các quá trình sinh học trong kỹ thuật môi trường

Quá trình sinh học bám dính (STBD) là quá trình trong đó màng sinh học (biological slimes) hình thành trên các giá thể (media) để đồng hóa (assimilate) và oxy hóa (oxidize) các chất ô nhiễm trong nước thải. BK TPHCM 3 TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM QUA QUAÙ Ù TRÌNH SINH TR TRÌNH SINH TR TRÌNH SINH TRÖÔÛNG BAÙM DÍNH (STBD) ÖÔÛNG BAÙM DÍNH (STBD) NH (STBD) Trong quaù trình STBD, VSV baùm dính (maøng sinh hoïc) treân caùc giaù theå trô seõ chuyeån hoùa vaø khöû hôïp chaát höõu cô hoaëc chaát dinh döôõng. Quaù trình STBD coù theå hoïat ñoäng nhö quaù trình hieáu khí hay kò khí. Giaù theå coá ñònh coù theå ñaët ngaäp trong nöôùc hoaëc khoâng ñaët ngaäp. Biofilm được sử dụng trong các công trình lọc sinh học, RBC, hiếu khí tiếp xúc (contact aerator), lọc ngập (SAF), MBBR. BK TPHCM 4 TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM QUA QUAÙ Ù TRÌNH X TRÌNH X TRÌNH XÖÛ ÖÛ LYLYÙ Ù SINH TR SINH TR SINH TRÖÔÛNG BAÙM DÍNH ÖÔÛNG BAÙM DÍNH Maøng sinh hoïc goàm coù nhöõng VSV, caënhaït, vaø polymer ngoaïi baøo baùm dính vaø bao phuû beà maët giaù theå (nhöïa, ñaù) . Ñoä daøy maøng sinh hoïc = 100μm ñeán 10mm. Trong thöïc teá lôùp maøng sinh hoïc raát phöùc taïp, caáu truùc khoâng ñoàng ñeàu. Noàng ñoä VSS cuûa maøng sinh hoïc coù theå khoaûng töø 40 – 100 gL. Khoâng coù söï phaùt trieån ñoàng ñeàu cuûa MSH trong lôùp

BÀI GIẢNG

(Attached-Growth Treatment Processes)

(Biofilm reactor)

Email: hoangnghiem72@gmail.com

hoangnghiem72@yahoo.com

TPHCM

TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM

2

¬ Quá trình sinh h c bám dính (STBD) là quá trình trong

đó màng sinh h c (biological slimes) hình thành trên các giá th (media) đ đ ng hóa (assimilate) và oxy hóa (oxidize) các ch t ô nhi m trong n c th i

¬ Quá trình STBD có thể họat động như quá trình

¬ Giá thể cố định có thể đặt ngập trong nước

hoặc không đặt ngập

¬Biofilm đ c s d ng trong các cơng trình l c sinh h c, RBC, hi u khí ti p xúc (contact aerator), l c ng p (SAF), MBBR.

TPHCM

TS.LÊ HỒNG NGHIÊM

4

QUÁ TRÌNH XỬ LÝ SINH TRƯỞNG BÁM DÍNH

QUÁ TRÌNH XỬ LÝ SINH TRƯỞ NG BÁ M DÍNH

¬ Màng sinh học gồm có những VSV, cặn/hạt, và polymer ngoại bào bám dính và bao phủ bề mặt giá thể (nhựa, đá)

¬ Độ dày màng sinh học = 100 m đến 10mm

¬ Trong thực tế lớp màng sinh học rất phức tạp, cấu trúc không đồng đều.

¬ Nồng độ VSS của màng sinh học có thể khoảng từ 40 – 100 g/L.

¬ Không có sự phát triển đồng đều của MSH trong lớp giá thể vật liệu, bởi vì chúng sẽ bị bong ra khỏi giá thể theo định kì.

(AEROBIC ATTACHED-GROWTH TREATMENT PROCESSES)

¬ Quá trình tăng trưởng hiếu khí bám dính được sử dụng đễ khử chất hữu cơ và thực hiện quá trình nitrat hóa

¬ Các công trình sử dụng quá trình này bao gồm:

X Lọc sinh học nhỏ giọt (trickling filter)

X Lọc sinh học cao tải (roughing filter)

X Bể sinh học tiếp xúc quay (rotating biological contactor RBC)

-X Bể nitrat hóa màng dính bám (fix-film nitrification reactor)

X Bể lọc sinh học ngập nước hiếu khí (Submerged aerated biofilter)

¬ Các công trình này có thể chịu được tải trọng shock và sự thay đổi nhiệt độ.

TPHCM

TS.LÊ HỒNG NGHIÊM

6

PHÂN LOẠI BỂ SINH HỌC STBD HIẾU KHÍ

PHÂN LOẠ I BỂ SINH HỌ C STBD HIẾ U KHÍ

• B sinh h c t ng giá th đ ng (moving bed bioreactor - MBBR)

CƠNG TRÌNH LAI H P

•L c sinh h c bùn ho t tính.

•B sinh h c hi u khí ti p xúc (contact aerator)

TPHCM

TS.LÊ HỒNG NGHIÊM

7

¬ Lớp màng vi sinh vật chia thành hai lớp: Lớp màng kị khí ở bên trong và lớp màng hiếu khí ở bên ngoài

¬ Màng vi sinh luôn tồn tại

đồng thời vi sinh vật kị khí

và vi sinh vật hiếu khí

¬ Oxy hoà tan trong nước chỉ khuếch tán vào gần bề mặt màng

CO 2

O 2

Sản phẩm sau cùng

Chất hữu cơ

TPHCM

TS.LÊ HỒNG NGHIÊM

8

Hình vẽ: Mô hình hóa lớp màng vi sinh vật

CO 2

O 2

Sản phẩm sau cùng

Chất hữu cơ

f s

e

dx

dS A

D

Δ +

−

x

f s

e

dx

dS A

D

−

TPHCM

TS.LÊ HỒNG NGHIÊM

9

DÒNG CƠ CHẤT TRONG MÀNG SINH HỌC

DÒ NG CƠ CHẤ T TRONG MÀ NG SINH HỌ C

TPHCM

TS.LÊ HỒNG NGHIÊM

10

DÒNG CƠ CHẤT TRONG MÀNG SINH HỌC

DÒ NG CƠ CHẤ T TRONG MÀ NG SINH HỌ C

đ nh lu t Fick’s cho s khu ch tán trong dung d ch:

r bf = T c đ dịng c ch t trong màng sinh h c do truy n kh i, g/m 2 ngày

D e = H s khu ch tán trong màng sinh h c, m 2 /ngày

∂Sf / ∂x = gradient n ng đ c ch t, g/m 3 m

rsu = T c đ s d ng c ch t trong màng sinh h c, g/m 2 ngày

Sf = N ng đ c ch t 1 đi m trong màng sinh h c, g/m 3

)

x

S D

f s

f su

S K

X

kS r

+

−

=

TPHCM

TS.LÊ HỒNG NGHIÊM

11

CÂN BẰNG KHỐI LƯỢNG CƠ CHẤT CHO MÀNG SINH HỌC

CÂN BẰ NG KHỐ I LƯỢ NG CƠ CHẤ T CHO MÀ NG SINH HỌ C

quanh (dx) trong màng sinh h c:

+ t c đ s d ng c

ch t trong ph n vi phân

) ( 4 4

x x

f s

e x

f s

e

S K

X

kS xA

dx

dS A

D dx

dS A

D

TPHCM

TS.LÊ HỒNG NGHIÊM

12

CÂN BẰNG KHỐI LƯỢNG CƠ CHẤT CHO MÀNG SINH HỌC

CÂN BẰ NG KHỐ I LƯỢ NG CƠ CHẤ T CHO MÀ NG SINH HỌ C

đ c ph ng trình cho s thay đ i n ng đ c ch t trong

f f

e

S K

X kS dx

S

d D

)

¬ Bể l c SH nhỏ giọt ứng dụng quá trình STBD,

nước thải được phân phối đều khắp diện tích bề mặt của bể chứa những giá thể cố định không đặt ngập.

¬ Những vật liệu cố định có thể bằng đá, nhựa plastic, xỉ than được thiết kế sao cho chiếm kho ng 90 – 95% thể tích của tháp gồm có những khe hở.

Treated effluent Fine bar

screens

Primary sedimentation tank

Raw

Grit chamber sewage

disposal screenings grit scum

Primary sludge

Primary treatment

Anaerobic digestion

Sludge thickening

Belt press or sludge lagoon Sludge disposal

Sludge treatment

Secondary sedimentation tank

Secondary treatment

High rate trickling filter

Recycled flow

Q, So

Qr

Q, S

¬ V t li u l c: a, s i, nh a t ng h p

¬ Khi màng VS phát tri n dày l p màng VS bên trong thi u oxy va ch t dinh

d ng gi m t c đô oxy hóa tê bao ch t, m t kha n ng bám dính màng VS tróc ra kh i VL l ng l i bê l ng II

¬ Áp d ng: T ng t BHT

¬ Thu n l i: Tiêu thu n ng l ng th p, chi phí QL va VH th p

¬ B t l i: òi h i di n tích r ng, có mùi hôi

Vòi phun

V t li u l c sàn thu n c

Lô thông h i

TPHCM

TS.LÊ HỒNG NGHIÊM

17

BỂ LỌC SINH HỌC

BỂ LỌ C SINH HỌ C

TPHCM

TS.LÊ HỒNG NGHIÊM

18

BỂ LỌC SINH HỌC

BỂ LỌ C SINH HỌ C

TPHCM

TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM

19

TPHCM

TS.LÊ HỒNG NGHIÊM

20

THÔNG SỐ ĐẶ C TRƯNG BỂ LỌ C SINH HỌ C

)

( lọc

bể tích Diện

thải nước

lượng Lưu

= mặt bề

=

ngay m

m A

( lọc

bể tích Thể

BOD trọng

Tải

= cơ hữu trọng

kgBOD V

S

¬ Tải trọng hữu cơ (Organic loading rate - OLR):

trên l u l ng thi t k trung bình, nh ng h th ng

nh , l u l ng vào ban đêm ít l ng n c đ u vào b gián đo n và dòng tu n hoàn c n thi t đ gi đ m cho giá th ti p xúc (US.EPA, 1974)

sinh h c thay đ i do thi u đ m.

tr ng h u c cao, cung c p l u l ng cao cho l c đ

c i thi n s phân b n c th i ; đi u khi n chi u dày

l p nh n , cung c p nhi u oxi trong l u l ng n c

th i đ u vào; và tu n hoàn nh ng vi sinh v t có th t n

th p cho vi c kh BOD c a n c th i n ng đ cao c ng nh

so v i bùn ho t tính

¬ L ng BOD kh trên đ n v n ng l ng truy n t ng

BOD 5 /kWh so v i 1,2 đ n 2,4 kg BOD 5 /kWh đ i v i x lý bùn

ho t tính.

x y ra trong b c 2.

¬ C vi c kh BOD và nitrat hoá có th hoàn toàn trong l c

Richards, 1986)

mg/L nitrat x y ra hoàn toàn

TPHCM

TS.LÊ HỒNG NGHIÊM

28

THÔNG SỐ THIẾ T KẾ CỦ A BỂ LỌ C SINH HỌ C

Thông số Thấp tải Trung tải Cao tải

(đá) Cao tải (nhựa) Tải trọng thuỷ lực

Tải trọng hữu cơ

[kg BOD 5 /d m 3 ] 0.08 to 0.32 0.24 to 0.48 0.32 to 1.0 0.8 to 6.0

Chiều sâu, [m] 1.5 to 3 1.5 to 2.5 1 to 2 4.5-12

Vật liệu lọc đá, xỉ đá, xỉ đá, xỉ, VL t

hợp VL tổng hợp Nhu cầu năng lượng

đoạn thay đổi liên tục liên tục Chất lượng nước

đầu ra hoá nitrate tốt Nitrate hoá trung bình Nitrate hoá thấp tải ở Nitrate hoá thấp tải ở

TPHCM

TS.LÊ HỒNG NGHIÊM

30

THÔNG SỐ THIẾ T KẾ CỦ A BỂ LỌ C SINH HỌ C

, () (