c. Phân loại aeroten: Cĩ nhiều cách phân loại aeroten
2.2.2.4.Lọc sinh học với lớp vật liệu là cách ạt cố định
2.2. Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học sinh trưởng dinh bám
2.2.2.4.Lọc sinh học với lớp vật liệu là cách ạt cố định
- Phương pháp này gần như là phương pháp cải tiến của phương pháp lọc trên. Nĩ đặc biệt là rất gần với phương pháp lọc sinh học cĩ lớp vật liệu ngập trong nước.
- Hãng Degremont đã chế tạo ra một loại vật liệu cĩ tên là Biolite (L, P, F ) cĩ kích cỡ từ 1 – 4mm, khối lượng hạt từ1,4 đến 1,8 g/cm3, cĩ các đặc điểm chung như sau:
• Trạng thái bề mặt rất ưu thích cho vi khuẩn dính bám. • Ít bi vỡ vụn và chịu đựng được axit.
- Các vật liệu cĩ hai nhiệm vụ:
• Làm giá thể mang màng sinh học (các vi sinh vật). • Tác dụng lọc.
- Các lọc sinh học cĩ lớp vật liệu hạt Biolite rất thích hợp cho việc xử lí nước sạch sinh hoạt, nước thải đơ thị, nước thải cơng nghiệp. Các loại nước thải này cần phải xửlí sơ bộ, đặc biệt là qua lắng 1, trước khi cho vào lọc.
- Lọc sinh học với lớp vật liệu lọc dạng hạt được chia thành:
• Biofor : bể lọc sinh học với chiều hỗn hợp dịng khí – nước đi từ dưới đi lên trên.
SVTH:NGUYỄ XUÂN NGHỊ 26 MSSV:0811110056 • Biodrof : bể lọc sinh học với chiều dịng khí – nước đi từ trên xuống dưới. • Nitrazur : lọc cĩ hịa tan trước khơng khí hoặc oxi kĩ thuật vào nước. 2.2.2.4.1.
• Mơ tả : Đây là một hệ thống lọc sinh học với vi khuẩn hiếu khí cĩ dịng khí – nước dâng lên.
BIOFOR:
• Trước khi dịng hỗn hợp khí – nước đi ngược từdưới lên trên lọc, nước được khí sục trộn đều rồi dâng lên trên tràn qua rãnh thu nước rồi cĩ thể xả tiếp vào nguồn hoặc đưa trở lại lọc.
• BIOFOR thường được dùng sau lắng sơ bộ hoặc tuyển nổi. Lĩnh v ực sử dụng kĩ thuật này cĩ đặc điểm:
o Loại bỏ BOD5 của chất thải chứa nồng độ nhỏhơn 300 mg / l.
o Giữ lại huyền phù của chất thải cĩ nồng độ nhỏhơn 150 mg / l.
o Loại bỏ amoniac bằng oxi hĩa.
o Khử nitrat của nước chứa nitrat bằng khơng khí nén.
• Khi xử lí nước thải đơ thị, hiệu quả làm giảm các chất huyền phù cĩ trong nước tới 70 – 85%, với tốc độ dịng chảy từ2 đến 6 m/h, dung lượng huyền phù khoảng 1,5 – 2 kg/m3. Hàm lượng BOD trong nước thải trung bình (2 – 6 kg BOD5/m3 .ngày) Biofor cĩ thể loại được 75 – 85%.
2.2.2.4.2.
Nước cần được xử lí sẽ đi qua lớp vật liệu lọc dạng hạt. Dịng này cho phép chuyển oxi trong khối tác dụng mà khơng cần tới vịi phun khí trực tiếp vào bể phản ứng (bể lọc). Lưu lượng khí cùng với dịng nư ớc tạo nên một giảm áp trong bể phản ứng.
SVTH:NGUYỄ XUÂN NGHỊ 27 MSSV:0811110056 2.2.2.4.3.
Nước trước khi đi vào lọc được hịa tan khơng khí hoặc oxi. Với vật liệu Biolite dùng trong trường hợp này khơng bị nhiễu loạn do sự cĩ mặt của các bọt khí. Hiệu suất loại bỏ huyền phù của Oxiazur khá cao. Bộ lọc thơng dụng cĩ dịng chảy xuơi và thích hợp cho các loại nước thải cĩ hàm lượng BOD5 nhỏ.
OXIAZUR ( Lọc cĩ hịa tan trước khơng khí hoặc oxi)
2.2.2.4.4.
Lọc Nitrazur dùng để loại bỏnitơ để sản xuất nước uống, bao gồm 2 kĩ thuật : kĩ thuật nitrat hĩa (NITRAZUR N) và khử nitrat (NITRAZUR DN).
Lọc NITRAZUR
2.2.2.5. Đĩa quay sinh học RBC:
- Đĩa quay sinh học gồm hàng loạt đĩa trịn, phẳng được làm bằng PVC (poly vinyl clorit) hoặc PS (poly styren), lắp trên một trục. Các đĩa này được đặt ngập vào nước một phần (khoảng 30 – 40% theo đường kính cĩ khi ngập tới 70 – 90%) và quay chậm khi làm việc. Đây là cơng trình hay thiêt bị xử lý nước thải kĩ thuật màng sinh học dựa trên sựsinh trưởng găn kết của vi sinh vật trên bề mặt của các vật liệu đĩa. - Đĩa quay sinh học được áp dụng đầu tiên ởCHLB Đức năm 1960 sau đĩ ở Mỹ. Ở Mỹ và Canada, 70% hệ thống RBC được sử dụng để loại BOD, 25% để loại BOD và nitrat, 5% để loại nitrat. Hệ đĩa quay gồm những đĩa trịn poly styren hoặc poly vinyl clorit đặt gần sát nhau nhúng chìm khoảng 40 – 90% trong nước thải hoặc quay với vận tốc chậm. Tương tự như bể lọc sinh học, một lớp màng sinh học được hình thành và bám chắc vào vật liệu đĩa quay.
- Khi quay màng sinh học tiếp xúc với chất hữu cơ trong nước thải và sau đĩ tiếp xúc với oxi khi ra khỏi nước thải. Đĩa quay được nhờ mơtơ hoặc sức giĩ. Nhờ quay liên tục mà màng sinh học vừa tiếp xúc được với khơng khí vừa tiếp xúc được với chất hữu cơ trong nước thải, vì vậy chất hữu cơ được phân hủy nhanh.
- Yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến hoạt động của RBC là lớp màng sinh học. Khi bắt đầu vận hành các vi sinh vật trong nước bám vào vật liệu và phát triển ở đĩ
SVTH:NGUYỄ XUÂN NGHỊ 28 MSSV:0811110056 cho đến khi tất cả vật liệu được bao bởi lớp màng nhầy dầy chừng 0,16 – 0,32 cm. Sinh khối bám chắc vào RBC tương tựnhư ở màng sinh học. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Vi sinh vật trong màng bám trên đĩa quay g ồm các vi khuẩn kị khí tùy tiện như Pseudomonas, Alcaligenes, Flavobacterium, Micrococcus, các vi sinh vật hiếu khí như Bacillus thì thư ờng cĩ ở lớp trên của màng. Khi kém khí hoặc yếm khí thì tạo thành lớp màng vi sinh vật mỏng và gồm các chủng vi sinh vật yếm khí như Desulfovibrio và một số vi khuẩn sunfua.
- Đĩa quay sinh học thường được thiết kế trên cơ sở yếu tố tải trọng rút ra từ kết quả nghiên cứu ở trạm thử nghiệm, mơ hình sản xuất, mặc dù (cĩ thể phân tích) năng suất của nĩ theo phương pháp tiệm cận, tương tự như đối với các bể lọc sinh học. Cả hai chỉ tiêu tải trọng thủy lực và tải trọng chất hữu cơ đều được dùng để xác định kích thước cơng trình xử lý bậc hai. Các loại tải trọng đối với thời tiết ấm áp và tồn năm về nitrat hĩa sẽ thấp hơn nhiều so với tải trọng khi xử lý bậc hai.
- Năng suất tải của đĩa RBC vào khoảng 0,5 – 1 kg BOD/m3 . ngày . Nên giảm bớt chất hữu cơ vào ở giai đoạn đầu để đề phịng xảy ra hiện tượng thiếu khí oxi. Tải lượng nước trên bề mặt vật liệu của RBC thay đổi trong khoảng 0,03 – 0,06 m3/m2.ngày với nước thải xử lý lần 2 và 0,01 m3/m2.ngày với nước cần xử lý nitrat. Mối liên hệ giữa thể tích bồn chứa và bề mặt vật liệu cĩ ý nghĩa rất lớn. Dung tích tối ưu của bồn chứa xử lý nước thải sinh hoạt là khoảng 4,88 l/m2 bề mặt vật liệu và thời gian lưu nước khoảng 40 – 90 phút cho oxi hĩa các hợp chất cacbon hữu cơ và 90 – 240 phút cho nitrat hĩa.
2.3. Các vi sinh vật tham gia vào quá trình xử lý nước thải:
- Ở loại nước thải thường cĩ những vi sinh vật đặc trưng riêng, phụ thuộc chủ yếu vào thành phần vật chất cĩ trong nước thải. Phần lớn vi sinh đĩng vai trị r ất quan trọng trong quá trình chuyển hĩa, chúng cĩ tác dụng làm giảm chất hữu cơ trong nước thải, đồng thời giúp ổn định nồng độ chất hữu cơ trong các dịng chảy. Trong nước thải sốlượng và chủng loại vi sinh vật phụ thuộc vào nhiều yếu tố nhất là các chất hữu cơ hịa tan trong nư ớc, các chất độc, pH của mơi trường, những yếu tố
SVTH:NGUYỄ XUÂN NGHỊ 29 MSSV:0811110056 quyết định đến sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật như các chất dinh dưỡng đa lượng và vi lượng của chúng. Do đĩ, để tăng cường vai trị của vi sinh vật hoạt động trong xử lý nước thải thì cần phải thiết kếđiều kiện mơi trường phù hợp. - Nước càng bẩn, càng chứa nhiều chất hữu cơ, nếu thích nghi và sinh trưởng được thì sự phát triển của vi sinh vật càng nhanh. Tuy nhiên, khơng phải tất cả các vi sinh vật đều cĩ lợi cho các quá trình chuyển hĩa trong xử lý nước thải. Nếu như điều kiện mơi trường khơng cịn thích hợp cho hoạt động của các lồi vi sinh vật, hoặc sốlượng các vi sinh vật trong hệ thống xử lý tăng đột biến, điều này sẽngăn cản trở quá trình chuyển hĩa và làm giảm hiệu suất xử lý nước thải.
- Trong nước thải cĩ nhiều loại vi sinh vật khác nhau: vi khuẩn, nấm men, nấm mốc, xoắn thể, xạ khuẩn, virus, thực khuẩn thể…nhưng chủ yếu là vi khuẩn.
- Đặc biệt nước thải sinh hoạt của các xí nghiệp chế biến thực phẩm, rất giàu các chất hữu cơ, vì vậy sốlượng vi sinh vật trong nước là rất lớn. Trong số này chủ yếu là vi khuẩn, chúng đĩng vai trị phân hủy các chất hữu cơ, cùng với các khống chất khác dùng làm vật liệu xây dựng tếbào đồng thời làm sạch nước thải.
2.3.1. Vi khuẩn (Bacteria):
- Vi khuẩn đĩng vai trị quan trọng hàng đầu trong các bể xử lý vì nĩ chịu trách nhiệm phân hủy các thành phần hữu cơ trong nước thải. Trong các bể phân hủy bằng vi sinh trong điều kiện hiếu khí, một phần chất thải hữu cơ sẽ được các vi khuẩn hiếu khí và hiếu khí khơng bắt buộc sử dụng để lấy năng lượng để tổng hợp các chất hữu cơ, cịn lại thành tế bào vi khuẩn mới.
- Theo quan điểm hiện đại (NCBI – Nation Center for Biotechology Information, 2005) thì vi khuẩn bao gồm các ngành sau này: Aquificae, thermotogae,
defferribacteres, cyanobacteria, proteobacteria, firmicutes, actinobacteria, planetomycetes, chlamydiae/Nhĩm verrucomicrobia, spirochaetes, fibrobacteres/Nhĩm axitobacteria. Bacteroidetes/Nhĩm chlorobia, fusobacteria,
SVTH:NGUYỄ XUÂN NGHỊ 30 MSSV:0811110056
dictyoglomy. Việc phân ngành dựa trên các đặc điểm hình thái, sinh lý, sinh hĩa, sinh thái.
Hình 2.5: Aquificae Hình 2.6: Thermotogae
- Vi khuẩn là sinh vật đơn bào, có kích thước nhỏ từ 0,3-1μm, cơ thể chứa khoảng 85% là nước và 15% là các khoàn chất hay chất nguyên sinh. Chất nguyên sinh phần lớn là S, K, Na, Cl và một lượng nhỏ Fe, Si và Mg. chúng đứng riêng rẽ hoặc xếp thành đơi, thành 4 tế bào hoặc hình thành khối với 8 tế bào, xếp thành chuỗi hoặc thành chùm. Vi khuẩn sinh sản bằng cách chia đôi tế bào. Trong điều kiện chất dinh dưỡng, oxi, pH và nhiệt độ mơi trường thích hợp thì thời gian thế hệ là 15-30 phút.
- Các vi khuẩn trong nước thải có thể chia làm 4 nhóm lớn: nhóm hình cầu
(Cocci) có đường kính khoảng 1-3 𝜇𝜇m; nhóm hình que (Bacillus) có chiều rộng
khoảng 0,3-1,5 𝜇𝜇m chiều dài khoảng 1-10 𝜇𝜇m (điển hình cho nhóm này là vi khuẩn E. coli có chiều rộng 0,5 𝜇𝜇m chiều dài 2 𝜇𝜇m); nhóm vi khuẩn hình que cong và xoắn ốc (Spirilla), vi khuẩn hình que cong có chiều rộng khoảng 0,6-1,0
SVTH:NGUYỄ XUÂN NGHỊ 31 MSSV:0811110056 𝜇𝜇m và chiều dài khoảng 2-6 𝜇𝜇m; trong khi vi khuẩn hình xoắn ốc có chiều dài có thể lên đến 50 𝜇𝜇m; nhóm vi khuẩn hình sợi có chiều dài khoảng 100 𝜇𝜇m hoặc dài hơn.
- Các vi khuẩn đóng vai trị quan trọng bậc nhất trong q trình phân hủy các hợp chất hữu cơ trong tự nhiên cũng như trong các bể xử lý, biến chất hữu cơ thành chất ổn định tạo thành bông cặn dễ lắng, làm sạch nước thải trong vịng tuần hồn vật chất
- Vi khuẩn được chia thành 2 nhóm chính:
o Vi khuẩn ký sinh (Paracitic Bacteria) là vi khuẩn sống bám vào vật chủ, thức ăn của nó là thức ăn đã được vật chủ đồng hóa, chúng thường sống trong đường ruột của người và động vật, đi vào nước thải theo phân và nước tiểu.
Hình 2.7: Paracitic Bacteria
o Vi khuẩn hoại sinh (Saprophytic Bacteria) dùng chất hữu cơ khơng hoạt động làm thức ăn, nó phân hủy cặn hữu cơ làm chất dinh dưỡng để sống và sinh sản, và thải ra các chất gồm cặn hữu cơ có cấu tạo đơn giản và cặn vơ cơ. Bằng q trình
SVTH:NGUYỄ XUÂN NGHỊ 32 MSSV:0811110056
hoạt động như vậy, vi khuẩn hoại sinh đóng vai trị cực kì quan trọng trong việc làm sạch nước thải. Nếu khơng có hoạt động sống và sinh sản của vi khuẩn, quá trình phân hủy sẽ khơng xảy ra. Có rất nhiều lồi vi khuẩn hoại sinh, mỗi lồi đóng vai trị rất đặc biệt trong mỗi cơng đoạn của q trình phân hủy hồn tồn cặn hữu cơ có trong nước thải và mỗi lồi sẽ tự chết khi hồn thành quy trình sống và sinh sản ở giai đoạn đó.
Hình 2.8: Saprophytic Bacteria
- Tất cả các lồi vi khuẩn ký sinh và hoại sinh can có thức ăn và oxi để đồng hóa. Một số lồi trong số vi khuẩn này chỉ có thể hơ hấp bằng oxi hịa tan trong nước gọi là vi khuẩn hiếu khí, cịn q trình phân hủy chất hữu cơ của chúng gọi là quá trình hiếu khí hay q trình oxi hóa. Một số lồi khác trong số các vi khuẩn này khơng thể tồn tại được khi có oxi hịa tan trong nước, những vi khuẩn này gọi là vi khuẩn kị khí và q trình phân hủy gọi là q trình kị khí, q trình này tạo ra các mùi khó chịu. Cịn một số lồi vi khuẩn hiếu khí trong q trình phân hủy chất hữu cơ, nếu thiếu hoàn toàn oxi hịa tan, chúng có thể tự điều chỉnh để thích (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
SVTH:NGUYỄ XUÂN NGHỊ 33 MSSV:0811110056
nghi với môi trường gọi là vi khuẩn hiếu khí tùy nghi. Ngược lại cũng tồn tại một lồi vi khuẩn kị khí, khi có oxi hịa tan trong nước chúng khơng bị chết mà lại làm quen được với mơi trường hiếu khí gọi là vi khuẩn kị khí tùy nghi. Sự tự điều chỉnh để thích nghi với mơi trường có sự thay đổi của oxi hòa tan của vi khuẩn hoại sinh là rất quan trong trong quy trình phân hủy chất hữu cơ của nước thải trong các cơng trình xử lý.
- Nhiệt độ của nước thải có ảnh hưởng rất lớn đến quá trình hoạt động và sinh sản của vi khuẩn, phần lướn vi khuẩn hoại sinh hoạt động có hiệu quả cao và phát triển mạnh mẽ ở nhiệt độ từ 20-400C. Một số loài vi khuẩn trong xử lý cặn phát triển mạnh mẽ ở nhiệt độ 50-600C. Khi duy trì các điều kiện môi trường: thức ăn, nhiệt độ, pH, oxy, độ ẩm thích hợp để vi khuẩn phát triển thì hiệu quả xử lý sinh học trong cơng trình sẽ đạt hiệu quả cao nhất.
- Tuy nhiên khơng phải tất cả các lồi vi khuẩn đều có lợi cho q trình sinh hóa, một vài trong số chúng là lồi gây hại, trong đó có hai lồi vi khuẩn tiêu biểu có hại cho hệ thống. Một là các dạng vi khuẩn dạng sợi (Filamentous) là các dạng phân tử trung gian, thường kết với nhau thành lớp lưới nhẹ nổi lên mặt nước và gây cản trở cho quá trình lắng, làm cho lớp bùn đáy khơng có hiệu quả, sinh khối sẽ không gắn kết lại và theo các dịng chảy sạch đã qua xử lý ra ngồi. Một dạng vi khuẩn có hại khác tồn tại trong lượng bọt dư thừa trong các bể phẩn ứng sinh hóa, phát sinh từ các hệ thống thơng gió để tuần hoàn oxi trong hệ thống.
SVTH:NGUYỄ XUÂN NGHỊ 34 MSSV:0811110056
o Vi khuẩn dị dưỡng (Heterotroph): sử dụng các chất hữu cơ làm nguồn cacbon dinh dưỡng và nguồn năng lượng để hoạt động sống, xây dựng và phát triển tế bào.
Hình 2.9: Heterotroph
o Vi khuẩn tự dưỡng (Autotroph): có khả năng oxi hóa chất vơ cơ để thu năng lượng và sử dụng CO2 làm nguồn cacbon cho quá trình sinh tổng hợp. Trong nhóm này có vi khuẩn nitrate hóa, vi khuẩn sắt, vi khuẩn lưu huỳnh…
2.3.2. Virus và thực khuẩn thể:
- Virus là những sinh vật cực nhỏ (kích thước khoảng 20-100nm). Chúng khơng có cấu tạo tế bào, thành phần hóa học rất đơn giản, chỉ bao gồm protein và acid nucleic, virus chỉ chưa AND hoặc ARÛN, không thể sống độc lập mà phải sống kí sinh vào tế bào chủ. Mỗi virus có một loại tế bào chủ tương ứng, virus bám vào tế bào chủ rồi xâm nhập vào nội bào, phần acid nucleic được giải phóng ra khỏi vỏ bọc.
- Virus có nhiều dạng: virus của động vật có hình quả cầu, hình trứng (virus đậu