Giáo trình công nghệ môi trường ( tập 1 : xử lý nước phần 2)

Chương 13 XỬ LÍ NƯỚC THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC TRONG ĐIỀU KIỆN NHÂN TẠO VỚI QUÁ TRÌNH BÙN HOẠT TÍNH 13.1 C SỞ LÍ THUYẾT CỦA QUÁ TRÌNH Xử lí sinh học nước thải thực chất lợi dụng sống hoạt động vi sinh vật để thực dạng phân huỷ khác Sự phân huỷ chất hữu thường kèm theo thoát khí tác dụng enzim vi khuẩn tiết Nhiệm vụ công trình kĩ thuật xử lí nước thải phương pháp sinh học tạo điều kiện sống hoạt động tốt cho vi sinh vật để phân huỷ chất hữu nhanh chóng 13.1.1 Vai trò enziin, lượng chất dinh dưỡng trình biến đổi, tăng trưởng ví sinh Quá trình biến đổi vi sinh bao gồm phản ứng hoá học bên tế bào, có phản ứng trình biến đổi phản ứng dị hoá phản ứng đồng hoá - Phản ứng dị hoá bẻ gẫy mạch, phân chia phân tử hữu phức tạp thành phân tử đơn giản kèm theo trình giải phóng lượng - Phản ứng đồng hoá hình thành phân tử phức tạp đòi hỏi cấp lưọng Năng lượng cấp cho phản ứng đồng hoá thường lấy từ lượng giải phóng phản ứng dị hoá Vai trò enzim: Enzim chất xúc tác hữu tế bào sống sinh protein protein kết họfp với phân tử vô hữu có trọng lượng thấp Như chất xúc tác, enzim có khả làm tăng tốọ độ phản ứng hoá học lên gấp nhiều lần chất không bị thay đổi Có loại enzim: Ngoại tế bào nội tế bào Enzim ngoại bào chất tế bào tiết Khi tế bào cần chất hay chất dinh dưỡng mà chất tự thấm qua vỏ tế bào enzim chuyển hoá chất thành dạng hợp chất dễ dàng di chuyển vào tế bào Enzim nội bào chất xúc tác cho phản ứng đồng hoá bên tế bào Enzim biết tác nhân phân loại chuyển hoá chất đến sản phẩm cuối với hiệu suất cao Tế bào sản xuất enzim khấc ứng với loại chất khác để sử dụng chúng, minh hoạ phản ứng sau: 176 E E nzim + s -> Chất (E)(S) Tổ liọp eiizini p - Sán phấm cuối c ù n g E Enziin ciiất ncii Hoạt động ciizim cliịii anh hường ríứ nhiều bời trị sỏ' pH, nhiệt độ nồng độ chất Mỗi eiưiin có trị số pH iiliiệi dộ tối ưu riêng Vưi trò ìiăn^ hrợiiiỊ: Cùng với enzim, nâng lirợiig cần tliict cho phán ứng sinh hoá cỉia tế bào Năng Iượiig cấp clio tế bào lượng giái phóng từ phán ứng ôxy hoá chất hữu vỏ (các phản ứng dị hoá) phản ứiiíĩ quang hợp Năng lượng thu nhận tích trữ tế bào hợp chất hữu định đươc dùng để tổng hợp chất hữu lại thành tế bào inới Khi chât hữu nước thải dần khối lượiig tế bào bị giảm dần châl té bào dùng không thay kịp thời chất Nêu tình trạng nù^ kéo dài liên tục tế bào không khả sinh sán mà chí có khả n'>ng đỏng hoá chất hữu hấp thụ đê cuối lại tế bàn Ti chất hữu tương đối ổn định Quá trình tự íỊÌám sinh khối coi Ti giai đoạn hô hấp nội bào Vai f’ c : ,ia clìât (linh ilii'ỠNí>: Vi sinh vật tiêu thụ chất hữu để sống hoạt đông \ đòi hỏi lượng chất dinh dưỡng đế phát triển, ngiivên tố N, s, p, K, Mg, Ca, CI, Fe, Mn, Mo, Ni, Co, Zn, C li, N, p K Iiguvên tố cliỉi yếu, cần dược b ả o dám krợiig cần Ihiết xử lí sinh hoá Khi thiếu nitơ lâu dài, việc cán trơ C|uá trình sinli hoá chất bẩn hữu cơ, tạo bùn hoạt tính khó lăng Khi thiếu photpho dẫn đôìi phát tricn vi kliiiấn dạnq sựi, nguyên nhân làm cho bìm hoạt tính bị "phồng lên", klió láng bị theo (lòng chảy khỏi hệ thống xử lí, làm giám sinh trưởng cúa bùn hoạt tính giàin cường độ trình ôxy hoá Hàm lượng nguyên tô' dinh dưỡng phụ thuộc vào thành phần cỉia nước thải tí lệ chúng xác định thực nghiệm Tỉ lệ thường khoáng BOD : N : p = 100 : ; Ngoài cần lượng nhỏ Iiịỉuyén tố khoáng canxi, magiè, sắt, đồng, kẽm, niaimaii, Các cliất thường có đủ nước thải sinh hoạt Khi xử lí nước thái cỏim nchiệp vi sinh nhiều trường hợp phái bổ sung N p khử trước kim loại nặng gày độc liại đến nồng độ cho phép, 13.1.2 Sự sinh trưởng vi khuẩn Vi sinh vật phát tricii thcin nhiều nhờ sinh sán phâii đôi, sinh sản giới tính nảy mầm, nhimg chủ yếu cluìim phái triển cácli phàn đôi, lliừi gian cần để phân đôi tế bào thưòlig gọi thòi oian sinh sán có thê dao động từ 20 phúl đốn hàng ngày Ví dụ: Nếu thời gian sinli Siin 30 phút vi khuẩn sinh 16 ~ ' l l vi k hu ẩn sau thời 177 gian 12 Vi khuẩn tiếp tục sinh sản đến vô tận trình sinh sản phụ thuộc vào môi trường Khi thức ăn cạn kiệt, pH nhiệt độ thay đổi trị số tối ưu, việc sinh sản ngừng lại Sự sinh trưởng vi khuẩn diễn theo giai đoạn sau: - Giai đoạn tiềm tàng hay thích nghi; Trong giai đoạn tế bào tổng hợp enziin cần thiết cho chuyển hoá chất (chất bẩn hữu cơ), tốc độ sinh trưỏng - Giai đoạn sinh trưcmg theo số mũ: x ả y tỉ lệ tái tạo tế bào đạt tới mức tối đa Trong giai đoạn này, tốc độ sinh trưcmg tãng tỉ lệ thuận với mật độ tế bào - Giai đoạn chậm dần: Do chất bị cạn kiệt hoăc tích tụ sản phẩm ức chế sinh trình chuyển hoá vi khuẩn, mật độ tế bào tăng tốc độ sinh trưởng giảm dần - Giai đoạn ổn định: Khi mật độ tế bào đạt tới trị số cực đại sinh trưởng dừng lại kể trường hợp tế bào vài hoạt động chuyển hoá - Giai đoạn suy giảm (giai đoạn nội sinh); Mật độ tế bào giảm xuống v'i tế bào bị chết enzim tự tiêu huỷ Sự tăng trưởng sinh khối Hình 13.1 giới thiệu tổng quát trình tăng trưởng vi sinh vật theo khối lượng Hình 13.1: ĐườinỊ coníỊ hiểu diễn iỊÌcii doạn lăinỊ siiilì khối tyoìiv, me'Iiiiôi cấy vi klìiuỉn Giai đoạn tiềm tàng (hay giai đoạn tăng trưởng chậm) giai đóạn vi khuẩn cần thời gian để thích nghi với môi trường dinh dưỡng Giai đoạn tăng sinh khối theo số mũ có dư thừa thức ăn xung quanh vi khuẩn lốc độ trao đổi chất tăng trưcmg vi khuẩn phụ thuộc vào khả nãng xứ lí chất vi khuẩn Giai đoạn tăng trưởng chậm dần: Tốc độ tăng sinh khối giảm cạn kiệt dần chất dinh dưỡng bao quanh 178 Giai đoạn hố hấp nội bào' Vi Hiuẩn buộ'" phái thực trình trao đối chất chất dinh dưỡiig cấp cho tê bào bị cạn kièt Trong giai đoạn xảy tượng giảm dần sinh khối, klii chất dinh dưỡng, c òr lại tê bào chết khuếch tán đế cáp cho tố bào sống Sự tăng trưởng mói trường hỗn hợp Phần lớn trình xử lí sinh hoá môi trường hỏn hợp gồm nhiều chủng loại vi sinh tác động lên môi trường có tác động tương hỗ vớinhau Mỗi loại vikhuẩn có đường cong sinh trưởng tăng trưởng riêng Vị trí dạng đường cong tăngtrưcmg theo thời gian loại liệ phụ thuộc vào thức ăn va c hất dinh dưỡng có sẵn vào đặc tính môi trường pH, nhiệt độ, điều kiện kị khí hay hiếu khí, Có nhiểu loại vi khuẩn đóng vai trò quan trọng trình ổn định chất hữu có nước thải 13.1.3 Đặc tính chất loại bó chất Chất gồm toàn thể vật phấm chứa nước mà vi khuẩn sử dụng chúng để phát ti iển, Các nguyên tố chât nến có thê phân loại sau: - Các nguyên tố chiếm đa số: c , H, 0, N; - Các nguyên tố chiếm thiếu sổ; p, K, s Mg; - Các vitamin hóc môn; Các pgiivên tố vết nguyên tô vi lượng Cu, Fe Ni Nhìn chung nguyên tó cua chẫt nén có đủ hau hết loại nước thải Thường phốt nitơ có thc cần bổ sung thêm Đò nguồn nước thải xử 'í lí sinh học phải phái có đặc dặc tíiih thích tlìíc hợp độ pH, Iihiệt độ sản phẩm độc hại sản plìấm ức chế Sự ô nhiễm nước ihải cần phải loại trừ ỏ nhiểiĩi cacbon hữu mà giá trị đặc trưng BOD - nhu cầu ôxy cho trình sinh hoá Ò nhiễm cacbon hữu nguồn tạo chất cỉia khối vi sinh (C