V. Phạm vi nghiên cứu
2.4.4.2Xử lý sinh học trong điều kiện nhân tạo
Yếu tố mơi trường ảnh hưởng đến quá trình xử lý
Để tạo điều kiện cho quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học trong điều kiện hiếu khí cần điều chỉnh các yếu tố mơi trường sau:
O2: Trong các cơng trình xử lý hiếu khí, O2 là thành phần cực kỳ quan trọng của mơi trường, vì vậy cần đảm bảo đủ O2 liên tục trong suốt quá trình xử lý nước thải và hàm lượng O2 hồ tan trong nước ra khỏi bể lắng đợt II khơng nhỏ hơn 2mg/l.
Nồng độ các chất bẩn hữu cơ phải thấp hơn ngưỡng cho phép. Nếu nồng độ các chất bẩn vượt quá ngưỡng cho phép sẽ ảnh hưởng xấu đến hoạt động sống của vi sinh vật. Vì vậy khi đưa nước thải vào vào các cơng trình xử lý cần kiểm tra các chỉ số BOD, COD của nước thải. Nếu chỉ số BOD tp vượt qua giới hạn cho phép thì cần lấy nước thải ít hoặc khơng bị ơ nhiễm để pha lỗng.
Bảng 2.10: Nồng độ các chất dinh dưỡng cho vi sinh vật để xử lý nước thải ( theo M. X. Moxitrep 1982)
BODtp của nước thải( mg/l)
Nồng độ nitrogen trong muối amon(mg/l)
Nơng độ photpho trong P2O5( mg/l)
< 500 15 3
500- 1000 25 8
Ngồi nguồn nitơ và photpho cĩ nhu cầu như đã nêu ở bảng trên các nguyên tố dinh dưỡng khống khác như K, Ca, S…thường đã cĩ trong nước thải, do đĩ khơng cần bổ sung. Nếu thiếu nitơ ngồi việc khơng xúc tiến nhanh quá trình oxy hố mà cịn làm cho bùn hoạt tính khĩ lắng và dễ theo nước thải ra khỏi bể lắng.
Để xác định sơ bộ lượng các chất dinh dưỡng cần thiết đối với nhiều loại nước thải cơng nghiệp, cĩ thẻ chọn tỷ lệ sau: BODtp: N: P= 100: 5: 1
Ngồi ra cịn cĩ các yếu tố khác của mơi trường xử lý như pH, nhiệt độ cũng ảnh hưởng đáng kể đến hoạt động sống của vi sinh vật trong các thiết bị xử lý. Thực tế cho thấy pH tối ưu trong bể xử lý hiếu khí là 6,5- 8,6; nhiệt độ 6- 37oC.
Ở trạm xử lý nước thải, người ta thường xây dựng các bể Aeroten bằng bêtơng cốt thép theo hình khối chữ nhật hay hình trụ. Trong đĩ hình khối chữ nhật được sử dụng rộng rãi hơn.
Vi sinh vật trong bể hiếu khí tạo thành bùn hoạt tính sẽ phân huỷ các chất hữu cơ và làm sạch nước. Bùn hoạt tính một phần được hồi lưu dùng làm tác nhân phân giải cho các đợt sau, phần cịn lại được xử lý rồi dùng làm phân bĩn cho cây trồng hoặc các mục đích khác.
Để thoả mãn điều kiện hiếu khí cho vi sinh vật phát triển trong bể Aeroten, người ta sục khí vào hệ thống để cung cấp oxy cho vi sinh vật bằng các hệ thống khí nén. Khi cung cấp khí vào bể Aeroten, khơng khí cần phải được cung cấp đầy đủ và đều khắp bể Aeroten để làm tăng hiệu quả xử lý.
2.4.4.2.4 Bể lọc sinh học- Biơphin:
Bể Biơphin là một cơng trình xử lý sinh học nước thải trong điều kiện nhân tạo nhờ các vi sinh vật hiếu khí bám dính.
Quá trình xử lý diễn ra khi cho nước thải tưới lên bề mặt của bể và thấm qua lớp vật liệu lọc. Ở bề mặt của hạt vật liệu lọc và giữa các khe hở giữa chúng, các cặn bẩn được giữ lại và tạo thành mạng gọi là màng vi sinh. Lượng oxy cần thiết để oxy hố các chất bẩn hữu cơ thâm nhập vào bể cùng với nước thải. Vi sinh hấp thụ chất hữu cơ và nhờ cĩ oxy mà quá trình oxy hố được thực hiện.
Những màng vi sinh đã chết sẽ cùng với nước thải ra khỏi bể và được giữ lại ở bể lắng đợt II.
Vật liệu lọc của các bể loại này thường được dùng là than đá, đá sỏi, đá cục, đá ong hoặc bằng vật liệu tổng hợp, kích thước trung bình vào khoẳng 40- 80 mm, chiều cao của lớp vật liệu lọc cĩ thể từ 6- 9 m.
2.4.4.2.5 Đĩa quay sinh học:
Vật liệu dùng để làm đĩa quay sinh học thường là polyvinyl Clorid và polystyrene. Các đĩa này được lắp trên một trục. Trục này là điểm tựa của chúng,
được quay với tốc độ rất chậm. Người ta thường cho các hệ thống đĩa này vào trong một bể chứa nước thải. Đĩa này chỉ ngập một phần từ 2- 4 mm, khi quay các vật liệu của đĩa sẽ lần lượt nằm trong nước và phần đối diêïn nằm trong khơng khí. Do sự tiếp xúc với khơng khí theo chu kỳ quay như thế sẽ xảy ra quá trình oxy hố. Theo thời gian hoạt động màng vi sinh sẽ dày thêm và đến một mức độ nhất định sẽ tự động tách ra khỏi đĩa và lắng xuống.
2.4.4.2.6 Bể lọc kỵ khí cĩ lớp cặn lơ lửng( UASB)
Phương pháp xử lý bằng bể lọc kỵ khí cĩ lớp cặn lơ lửng phản ứng đi từ dưới lên qua lớp cặn lơ lửng khơng sử dụng lớp vật liệu dính bám mà sử dụng lớp cặn luơn luơn tồn tại trong dịch lên men nhờ hệ thống nước thải chảy từ dưới lên trên. Hệ thống này được vận hành như sau:
Người ta điều chỉnh pH cho phù hợp với hoạt động của vi sinh vật trong hệ thống. Nước thải sau khi điều chỉnh pH được phân phối đều từ dưới bể lên. Khi nước thải tiếp xúc với các hạt cặn bùn lơ lửng trong bể sẽ xảy ra những phản ứng sinh hố và phần lớn các chất hữu cơ được chuyển thành khí( trong đĩ 70- 80 % là CH4, 20- 30 % là CO2, phần cịn lại là các khí khác). Khí tạo ra bơng chuyển lên trên theo bề mặt ngay mà dính vào các hạt cặn bùn lơ lửng, chuyển đơng theo chiều hướng lên trên, tạo ra sự xáo trộn cục bộ. Khi chuyển động lên trên, chúng va vào vật chắn và bị vỡ ra, khí thốt lên trên cịn cặn lắng lại xuống dưới. Nước trong được chuyển lên trên và tập trung vào máng chuyển ra ngồi.
Hiệu quả xử lý chất hữu cơ trong nước thải do hệ vi sinh vật kỵ khí cĩ trong các hạt bùn lơ lửng quyết định. Khi bể vận hành sẽ hình thành hai lớp bùn rõ rệt, ở chiều cao ¼ của bể kể từ đáy lên các hạt bùn sơ cấp được hình thành, phía trên lớp bùn này là những hạt bùn được tạo ra do sự lắng từ trên xuống hoặc được lấy từ dưới lên. Nồng độ bùn ở nay khoảng 1.000- 3.000 mg/ l.
Hỗn hợp vi sinh kỵ khí tham gia phân huỷ chất hữu cơ trong bể thường tồn tại lẫn lộn trong pha khí, pha lỏng và pha rắn. Người ta tách chất khí ra khỏi bể
bằng cách thiết kế các tấm vách trong bể. Hỗn hợp bùn và nước được tách ra bởi ngăn lắng.
2.4.4.2.7 Bể khí sinh học (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Bể khí sinh học cịn gọi là bể mêtan. Khi lên men, vật chất cĩ trong bể mêtan biến đổi rất mạnh, tạo ra những lớp rất rõ theo chiều cao của bể.
Khi vận hành bể mêtan, nước trong được lấy ra liên tục và bổ sung vào nước thải mới, do đĩ lượng cặn được tạo ra liên tục. Cĩ hai lớp bùn cặn: lớp bùn cặn lơ lửng phía trên và lớp bùn cặn được lắng xuống dưới đáy bể. Phải lấy cặn lắng ở đáy bể ra theo định kỳ hoặc liên tục để tăng khả năng phân huỷ vật chất hữu cơ và tăng thể tích hữu ích của bể.
Các loại bể mêtan rất thích hợp cho việc xử lý nước thải các xí nghiệp chăn nuơi gia súc gia cầm.
Giai đoạn xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học tiến hành sau giai đoạn xử lý cơ học. Quá trình xử lý sinh học trong điều kiện nhân tạo khơng loại trừ triệt để các loại vi khuẩn, nhất là vi trùng gây bệnh. Bởi vậy sau giai đoạn xử lý sinh học cần thực hiện giai đoạn khử trùng nước thải trước khi xả vào nguồn. Trong quá trình xử lý sẽ tạo nên một lượng cặn đáng kể, do đĩ phải tiến hành xử lý cặn trước khi thải vào nguồn.
2.4.4.3 Vi sinh vật trong xử lý nước thải.
Ngoại trừ các loại nước thải của các nhà máy hố chất chứa nhiều chất độc hại cho sinh vật, cịn các loại nước thải cơng nghiệp thực phẩm thường chứa nhiều chất hữu cơ rất thuận lợi cho sinh vật nước phát triển. Trong quá trình sống trong mơi trường nước thải, chúng sử dụng các thành phần hữu cơ cĩ trong nước thải để nhận năng lượng và nhận các chất xây dựng nên cơ thể chúng. Trong quá trình trao đổi chất đĩ một phần được chuyển thành năng lượng, một phần chuyển thành các chất hồ tan và phần khác lại được chuyển thành khí bay vào khơng trung.
Sinh vật cĩ trong nước thải cơng nghiệp chứa chất hữu cơ bao gồm các lồi sinh vật, các nguyên sinh động vật, các loại giun, sán và các thực vật thuỷ sinh.
Vi sinh vật trong nước thải cĩ từ các nguồn sau:
Phần lớn vi sinh vật cĩ trong nước thải, cĩ trong nguồn nước thải đặc trưng cho từng nhà máy. Ví dụ: nước thải nhà máy rượu, nhà máy bia, nhà máy đồ hộp, nhà máy giấy…
Vi sinh vật cĩ trong nước thải được đưa vào theo phân, đất, nước tiểu mà nước thải cuốn theo.
Vi sinh vật trong nước thải do tác động khác của con người trong quá trình hoạt động cơng nghiệp như rửa nguyên liệu, vệ sinh nhà xưởng, máy mĩc thiết bị.
Vi sinh vật cĩ trong nước thải sinh hoạt nếu như nhà máy khơng cĩ hệ thống thu gom, vận chuyển tách hai hệ thống nước thải cơng nghiệp và nươc thải sinh hoạt riêng.
Vi sinh vật cĩ trong nước thải cịn do lây nhiễm từ thiên nhiên từ nước mưa, nước chảy tràn…trong nước thải, vi sinh vật tồn tại rất đa dạng về lồi và khả năng chuyển hố các chất hữa cơ. Những khác biệt trong khu hệ vi sinh vật ở nước thải cơng nghiệp phụ thuộc rất nhiều vào tính chất hố lý, thành phần hố học và cả tính chất sinh học của nước thải. Những tính chất vật lý, thành phần hố học hay bản chất sinh học quyết định sự phát triển của sinh vật nước và khả năng chuyển hố vật chất trong nước do sinh vật.
Trong các loại nước thải cơng nghiệp, nước thải từ các nhà máy thực phẩm là mơi trường thuận lợi nhất cho vi sinh vật phát triển. Thời gian đầu khi mới thải nước thải ra khỏi nhà máy, số lượng vi sinh vật thường khơng nhiều. Ơû giai đoạn này, một mặt do lượng vi sinh vật bên ngồi nước thải chưa được đưa vào nước thải, một mặt các vi sinh vật cĩ sẵn trong nước thải chưa quen với điều kiện mơi trường mới, một số trong đĩ bị chết, sau một thời gian thích nghi, số lượng vi sinh
vật sẽ tăng nhanh. Nhưng điều dễ nhận thấy là khơng phải tất cả những vi sinh vật cĩ ngay ở giai đoạn đầu của nước thải hay vi sinh vật mới được đưa vào đều phát triển mạnh, mà sự phát triển mạnh chỉ thấy ở những vi sinh vật thích nghi được với nước thải đĩ. Do đĩ, nhiều trường hợp vi sinh vật cịn được coi như một chỉ thị sinh học cho từng loại nước thải.
Trong nước thải cơng nghiệp, nhất là nước thải của cơng nghiệp thực phẩm chứa rất nhiều vi khuẩn. Vi khuẩn vừa chiếm một số lượng lớn vừa đĩng một vai trị quyết định trong sự chuyển hố vật chất cĩ trong nước thải. Ngồi vi khuẩn ra, trong nước thải cịn chứa nhiều nấm men, một ít nấm sợi, vi rút và rất nhiều tảo.
2.5.4.3.1 Vi khuẩn trong nước thải
Khơng cĩ một loại nước thải cơng nghiệp thực phẩm, chăn nuơi nào mà lại khơng chứa vi sinh vật, đặc biệt là vi khuẩn… Các lồi vi khuẩn luơn luơn tồn tại và phát triển trong những loại nước thải chứa chất hữu cơ. Chúng đĩng vai trị quyết định trong mọi quá trình phân huỷ vật chất hữu cơ. Đặc điểm chung của những vi khuẩn cĩ trong nước thải được tĩm tắt như sau:
Vi khuẩn là những cơ thể đơn bào, sống riêng rẽ hoặc liên kết hai, ba, bốn tế bào hoặc tạo thành chuỗi ngắn, dài khác nhau. Đơi khi, chúng tạo thành những chùm, nhìn trong kính hiển vi ta hình dung chúng như những chùm nho.
Vi khuẩn tồn tại ở dạng cầu khuẩn ( Micrococcus), trực khuẩn ( Bacillus hay
Bacterium). Chúng cĩ thể tạo tiên mao( Bacterium) và cĩ thể tạo bào tử (
Clostridium, Bacillus). Bào tử của vi khuẩn thường nằm trong tế bào. Bào tử cĩ thể cĩ kích thước nhỏ hơn tế bào ( Bacillus), cũng cĩ thể lớn hơn kích thước tế bào (Clostrium). Bào tử được tạo thành do tính chất lồi. Khơng phải tất cả vi khuẩn cĩ khả năng tạo bào tử, khơng phải lúc nào chúng cũng cĩ thể tạo bào tử. Trong những trường hợp gặp khĩ khăn, ví dụ như trong nước thải chứa nhiều yếu
tố bất lợi cho sự phát triển của chúng như nhiệt độ, áp suất thẩm thấu, chất độc,thì khả năng tạo bào tử sẽ được thúc đẩy với tốc độ nhanh hơn. Việc tạo bào tử của vi khuẩn cĩ liên quan rất chặt chẽ đến sinh lý và sự duy trì nịi giống của vi khuẩn.
Vi sinh vật là một sinh vật cĩ tốc độ trao đổi chất rất mạnh, trong đĩ, vi khuẩn là nhĩm vi sinh vật cĩ tốc độ trao đổi chất mạnh nhất. Tốc độ trao đổi chất của chúng vượt xa tất cả các sinh vật khác. Trong một ngày đêm, chúng cĩ thể chuyển hố một khối lượng vật chất gấp hàng ngàn lần khối lượng của chúng.
a) b)
e) f)
Hình 2.6: Một số loại vi khuẩn trong nước thải
a. Peseudomonas
(hydratcacbon,phản nitrat hố) b. Desulfovibrio (khử sunfat, khử
nitrat) (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
c. Bacillus (phân huỷ
hydratcacbon, protein) d. Nitrosomonas (Nitrit hố) e. Microthrix parvicella f. Zoogloeas
Chính vì thế, trong xử lý nước ơ nhiễm hay nước thải chứa nhiều chất hữu cơ, người ta dùng vi khuẩn như một tác nhân xử lý rất hữu hiệu.
Vi khuẩn thường sinh sản tốc độ rất mạnh. Vi khuẩn sinh sản chủ yếu bằng phương pháp nhân đơi tế bào. Cách sinh sản này thường tạo ra một khối lượng rất lớn tế bào trong những khoảng thời gian rất ngắn. Tốc độ sinh sản của vi khuẩn là cao nhất trong tất cả các sinh vật hiện nay. Mặt khác, chu kỳ một thế hệ của vi khuẩn rất ngắn. Cĩ những vi khuẩn cĩ thời gian thế hệ chỉ 20 phút, cĩ vi khuẩn thời gian thế hệ là 80 phút. Thời gian đĩ là rất ngắn so với thời gian thế hệ của động vật và thực vật.
Trong nước ơ nhiễm và nước thải tồn tại cả vi khuẩn dị dưỡng và tự dưỡng. Vi khuẩn dị dưỡng là những vi khuẩn chỉ cĩ khả năng sống nhờ các chất dinh dưỡng cĩ sẵn trong mơi trường nước. Cịn vi khuẩn tự dưỡng là những vi khuẩn cĩ khả năng sử dụng ánh sáng mặt trời để tổng hợp các chất hữu cơ từ những chất vơ cơ.
2.5.4.3.2 Virut
Vi rút là một vi sinh vật nhỏ bé nhất trong các lồi vi sinh vật cĩ trong thiên nhiên. Các thực khuẩn thể hoặc vi rút nĩi chung khi mới vào mơi trường nước ơ nhiễm hay nước thải, chúng thường bị tiêu diệt khá nhiều. Sau đĩ chúng xâm nhập vào tế bào những vi khuẩn tương ứng. Trong tế bào của những vi khuẩn, thực khuẩn thể sẽ sinh sản rất nhanh, cĩ thể từ một tế bào tạo ra đến 100.000 tế bào thực khuẩn thể và chỉ cần 10- 20 phút, tế bào vi khuẩn sẽ bị tan rã. Như vậy
về mặt nào đĩ, nước bị ơ nhiễm và nước thải là nguồn chứa đựng rất nhiều vi rút và cả thực khuẩn thể. Các vi rút gây bệnh sẽ rất nguy hiểm cho người và động vật, cịn thực khuẩn thể lại làm giảm số lượng các vi khuẩn rất nhanh. Nếu thực khuẩn thể mà làm chết hàng loạt những vi khuẩn cĩ lợi thì quá trình tự làm sạch nước ơ nhiễm và nước thải bị chậm lại. Mặt khác, khi ta tiến hành những biện pháp xử lý các loại nước này sẽ khơng tận dụng được khả năng của vi sinh vật sẵn cĩ trong các nguồn nước ta cần xử lý. Trong trường hợp những thực khuẩn thể