoạn 4: Methane hoá

- Tuỳ theo trạng thái tồn tại của bùn, có thể chia quá trình xử lý kỵ khí thành:

• Quá trình xử lý kỵ khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng lơ lửng như quá trình tiếp xúc kỵ khí, quá trình xử lý bùn

kỵ khí với dòng nước đi từ dưới lên (UASB)

• Quá trình xử lý kỵ khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng dính bám như quá trình lọc kỵ khí

.

Bể UASB

2.1 Xử lý kỵ khí nhân tạo:

2.1.1 Bể UASB:

- Lớp bùn lắng có hoạt tính rất cao ở dưới đáy chất thải được đưa vào từ dưới dáy của bể phản ứng vào trong lớp bùn.

- Dưới tác dung của vi sinh vật kị khí Chúng được chuyển hoá thành mêtan và cacbon dioxide

- Chất khí phát sinh giữ cho cả lớp bùn được trộn đều

- Một số hạt bị dẩy lên khỏi lớp bùn

- Khi mất “bẩy khí” chúng lắng xuống trở lại lớp bùn.

Bể UASB lăng trụ đứng

* Ưu điểm:

- Không tốn nhiều năng lượng

- Quá trình công nghệ không đòi hỏi kỷ thuật phức tạp

- Tạo ra lượng bùn có hoạt tính cao , nhưng lượng bùn không sản sinh không nhiều giảm chi phí xử lý

- Loại bỏ chất hữu cơ với lượng lớn,hiệu quả Xử lý BOD trong khoảng 600 150000 mg/l đạt từ 8095%

-. Nước thải được tiếp xúc với vật liệu

-. Khi nước thải chảy qua lớp vật liệu lọc, vi khuẩn tạo thành màng vi sinh vật

-. Chất hữu cơ khi tiếp xúc với màng vsv sẽ bị hấp thụ và phân hủy Bùn cặn được giữ lại trong khe rỗng của lớp lọc

-. Sau 2-3 tháng làm việc xả bùn một lần,thau rửa lọc

b Lọc kỵ khí với vật liệu giá lỏng trương nở(ANAFLUX):

* Nguyên tắc hoạt động:

- Nước thải được bơm hướng lên qua lớp vật liệu lọc

- Vi sinh vật trong nước thải được cố định trên lớp vật liệu hạt

- Lớp vật liệu này không được đặt cố định và có khuynh hướng giản nở khi có dòng nước đi qua

* Ưu,nhược điểm của lọc kỵ khí

- Ưu điểm:

+ Ít bị tắt nghẽn trong quá trình làm việc

+ Không tẩy trôi các quần thể sinh học bám trên vật liệu.

- Ưu điểm:

+ Có thể chuyển bùn từ bể này sang bể khác một cách dễ dàng

+ Lọc bỏ được BOD5 tới 80 ÷ 95% và COD từ 65 ÷ 90% ( tùy thuộc vào bản chất của nước thải) xuống đáy

2.2 Xử lý kỵ khí tự nhiên

* Ao hồ kỵ khí:

- Ao hồ kỵ khí là loại ao sâu, các VSV kỵ khí hoạt động sống không cần oxy của không khí Chúng sử dụng oxy ở

các hợp chất như nitrat, sulfat… để oxy hóa các chất hữu cơ thành các axit hữu cơ, các loại rượu và khí CH4, H2S, CO2, …, và H2O

- Nguyên lý làm việc: Nước thải dẫn vào hồ được đặt chìm đảm bảo cho việc phân phối cặn đồng đều trong hồ

Cửa xả nước ra khỏi hồ theo kiểu thu nước bề mặt và có tấm ngăn bùn không cho ra cùng với nước

- Ứng dụng: Loại ao hồ này có thể tiếp nhận loại nước thải ( kể cả nước thải công nghiệp) có độ nhiễm bẩn lớn,

tải BOD cao và không cần vai trò quang hợp của tảo

3 Quá trình xử lý sinh học hiếu khí kết hợp với kỵ khí

* Ao hồ hiếu – kỵ khí:

- Đây là loại ao hồ phổ biến trong thưc tế Đó là loại kết hợp có hai quá trình song song: phân hủy hiếu khí các chất hữu cơ hòa tan có điều ở trong nước và phân hủy kỵ khí ( sản phẩm chủ yếu là CH4) cặn lắng ở vùng đáy

4 Quá trình xử lý sinh học thiếu khí

- Sau khi xử lý sinh học, nước thải có thể giảm được 90 ÷ 98% BOD nhưng tổng N chỉ giảm được 30 ÷ 40% và khoảng 30% lượng P, hàm lương N và P vượt quá ngưỡng cho phép thì cần xử lý bổ sung bằng phương pháp thiếu khí

- Đây là quá trình chuyển hóa Nitrat thành N trong điều kiện không cấp thêm oxy

từ ngoài vào

- Qúa trình khử Nitrat bao gồm việc oxy hóa nhiều chất hữu cơ trong xử lý nước thải, sử dụng Nitrat hoặc Nitrit như là chất nhận điện tử thay cho oxy.

IV Kết luận

- Bản chất của xử lý nước thải bằng công nghệ sinh học mà tiêu biểu phương pháp xử lý hiếu khí là quá trình phân huỷ các chất ô nhiễm hữu cơ nhờ vi sinh vật Để đạt được hiệu quả quá trình phân hủy sinh học cần cung cấp lượng chất dinh dưỡng, oxi phù hợp cho VSV nhằm đảm bảo cho quá trình phân hủy diễn ra ổn định

- Phương pháp xử lý nước thải bằng công nghệ sinh học đã và đang được ứng dụng rộng rãi trong công

nghiệp được dùng để xử lý các chất hữu cơ hoà tan, chất vô cơ H2S, sunfit, ammonia, nitơ… là các chất ô nhiễm

có trong nước thải được xử lý dựa trên hoạt động của vi sinh vật (VSV) đểphân huỷ chất hữu cơ gây ô nhiễm VSV sử dụng chất hữu cơ và một số khoáng chất làm thức ăn để sinh trưởng và phát triển