V. Phạm vi nghiên cứu
2.3Sự sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật
Hình 2.1: Đường cong sinh trưởng của sinh vật. Vùng 1: Giai đoạn thích nghi/ pha lag
Pha lag bắt đầu từ lúc nuơi cấy đến khi vi sinh vật bắt đầu sinh trưởng. Trong pha này nồng độ bùn X= X0 (X0 là sinh khối ở thời điểm t= 0 giây). Tốc độ sinh trưởng: rg= dX/ dt= 0.
Gần cuối giai đoạn này tế bào vi sinh vật mới bắt đầu sinh trưởng tức tăng về kích thước, thể tích và trọng lượng do tạo ra như protein. Axit nucleic, men proteinaza, amilaza nhưng chưa tăng về số lượng.
Vùng 2: Giai đoạn sinh sản theo cách nhân đơi tế bào ( theo cấp số nhân)/ pha số mũ (pha log).
Trong pha log chất dinh dưỡng đáp ứng đầy đủ cho vi sinh vật sinh trưởng và phát triển theo luỹ thừa. Sinh trưởng và sinh sản đạt mức độ cao nhất. Sinh khối và khối lượng tế bào tăng theo phương trình: N= N0 x 2n ( n là số lần phân chia tế bào của N0 tế bào ban đầu). Tốc độ sinh trưởng tăng tỷlệ thuận với X ( từ đĩ cĩ đường cong hàm mũ) theo phương trình:
Trong đĩ rg là tốc độ sinh trưởng vi sinh vật (mg/l.s); X là nồng độ sinh khối/ nồng độ bùn (mg/l); là hằng số tốc độ sinh trưởng hay tốc độ sinh trưởng riêng vi sinh vật (l/s). đường cong cho thấy sinh khối của bùn cĩ xu hướng tăng theo cấp số nhân ( đoạn a- b) thuộc pha tiềm phát và pha sinh trưởng logarit. Trong pha sinh trưởng logarit tốc độ phân đơi tế bào trong bùn sẽ điều hồ đạt giá trị tối đa. Phần giữa của đường cong ( e- f) tốc độ sinh trưởng gần như tuyến tính với nồng độ sinh khối tương ứng với nồng độ chất dinh dưỡng dư thừa.
Vùng 3: Giai đoạn sinh trưởng chậm dần
Trong giai đoạn này ( f-c) chất dinh dưỡng trong mơi trường sẽ giảm sút và bắt đầu cạn kiệt cùng với sự biến mất của một hay vài thành phần cần thiết cho sự sinh trưởng hoặc do mơi trường tích tụ sản phẩm ức chế vi sinh vật được sinh ra trong quá trình chuyển hố chất trong tế bào ở pha log. Sự sinh sản của vi sinh vật dần đạt tới tiệm cận tuỳ thuộc vào sự giảm nồng độ chất dinh dưỡng. X tiếp tục tăng nhưng tốc độ sinh trưởng giảm dần dần khi chuyển dần dần từ pha sinh trưởng sang pha ổn định và đạt mức cân bằng ở cuối pha.
Vùng 4: Giai đoạn sinh trưởng ổn định/ pha ổn định
Chất dinh dưỡng trong pha này cĩ nồng độ thấp, nhiều sản phẩm của quá trình trao đổi chất được tích luỹ. X đạt tối đa, số lượng tế bào đạt cân bằng. Sự sinh trưởng dừng lại, cường độ trao đổi chất giảm đi rõ rệt ( c- d).
Vùng 5: Giai đoạn suy tàn/ pha suy vong.
Phần đường cong ( d- g) biểu thị sự giảm sinh khối bùn bởi quá trình oxy hố diễn ra. Trong pha này số lượng tế bào cĩ khả năng sống giảm theo luỹ thừa, các tế bào bị chết và tỷ lệ chết cứ tăng dần lên mà nguyên nhân là chất dinh dưỡng đã quá nghèo hoặc đã hết, sự tích luỹ sản phẩm trao đổi chất cĩ tác động ức chế và đơi khi tiêu diệt cả vi sinh vật. Các tính chất lý, hố mơi trường thay đổi khơng cĩ lợi cho tế bào, các tế bào “ bị già và bị chết” một cách tự nhiên.
2.4.1 Xử lý nước thải bằng phương pháp cơ học
Phương pháp này được sử dụng để tách các tạp chất khơng hịa tan và một phần các chất ở dạng keo ra khỏi nước thải. Các cơng trình xử lý cơ học bao gồm:
2.4.1.1 Thiết bị chắn rác
Thiết bị chắn rác cĩ thể là song chắn rác hoặc lưới chắn rác, cĩ chức năng chắn giữ những rác bẩn thơ( giấy, rau, cỏ, rác..), nhằm đảm bảo cho máy bơm, các cơng trình và thiết bị xử lý nước thải hoạt động ổn định. Song và lưới chắn rác được cấu tạo bằng các thanh song song, các tấm lưới đan bằng thép hoặc tấm thép cĩ đục lỗ… tùy theo kích cỡ các mắt lưới hay khoảng cách giữa các thanh mà người ta phân biệt loại chắn rác thơ, trung bình hay rác tinh.
Theo cách thức làm sạch thiết bị chắn rác ta cĩ thể chia làm 2 loại: loại làm sạch bằng tay, loại làm sạch bằng máy.
Hình2.2:sàng chắn rác thơ Hình 2.3: sàng chắn rác tinh
2.4.1.2 Thiết bị nghiền rác
Là thiết bị cĩ nhiệm vụ cắt và nghiền vụn rác thành các hạt, các mảnh nhỏ lơ lửng trong nước thải để khơng làm tắc ống, khơng gây hại cho bơm. Trong thực tế cho thấy việc sử dụng thiết bị nghiền rác thay cho thiết bị chắn rác đã gây nhiều khĩ khăn cho các cơng đoạn xử lý tiếp theo do lượng cặn tăng lên làm tắc nghẽn hệ thống phân phối khí và các thiết bị làm thống trong các bể( đĩa, lỗ phân phối khí và dính bám vào các tuabin…)Do vậy phải cân nhắc trước khi dùng.
2.4.1.3 Bể điều hịa
Là đơn vị dùng để khắc phục các vấn đề sinh ra do sự biến động về lưu lượng và tải lượng dịng vào, đảm bảo hiệu quả của cơng trình xử lý sau, đảm bảo đầu ra sau xử lý, giảm chi phí và kích thước của các thiết bị sau này.
Cĩ 2 loại bể điều hịa:
• Bể điều hịa lưu lượng
• Bể điều hịa lưu lượng và chất lượng.
Các phương án bố trí bể điều hịa cĩ thể là bể điều hịa trên dịng thải hay ngồi dịng thải xử lý. Phương án điều hịa trên dịng thải cĩ thể làm giảm đáng kể dao động thành phần nước thải đi vào các cơng đoạn phía sau, cịn phương án điều hịa ngồi dịng thải chỉ giảm được một phần nhỏ số dao động đĩ. Vị trí tốt nhất để bố trí bể điều hịa cần được xác định cụ thể cho từng hệ thống xử lý, và phụ thuộc vào loại xử lý, đặc tính của hệ thống thu gom cũng như đặc tính của nước thải.
2.4.1.4 Bể lắng cát
Nhiệm vụ của bể lắng cát là loại bỏ cặn thơ, nặng như: cát, sỏi, mảnh thủy tinh, mảnh kim loại, tro, than vụn… nhằm bảo vệ các thiết bị cơ khí dễ bị mài mịn, giảm cân nặng ở các cơng đoạn xử lý sau.
Bể lắng cát gồm những loại sau: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
• Bể lắng cát ngang: Cĩ dịng nước chuyển động thẳng dọc theo chiều dài của bể. Bể cĩ tiết diện hình chữ nhật, thường cĩ hố thu đặt ở đầu bể.
• Bể lắng cát đứng: Dịng nước chảy từ dưới lên trên theo thân bể. Nước được dẫn theo ống tiếp tuyến với phần dưới hình trụ vào bể. Chế độ dịng chảy khá phức tạp, nước vừa chuyển động vịng, vừa xoắn theo trục, vừa tịnh tiến đi lên, trong khi đĩ các hạt cát dồn về trung tâm và rơi xuống đáy.Bể lắng cát tiếp tuyến: Là loại bể cĩ thiết diện hình trịn, nước thải được dẫn vào theo chiều từ thành bể và được thu vào máng tập trung rồi dẫn ra ngồi.
• Bể lắng cát làm thống: Để tránh lượng chất hữu cơ lẫn trong cát và tăng hiệu quả xử lý, người ta lắp vào bể lắng cát thơng thường một dàn thiết bị phun khí. Dàn này được đặt sát thành bên trong bể tạo thành một vịng xoắn ốc quét đáy bể với một tốc độ đủ để tránh hiện tượng lắng các chất hữu cơ, chỉ cĩ cát và các phân tử nặng cĩ thể lắng.
2.4.1.5 Bể lắng
Lắng là phương pháp đơn giản nhất để tách các chất bẩn khơng hịa tan ra khỏi nước thải. Dựa vào chức năng và vị trí cĩ thể chia bể lứng thành các loại:
Bể lắng đợt 1: Được đặt trước cơng trình xử lý sinh học, dùng để tách các chất rắn, chất bẩn lơ lửng khơng hịa tan.
Bể lắng đợt 2: Được đặt sau cơng trình xử lý sinh học dùng để lắng cặn vi sinh, bùn làm trong nước thải trước khi thải ra nguồn tiếp nhận.
Căn cứ vào chiều dịng chảy của nước trong bể, bể lắng cũng được chia thành các loại giống như bể lắng cát ở trên: Bể lắng ngang, bể lắng đứng, bể lắng tiếp tuyến.
2.4.1.6 Lọc
Lọc được ứng dụng để tách các tạp chất phân tán cĩ kích thước nhỏ khỏi nước thải mà các bể lắng khơng loại bỏ chúng được. Người ta tiến hành quá trình lọc nhịe các vật liệu lọc, vách ngăn xốp, cho phép chất lỏng đi qua và giữ các tạp chất lại.
Vật liệu lọc được sử dụng thường là cát thạch anh, than cốc hoặc sỏi, thậm chí cả than nâu, than bùn hoặc than gỗ. Việc lựa chon vật liệu lọc tùy thuộc vào các loại nước thải và điều kiện địa phương.
Cĩ nhiều dạng lọc: lọc chân khơng, lọc áp lực, lọc nhanh, lọc chảy ngược, lọc chảy xuơi…
Phương pháp tuyển nổi thường được sử dụng để tách các tạp chất( ở dạng hạt rắn hoặc lỏng) phân tán khơng tan, tự lắng kém ra khỏi pha lỏng. Trong một số trường hợp quá trình này cũng được dùng để tách các chất hịa tan như các chất hoạt động bề mặt. Quá trình như vậy được gọi là quá trình tách hay làm đặc bọt.
Trong xử lý nước thải về nguyên tắc tuyển nổi thường được sử dụng để khử các chất lơ lửng và làm đặc bùn sinh học.
Quá trình tuyển nổi được thực hiện bằng cách sục các bọt khí nhỏ( thường là khơng khí) vào trong pha lỏng. Các khí đĩ kết dính với các hạt và khi lực nổi tập hợp các bĩng khí và hạt đủ lớn sẽ kéo theo các hạt cùng nổi lên bề mặt, sau đĩ chúng tập hợp lại với nhau thành các lớp bọt chứa hàm lượng các hạt cao hơn trong chất lỏng ban đầu.
Bảng 2.7: Ứng dụng các cơng trình cơ học trong xử lý nước thải
Các cơng trình Ứng dụng
Lưới chắn rác Tách các chất rắn thơ và cĩ thể lắng.
Nghiền rác Nghiền các chất rắn thơ đến kích thước nhỏ hơn đồng nhất
Bể điều hịa Điều hịa lưu lượng và tải trọng BOD và SS Lắng Tách các cặn lắng và nén bùn
Lọc Tách các hạt cặn lơ lửng cịn lại sau xử lý sinh học và hĩa học
Màng lọc Tương tự như quá trình lọc, tách tảo từ nước thải sau hồ ổn định
Vận chuyển khí Bổ sung và tách khí Bay hơi và bay
khí
Bay hơi các hợp chất hữu cơ bay hơi từ nước thải Hiệu quả của phương pháp xử lý cơ học:
Cĩ thể loại bỏ được đến 60% tạp chất khơng hồ tan cĩ trong nước thải và giảm BOD đến 30%. Để tăng hiệu suất cơng tác của các cơng trình xử lý cơ học
cĩ thể dùng biện pháp làm thống sơ bộ, thống giĩ đơng tụ sinh học, hiệu quả xử lý cĩ thể đạt tới 75% theo hàm lượng chất lơ lửng và 40- 50% theo BOD.
Trong số các cơng trình xử lý cơ học cĩ thể kể đến bể tự hoại, bể lắng hai vỏ, bể lắng trong cĩ ngăn phân huỷ là những cơng trình vừa để lắng vừa để phân huỷ cặn lắng.
2.4.2 Xử lý bằng phương pháp hố học
Phương pháp này dùng để thu hồi các chất quý hoặc để khử các chất độc hoặc các chất ảnh hưởng xấu đối với giai đoạn làm sạch sinh hố sau này. Cơ sở của phương pháp hố học là các phản ứng hố học, các quá trình lý hố diễn ra giữa chất bẩn với hố chất cho thêm vào, những phản ứng diễn ra cĩ thể là phản ứng oxy hố khử, các phản ứng tạo chất độc hại, các phản ứng tạo chất kết tủa hoặc các phản ứng phân huỷ chất độc hại. Các phương pháp hố học là oxy hố, trung hồ và keo tụ. Thơng thường đi đơi với trung hồ cĩ kèm theo quá trình keo tụ và những hiện tượng vật lý khác. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
2.4.2.1 Phương pháp Ozon hố cũng thuộc loại phương pháp hố học.
Đĩ là phương pháp xử lý nước thải cĩ chứa các chất bẩn hữu cơ dạng hồ tan và keo bằng Ozon. Đặc tính của Ozon là khả năng oxy hố rất cao, dễ dàng nhường oxy nguyên tử hoạt tính cho các tạp chất hữu cơ.
2.4.2.2 Phương pháp trung hồ:
Nước thải chứa các axít vơ cơ hoặc kiềm cần được trung hồ đưa pH về khoảng 6.5 đến 8.5 trước khi thải vào nguồn nước hoặc sử dụng cho cơng nghệ xử lý tiếp theo.
Trung hồ nước thải cĩ thể thực hiện bằng nhiều cách khác nhau: • Trộn lẫn nước thải axít với nước thải kiềm
• Bổ sung các tác nhân hố học
• Hấp thụ khí axít bằng nước kiềm hoặc hấp thụ ammoniac bằng nước axít.
Việc lựa chọn phương pháp trung hồ là tuỳ thuộc vào thể tích và nồng độ nước thải, chế độ thải nước thải, khả năng sẵn cĩ và giá thành của các tác nhân này phụ thuộc vào nồng độ và thành phần của nước thải cũng như loại là lượng các tác nhân sử dụng cho quá trình.
2.4.2.3 Phương pháp oxy hố- khử
Mục đích của phương pháp này là chuyển các chất ơ nhiễm độc hại trong nước thải thành các chất ít độc hơn và được loại ra khỏi nước thải. Quá trình này tiêu tốn một lượng lớn các tác nhân hố học, do đĩ quá trình oxy hố hố học chỉ được dùng trong những trường hợp khi các tạp chất gây ơ nhiễm bẩn trong nước thải khơng thể tách bằng những phương pháp khác. Thường sử dụng các chất oxy hố như: Clo khí và lỏng, nước Javen NaOCl, Kalipermangnat KMnO4, Hypocloric Canxi Ca(ClO2), H2O2, Ozon…
2.4.2.4 Khử trùng nước thải
Sau khi xử lý sinh học, phần lớn vi khuẩn trong nước thải bị tiêu diệt. Khi xử lý trong các cơng trình sinh học nhân tạo( Aerophin và Aerotank) số lượng vi khuẩn giảm xuống cịn 5%, trong hồ sinh vật hoặc cánh đồng lọc cịn 1- 2%. Nhưng để tiêu diệt tồn bộ vi khuẩn gây bệnh, nước thải cần phải khử trùng Chlor hố, Ozon hố, điện phân, tia cực tím…
2.4.2.5 Phương pháp Chlor hố:
Chlor cho vào nước thải dưới dạng hơi hoặc Clorua vơi. Lượng Chlor hoạt tính cần thiết cho một đơn vị thể tích nước thải là 10g/m3 đối với nước thải sau xử lý cơ học, 5 g/m3 sau xử lý sinh học hồn tồn. Chlor phải được trộn đều với nước và để đảm bảo hiệu quả khử trùng, thời gian tiếp xúc giữa nước và hố chất là 30 phút trước khi thải nước ra nguồn. Hệ thống Chlor hố nước thải Chlor hơi bao gồm thiết bị Chlorator, máng trộn và bể tiếp xúc. Chlorator phục vụ cho mục đích
chuyển hố Clor hơi thành dung dịch Chlor trước khi hịa trộn với nước thải và được chia thành 2 nhĩm: nhĩm chân khơng và nhĩm áp lực. Clor hơi được vận chuyển về trạm xử lý nước thải dưới dạng hơi nén trong banlon chịu áp. Trong trạm xử lý cần phải cĩ kho cất giữ các balon này. Phương pháp dùng Chlor hơi ít được dung phổ biến.
2.4.2.6 Phương pháp Chlor hố nước thải bằng Clorua vơi:
Aùp dụng cho trạm xử lý nước thải cĩ cơng suất dưới 1000m3/ngđ. Các cơng trình và thiết bị dùng trong dây chuyền này là các thùng hồ trộn, chuẩn bị dung dịch Clorua vơi, thiết bị định lượng máng trộn và bể tiếp xúc.
Với Clorua vơi được hồ trộn sơ bộ tại thùng hồ trộn cho đến dung dịch 10- 15% sau đĩ chuyển qua thùng dung dịch. Bơm định lượng sẽ đưa dung dịch Clorua vơi với liều lượng nhất định đi hồ trộn vào nước thải. Trong các thùng trộn dung dịch, Clorua vơi được khuấy trộn với nước cấp bằng các cánh khuấy gắn với trục động cơ điện.
2.4.3 Xử lý nước thải bằng phương pháp hố lý
2.4.3.1 Phương pháp keo tụ
Keo tụ là quá trình kết hợp các hạt lơ lửng khi cho các chất cao phân tử vào nước. Khác với quá trình đơng tụ, khi keo tụ thì sự kết hợp diễn ra khơng chỉ do tiếp xúc trực tiếp mà cịn do tương tác lẫn nhau giữa các phân tử chất keo tụ bị hấp phụ trên các hạt lơ lửng.
Sự keo tụ được tiến hành nhằm thúc đẩy quá trình tạo bơng hydroxyt nhơm và sắt với mục đích tăng vận tốc lắng của chúng. Việc sử dụng chất keo tụ cho phép giảm chất đơng tụ, giảm thời gian đơng tụ và tăng vận tốc lắng.