Chuong4 1 QTSH DH nov2010

BK TPHCM BÀI GIẢNG CÁC QUÁ TRÌNH SINH HỌC TRONG CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG Chương IV: QUÁ TRÌNH SINH TRƯỞNG BÁM DÍNH-P1 (Attached-Growth Treatment Processes) (Biofilm reactor) GVHD: TS Lê Hoàng Nghiêm Email: hoangnghiem72@gmail.com hoangnghiem72@yahoo.com BK TPHCM GI I THI U QUÁ TRÌNH SINH TRƯỞNG BÁM DÍNH Q trình sinh h c bám dính (STBD) q trình màng sinh h c (biological slimes) hình thành giá th (media) đ đ ng hóa (assimilate) oxy hóa (oxidize) ch t nhi m n c th i TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM BK TPHCM QUA ƯỞNG ÍNH (STBD) QUÁÙ TRÌNH SINH TR TRƯỞ NG BA BÁÙM D DÍNH Trong trình STBD, VSV bám dính (màng sinh học) giá thể trơ chuyển hóa khử hợp chất hữu chất dinh dưỡng Quá trình STBD họat động trình hiếu khí hay kò khí Giá thể cố đònh đặt ngập nước không đặt ngập Biofilm đ c s d ng cơng trình l c sinh h c, RBC, hi u khí ti p xúc (contact aerator), l c ng p (SAF), MBBR TS.LÊ HỒNG NGHIÊM BK TPHCM QUA Ử LY ƯỞNG ÍNH QUÁÙ TRÌNH X XỬ LÝÙ SINH TR TRƯỞ NG BA BÁÙM D DÍNH Màng sinh học gồm có VSV, cặn/hạt, polymer ngoại bào bám dính bao phủ bề mặt giá thể (nhựa, đá) Độ dày màng sinh học = 100 m đến 10mm Trong thực tế lớp màng sinh học phức tạp, cấu trúc không đồng Nồng độ VSS màng sinh học khoảng từ 40 – 100 g/L Không có phát triển đồng MSH lớp giá thể vật liệu, chúng bò bong khỏi giá thể theo đònh kì TS.LÊ HỒNG NGHIÊM QUA Ử LY ƯỞNG ÍNH HIE QUÁÙ TRÌNH X XỬ LÝÙ SINH TR TRƯỞ NG BA BÁÙM D DÍNH HIẾÁU KH KHÍÍ (AEROBIC ATTACHED -GROWTH TREATMENT PROCESSES) ATTACHED-GROWTH BK TPHCM Quá trình tăng trưởng hiếu khí bám dính sử dụng đễ khử chất hữu thực trình nitrat hóa Các công trình sử dụng trình bao gồm: Lọc sinh học nhỏ giọt (trickling filter) Lọc sinh học cao tải (roughing filter) Bể sinh học tiếp xúc quay (rotating biological contactor RBC) Bể nitrat hóa màng dính bám (fix-film nitrification reactor) Bể lọc sinh học ngập nước hiếu khí (Submerged aerated biofilter) Các công trình chòu tải trọng shock thay đổi nhiệt độ TS.LÊ HỒNG NGHIÊM BK TPHCM PHÂN LOA LOẠÏI BE BỂÅ SINH HO HỌÏC STBD HIE HIẾÁU KH KHÍÍ CƠNG TRÌNH SINH H C T NG CƠNG TRÌNH SINH H C TR NG BÁM DÍNH T NG TR NG L L NG •L c sinh h c CƠNG TRÌNH LAI H P •Bùn ho t tính •B sinh h c ti p quay (RBC) •L c sinh h c bùn ho t tính •SBR •B sinh h c hi u khí ti p xúc •L c sinh h c hi u khí v t li u ng p •MBR (submerged aerated biofilter – SAF) (contact aerator) •M ng oxy hóa (OD) •B sinh h c t ng giá th đ ng (moving bed bioreactor - MBBR) TS.LÊ HỒNG NGHIÊM Cấu tạo màng vi sinh vật BK TPHCM Nước thải Lớp nước tónh Q, S Giá thể Màng vi sinh vật z Chất hữu O2 Sản phẩm sau Nước thải Q, S+( S/ z)dz CO2 Lớp màng vi sinh vật chia thành hai lớp: Lớp màng kò khí bên lớp màng hiếu khí bên Màng vi sinh tồn đồng thời vi sinh vật kò khí vi sinh vật hiếu khí Oxy hoà tan nước khuếch tán vào gần z + dz bề mặt màng TS.LÊ HỒNG NGHIÊM Cấu tạo màng vi sinh vật BK TPHCM Nước thải Giá thể z Màng vi sinh vật Lớp nước tónh Q, S Chất hữu Sb L x O2 dx − De As x + Δx x + dx Ss Sản phẩm sau z + dz − D e As dS f dS f dx x x CO2 Nước thải Q, S+( S/ z)dz Hình vẽ: Mô hình hóa lớp màng vi sinh vật TS.LÊ HỒNG NGHIÊM DO DÒØNG NG CƠ CHA CHẤÁT TRONG MA MÀØNG NG SINH HO HỌÏC BK TPHCM Dòng c ch t xuyên qua l p n c t nh m t hàm s c a h s khu ch tán c ch t n ng đ c ch t: ( Sb − Ss ) dS − Dw = − Dw (4.1) dx L S n d ng d u (-) n ng đ c ch t gi m d n d c theo l p c t nh c ch t đ c lo i b t kh i ch t l ng Dw = h s khu ch tán c ch t n c, m2/ngày dS/dx = gradient n ng đ c ch t, g/m3.m Sb = n ng đ c ch t kh i ch t l ng, g/m3 Ss = n ng đ c ch t b m t màng sinh h c, g/m3 L = dày hi u qu c a màng nh y, m TS.LÊ HỒNG NGHIÊM BK TPHCM DO DÒØNG NG CƠ CHA CHẤÁT TRONG MA MÀØNG NG SINH HO HỌÏC Qúa trình truy n kh i màng sinh h c đ c mô t b i đ nh lu t Fick’s cho s khu ch tán dung d ch: rbf = − De ∂S f (4.2) ∂x rbf = T c đ dòng c ch t màng sinh h c truy n kh i, g/m2.ngày De = H s khu ch tán màng sinh h c, m2/ngày ∂Sf/∂x = gradient n ng đ c ch t, g/m3.m T c đ s d ng c ch t màng sinh h c rsu = − kS f X Ks + S f m i m: (4.3) rsu = T c đ s d ng c ch t màng sinh h c, g/m2.ngày 10 S f = N ng đ c ch t m màng sinh h c, g/m3 TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM BK TPHCM 16 Cấu tạo màng vi sinh vật TS.LÊ HỒNG NGHIÊM BE BỂÅ LO LỌÏC SINH HO HỌÏC BK TPHCM 17 TS.LÊ HỒNG NGHIÊM BE BỂÅ LO LỌÏC SINH HO HỌÏC BK TPHCM 18 TS.LÊ HỒNG NGHIÊM BK TPHCM 19 GIÁ THỂ TRONG BỂ LỌC SINH HỌC TS.LÊ HỒNG NGHIÊM BK TPHCM ƯNG BE ẶC TR THÔNG SO SỐÁ Đ ĐẶ TRƯNG BỂÅ LO LỌÏC SINH HO HỌÏC Tải trọng thuỷ lực hay tải trọng bề mặt (Hydraulic loading rate - HRT): Lưu lượng nước thải Q + Qr ⎡ m ⎤ = Tải trọng bề mặt = ⎢ ⎥ (4.18) A ⎣ m ⎦ Diện tích bể lọc Tỉ số tuần hoàn (Recirculation ratio): Qr (4.19) R= Q Tải trọng hữu (Organic loading rate - OLR): Tải trọng BOD Q × So = Tải trọng hữu = V Thể tích bể lọc 20 ⎡ kgBOD ⎤ ⎢ m 3ngay ⎥ (4.20) ⎣ ⎦ TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM BK TPHCM PHÂN LOẠI BỂ LỌC SINH HỌC • B l c sinh h c đ c phân lo i b ng t i tr ng th y l c (HRT) hay t i tr ng h u c (OLR) • B l c sinh h c s d ng đá làm v t li u l c đ c phân lo i thành t i tr ng th p, t i tr ng trung bình t i tr ng cao • B l c sinh h c s d ng v t li u plastic đ c tr ng cho b l c sinh h c cao t i Tuy nhiên, giá th ti p xúc plastic c ng đ c ng d ng cho t i tr ng h u c th p 21 TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM BK TPHCM PHÂN LOẠI BỂ LỌC SINH HỌC L c t i tr ng th p (Trickling filter) (1) L c t i tr ng th p t ng đ i t ng gi n, b l c có hình d ng tròn ho c hình ch nh t Thơng th ng, l u l ng đ c cung c p t b tr n n c th i vào dòng tu n hồn B tr n nh , th ng th i gian l u n c ch phút d a l u l ng thi t k trung bình, nh ng h th ng nh , l u l ng vào ban đêm l ng n c đ u vào b gián đo n dòng tu n hồn c n thi t đ gi đ m cho giá th ti p xúc (US.EPA, 1974) N u dòng vào b l c ng ng lâu h n ho c gi , hi u qu c a x lý c a b l c h n tính ch t ch t nh n sinh h c thay đ i thi u đ m 22 TS.LÊ HỒNG NGHIÊM BK TPHCM PHÂN LOẠI BỂ LỌC SINH HỌC L c t i tr ng th p (Trickling filter) (2) Ph n l n l c sinh h c t i tr ng th p, giá th ti p xúc cao nh t kho ng 0,6 đ n 1,2 m s có ch t nh n sinh h c đáng k K t qu nh ng vi trí phía d i c a v t li u l c có th n i c trú c a nh ng vi khu n t d ng nitrat hoá, oxi hoá ammonia thành d ng nitrit nitrat N u m t đ VK nitrat hố thích nghi t t, n u u ki n khí h u đ c tính n c th i thu n l i l c t i tr ng th p ho t đ ng t t có th x lý BOD nitrat hoá hi u qu cao Mùi v n đ c n quan tâm, đ c bi t n u n c th i ôi ho c gây th i, ho c n u th i ti t m L c sinh h c t i tr ng th p khơng nên đ c nh ng v trí mà mùi s gây nên mùi khó ch u 23 TS.LÊ HỒNG NGHIÊM BK TPHCM PHÂN LOẠI BỂ LỌC SINH HỌC L c t c đ cao trung bình L c t i tr ng cao c ng s d ng đá ho c giá th ti p xúc plastic L c th ng đ c tu n hoàn l u l ng vào liên t c Tu n hoàn đ u c a l c hay đ u cu i v i t i 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; u n chi u dày l p nh n, cung c p nhi u oxi l u l ng n c th i đ u vào; tu n hồn nh ng vi sinh v t có th t n t i Tu n hoàn c ng giúp ng n ch n làm gi m mùi ru i (US.EPA, 1974) L c sinh h c t i tr ng cao trung bình có th đ thi t k trình ho c b c 24 c TS.LÊ HỒNG NGHIÊM BK TPHCM PHÂN LOẠI BỂ LỌC SINH HỌC L c thơ L c thô d ng l c t i tr ng cao x lý t i l ng h u c l n h n 1,6 kg/m3.ngày t i l ng th y l c 190 m3/m2.ngày Trong ph n l n tr ng h p, l c thô đ c ng d ng đ x lý n c th i tr c đ n x lý b c Ph n l n l c thô đ c thi t k s d ng giá th ti p xúc plastic (WPCF, 1998) M t nh ng thu n l i l c thô nhu c u n ng l ng th p cho vi c kh BOD c a n c th i n ngđ cao c ng nh so v i bùn ho t tính L ng BOD kh đ n v n ng l ng truy n t ng Nhu c u n ng l ng đ i v i l c thô kho ng t đ n kg BOD5/kWh so v i 1,2 đ n 2,4 kg BOD5/kWh đ i v i x lý bùn ho t tính 25 TS.LÊ HỒNG NGHIÊM BK TPHCM PHÂN LOẠI BỂ LỌC SINH HOÏC L c sinh h c b c H th ng l c b c v i b l ng gi a đ lo i b c n phát sinh t b l c th nh t, ph n l n đ c ng d ng v i n c th i c ng đ cao H th ng b c c ng đ c ng d ng th c hi n nitrat hoá đ c yêu c u H th ng b c g m l c b c b l ng trung gian làm gi m CBOD, th c hi n nitrat hoá x y b c 26 TS.LÊ HỒNG NGHIÊM BK TPHCM PHÂN LOẠI BỂ LỌC SINH HỌC Nitrat hoá 27 C vi c kh BOD nitrat hố có th hồn tồn l c sinh h c nh gi t giá th ti p xúc đá ho c plastic t i l ng h u c th p (Stenquist v i c ng s ,1974; Parker Richards, 1986) Vi khu n d d ng v i h s s n l ng cao t c đ phát tri n nhanh, c nh tranh nhi u h n vi khu n nitrat hoá đ i v i kho ng tr ng giá th ti p xúc màng c đ nh Do đó, nitrat hố ch x y sau n ng BOD gi m đáng k Bruce v i c ng s (1975) ch ng minh r ng BOD đ u th p h n 30 mg/L nitrat hố m i b t đ u BOD 94 N Giá th ti p xúc plastic tùy ti nthông th ng Thay đ i 30-60 98 80 C, CN, N Di n tích b m t riêng Thay đ i 50 -80 150 70 N 29 TS.LÊ HỒNG NGHIÊM THÔNG SO SỐÁ THIE THIẾÁT KE KẾÁ CU CỦÛA BE BỂÅ LO LỌÏC SINH HO HOÏÏC BK TPHCM T n th t áp l c qua b Chemical: l c sinh h c tính b ng công th c Dow N = 10,33(D )e (1,36×10 −5 )( L / A ) p Trong đó: D = chi u cao v t li u l c, m L t i tr ng th y l c, kg/h A = di n tích m t c t ngang c a b l c, m2 H s hi u ch nh Np l y theo b ng sau: Giá th ti p xúc Di n tích b m t riêng, m2/m3 H s hi u ch nh cho Np 45 Plastic 100 1,3 Plastic 140 1,6 Plastic ng u nhiên 100 1,6 30 TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM