Thực chat của phương pháp sinh học để xử lý nước thai là dùng khả năng sống và hoạt động của vi sinh vật dé phan hủy các chất hữu cơ có trong nước thai, chúng sử dụng các hợp chat hừu cơ và một số khoáng làm đỉnh đưỡng va tạo năng lượng.
Trong quá trình dinh dưỡng ching nhận được các chất lam vật liệu để xây dựng tế bảo,
sinh trưởng, sinh sản nên làm sinh khối tăng lên. Quá trình này còn được gọi là quá trình oxi
hóa sinh hóa.
Phương pháp này thường được sử dụng để làm sạch hoàn toàn các loại nước thải có chứa các chất hữu cơ hòa tan, các chất phân tán nhỏ. Do vậy trước khi thực hiện phương pháp nay, ta phái loại trung hòa nước thải, bỏ các chat phan tán thô ra khỏi nước thải ở cong
trình đơn vị trước.
Theo quan điểm hiện dai, quá trình xử lý nước thai bằng phương pháp sinh học (thu hồi chat ban từ nước thải và việc vi sinh vật hap thụ chất ban) là quá trình gồm ba giai đoạn: /4j
e Khuéch tán, chuyển dịch và hap thy chat ban tử môi trường nước lên bé mặt tế bào
vi khuẩn.
e Oxi hóa ngoại bao và vận chuyển các chất bản hấp thụ được qua màng tế bào vi
khuẩn.
Bài khóa luận SVTH: Nguyễn Kim Thiên Phúc
e Chuyển dịch các chat hữu cơ thành năng lượng, tổng hợp sinh khói tir chất hữu cơ
và các nguyễn tô dinh dưỡng khác bén trong té bảo vi khuẩn.
a. Các phương pháp hiếu khí
+ Quá trình hiểu khí nói chung (2)
Các quá trình hiểu khí có thể xáy ra trong điều kiện nhân tạo vả hiểu khí. Trong đó quá trình hiểu khí nhãn tạo, người ta tạo cho môi trường sông của vì sinh vật có điều kiện tôi ưu nhất nên hiệu qua xử lý tốt hơn.
Quá trình oxi hóa các chất hữu cơ của vi sinh vật dé tạo thành năng lượng dau tiên la
cacbonhydrat và một số chất hữu cơ khác. quá trình nảy được thực hiện trên bẻ mật tế bảo vi
khuân nhờ xúc tác của men ngoại bao. Sau đó một phan chất ban được vận chuyên qua mang tể bảo ví khuẩn vào bên trong và tiếp tục oxi hóa dé giải phóng ra năng lượng hay tổng hợp thành té bào chất dẫn đến sinh khói tăng lên.
Khi thiểu nguồn đình dưỡng, té bao chat lại bị oxi hoá dé tạo ra nguồn năng lượng cho
hoạt động sông.
Quá trình trên được thé hiện qua các phương trình sau : e® Đònghỏa:
C\HyOLN + O2-> CO2 + HO + NH3 * Năng lượng.
e DỊ hóa :
C:HO,N + Năng lượng -> C‹HzNOs( Tế bào chất ).
e Tự phân hủy :
C‹H?NQ2 + O2-> CO2 + HO + NH3+ Năng lượng.
Vẻ nguyên tắc phương pháp này gồm các bước sau :
> Chuyển hóa các hợp chất hữu cơ có nguồn gốc cacbon ở dạng hòa tan, keo hay không hòa tan phân tán nhỏ thành khí CO›, nước và sinh khối vi sinh vật.
> Tạo ra bùn thứ cấp (các bông bùn hay mang vi sinh vật) chủ yếu 1a các vi khuẩn,
động vật nguyên sinh và các keo vô cơ trong nước thải.
> Tach bùn thứ cấp ra khỏi nước bằng quá trình lắng trọng lực.
+ Phương pháp hiếu khí trong các công trình nhận tạo
Bê acroten trộn.
Bẻ phản ứng sinh học theo từng mẻ nói tiếp.
Aeroten day,
Loc đỉnh bam.
Phương pháp hiểu khí trong điều kiện tự nhiên.
Quá trình này được tiên hành là cho nước thải tương tác với đất, thực vật vá không khí.
Từ đó chất 6 nhiễm bị loại bỏ khỏi nước thai và có thẻ là tưới tiêu, thu hỏi chất dinh dưỡng, tái sử dụng nước và bé sung nguồn nước ngằm. Công trình dang này thường là:
Saw SK A
Trang 26
Bài khóa luận SVTH: Nguyễn Kim Thiên Phúc
ơ———ễằŸ ẦẰ——————ễ—————————————
Hỗ sinh học.
Hỏỗ sinh học hay còn được gọi là hỗ oxy hóa hay hỏ dn định. Nước thai cháy qua hồ có
vận tốc không lớn, thời gian lưu nước thường 30 đến 50 ngày.
Hô sinh học được phân thành các loại sau :
e Hỗ oxy hóa cấp ba hay hé làm sạch lần cuối.
e©_ Hỗ thông khí nhân tạo hay còn gọi là hd được sục khí.
© Hỗ oxy hỏa hiểu - yếm khí hay còn gọi là hỗ oxy hóa tủy tiện.
Š Quá trình xử lý hiếu khí với vi sinh vật sinh trưởng dang lơ lửng
[rong quá trình bùn hoạt tính, các chất hữu cơ hòa tan và không hòa tan chuyên hóa thành bông bùn sinh học - quần thẻ vi sinh vật hiếu khí - có khả năng lắng đưới tác dụng của trọng lực. Nước chảy liên tục vào bề acroten, trong đó khi được đưa vào cùng xảo trộn với bùn hoạt tính cung cấp ôxy cho vi sinh vật phân hủy chat hữu cơ. Dưởi điều kiện như thẻ, vi sinh vật sinh trưởng tăng sinh khối và kết thành bông bùn. Hin hợp bùn va nước thái chảy đến bẻ lắng đợt 2 va tại đây bùn hoạt tinh lắng xuống đáy. Lượng lớn bùn hoạt tinh (25 -
75% lưu lượng) tuần hoàn vẻ bẻ aeroten dé giữ ổn định mật độ ví khuẩn, tạo điều kiện phân
hủy nhanh chat hữu cơ. Lượng sinh khỏi du mỗi ngảy củng với lượng bùn tươi tử bẻ lăng |
được dẫn tiếp tục đến công trình xử lý bùn.
Đề thiết kế và vận hành hệ thống bùn hoạt tính hiếu khí một cách hiệu quả cắn phải hiểu rõ vai trò quan trong của quan thẻ vi sinh vật. Các vi sinh vật này sẽ phân hủy các chất hữu cơ có trong nước thai va thu năng lượng dé chuyển hóa thành tế bao mới, chỉ một phan chat
hữu cơ bị Oxy hóa hoàn toàn thành CO;, HạO, NO”), SOỷ, ... Một cách tông quát, vi sinh vật
tôn tại trong hệ thống ban hoạt tính bao gồm: Pseudomonas, Zoogloea, Flacobacterium, Nocardia, Bdellovibrio, Mycobacterium....và hai loại vi khuẩn nitrate hóa Nitrosomonas,
Nitrobacter, Yêu cầu chung khi vận hành hệ thống bùn hoạt tính hiếu khí là nước thai đưa
vào hệ thống can có ham lượng MLSS không vượt quá 50 mg/L, hàm lượng sản phẩm dau mỏ không quá 25 mg/L, pH từ 6,5 - 8,5 và nhiệt độ từ 6 - 37°C. Một số dạng bẻ ứng dụng quá trình bùn hoạt tính lơ lửng như : Bể acroten thông thưởng, bẻ acroten xáo trộn hoàn chỉnh, mương ôxy hóa, bể hoạt động gián đoạn, bể aeroten mở rộng. ...
* Bé aeroten thông thưởng
Doi hỏi chế độ dòng chảy nút (plug - flow), khi đó chiều dai bé rất lớn so với chiều
rộng. Trong bẻ này nước thải vào có thé phân bé ở nhiều điểm theo chiêu dai, bùn hoạt tính
tuần hoản đưa vào đầu bể. Ở chế độ dong chảy nút, bông bùn có đặc tinh tốt hơn, dễ lắng.
Tốc độ sục khí giảm dân theo chiều dai bể. Quá trình phân hủy nội bào xảy ra ở cuối bể
(ECKENFELDER W.W..1989). Tải trọng thích hợp vào khoảng 0,3 - 0,6 kg BODs/mỶ ngày
với MLSS 1.500 - 3.000 mg/L, thời gian lưu nước từ 4 - 8 giờ, thời gian lưu bùn từ 5 - 15 ngay.
Trang 27
Bai khóa luận SVTH: Nguyễn Kim Thiên Phúc
Nước thai sau xu lý
"| Bé ling! —>
* a
Bun Bún thai
Bin tuần hoàn
ơ —
Hình 3.1: Bé aeroten thông thường X Bé aeroten xáo trồn hoàn toàn
Đòi hỏi chọn hình dang bẻ, trang thiết bị sục khí thích hợp. Thiết bị sục khí cơ khí (motour và cánh khuấy) hoặc thiết bị khuếch tán khí thường được sử dụng. Bể này thường có dang tròn hoặc vuông. him lượng bùn hoạt tinh va nhu cầu oxy đồng nhất trong toàn bộ thẻ tích bể. Bể nay có ưu điểm chịu được quá tai rat tốt [METCALF and EDDY (1991) đưa ra tải trọng thiết kế khoảng 0,8 - 2,0 kg BODs/m’ ngày với hàm lượng bùn 2.500 - 4.000 mg/L]
Máy thỏi
khi
-_ Ban thái
"7ộẰẦ.,... 6... - - >
Hạn chế lượng bùn dư sinh ra, khi đó tốc độ sinh trưởng thấp. sản lượng bùn thấp và
chất lượng nước ra cao hơn. Thời gian lưu bùn cao hơn so với các bẻ khác (20 - 30 ngày).
Ham lượng bùn thích hợp trong khoảng 3.000 - 6.000 mg/L.
"5x TT TTTẮTẮT†ỄỄ——ẾừèẮừừT .ừRBR--S-ZSED-ROU-UYII--BRBRBR-RBSEERERREERE
Trang 28
Bai khóa luận SVTH: Nguyễn Kim Thiên Phúc
La mương dẫn dạng vòng có sục khí dé tạo dòng chảy trong mương có vận tốc đủ xáo trộn bùn hoạt tính. Vận tốc trong mương thường được thiết kể lớn hơn 3 m/s dé tránh cặn lắng. Muong oxy hóa có thẻ kết hợp quá trình xứ ly nitơ. [METCALF and EDDY (1991) đẻ nghị tải trọng thiết kế 0,10 - 0,25 kg BODs/m’ ngày, thời gian lưu nước 8 - 16 gid, thời gian
lưu bun tử 10 - 30 ngảy lá thích hợp. |
X Bề hoạt đồng giản đoạn (SBR) [2]
Bé hoạt động gián đoạn là hệ thống xử lý nước thải với bùn hoạt tinh theo kiểu làm day va xd can. Quá trình xảy ra trong bé SBR tuong ty nhu trong bé bun hoat tinh hoat động liền tục, chỉ có điều tat cả quá trình xảy ra trong cùng một bẻ vả được thực hiện lan lượt theo các bước : (1) làm day, (2) phản ứng, (3) lắng. (4) xả cạn. (5) ngưng.
%S Quả trình xử ly hiếu &hí với vi sinh vật sinh trưởng dang dính bám
X Bề lọc sinh học [7- 5]
Bẻ lọc sinh học chứa day vật liệu tiếp xúc, là giá thẻ cho vi sinh vật sống bám. Vật liệu
tiếp xúc thường là đá có đường kính trung bình 25 - 100 mm. hoặc vật liệu nhựa có hình
dạng khác nhau, ... có chiều cao từ 4 - 12 m. Nước thải được phân bé đều trên mat lớp vật liệu bằng hệ thống quay hoặc vòi phun. Quan thé vi sinh vật sống bám trên giá thé tạo nên mảng nhảy sinh học có khả năng hap phụ va phân hủy chất hữu cơ chứa trong nước thải.
Quan thẻ vi sinh vật này có thé bao gồm vi khuẩn hiếu khí, ky khí và tùy tiện, nắm, tảo, và các động vật nguyên sinh, ... trong đó vi khuẩn tùy tiện chiếm ưu thé.
Phan bên ngoài lớp mang nhảy (khoáng 0,1 - 0,2 mm) là loại vi sinh hiểu khi. Khi vi sinh phát triển, chiều day lớp mảng ngày cảng tăng, vi sinh lớp ngoài tiêu thụ hết lượng oxy khuếch tán trước khi oxy thấm vao bẻn trong. Vi vậy, gần sát bề mặt giá thé môi trường ky khí hình thành. Khi lớp mang day, chất hữu cơ bị phân hủy hoản toàn ở lớp ngoài, vi sinh sống gin bẻ mặt giá thé thiếu nguồn cơ chất, chất dinh dưỡng dẫn đến tinh trạng phân hủy nội bao và mat di khá năng bám dinh. Nước thải sau xứ lý được thu qua hệ thống thu nước đặt bên dưới. Hệ thống thu nước này có cấu trúc rễ để tạo điều kiện không khí lưu thông trong bê. Sau khi ra khỏi bể, nước thải vào bế lắng đợt hai dé loại bỏ mang vi sinh tách khỏi giá thé. Nước sau xử lý có thể tuần hoàn dé pha loãng nước thai đầu vào bẻ lọc sinh học, động thời duy tri độ âm cho mảng nhay.
X Bẻ lọc sinh học tiếp xúc quay (RBC) [7 - 5}
RBC bao gồm các dia tron polystyren hoặc polyviny! chloride đặt gan sát nhau. Dia nhúng chim một phản trong nước thải và quay ở tốc độ chậm. Tương tự như bẻ lọc sinh học, mang vi sinh hình thành và bám trên bẻ mat đĩa. Khi dia quay, màng sinh khối trên dia tiếp xúc với chất hữu cơ trong nước thải và sau đó tiếp xúc với oxy. Dia quay tạo diéu kiện chuyên hóa oxy va luôn giữ sinh khôi trong điều kiện hiểu khí. Đồng thời. khi dia quay tạo
nên lực cắt loại bỏ các mang vi sinh không còn khả năng bám dính va giữ chúng ở dang lơ lửng dé đưa sang bé lắng đợt hai. Trục RBC phải tính toán đủ đỡ vật liệu nhựa va lực quay.
Trang 29
Bài khóa luận SVTH: Nguyễn Kim Thiên Phúc
Chiều dài tối đa của trục thưởng 8m. Vật liệu nhựa tiếp xúc thưởng có hình dang khác nhau
tùy thuộc vào nhà ché tạo. Diện tích bẻ mặt trung bình khoảng 9.300 - 16.700 mỶ/trục dai
§m. Thể tich bẻ thích hợp khoảng 5 L/mỶ điện tích vật liệu.
X Bé FBR( Fix Bed Reactor): [7]
Là bẻ sinh học hiếu khí đệm có định. Bé FBR áp dụng quá trình xử lý sinh trưởng bám dính, các loải vi sinh vật sống bám dính lên giá thé tạo thành lớp mang vi sinh, lớp mang vi sinh này tập hợp thành quan thẻ vi sinh sống trên đó. Chat hữu cơ sẽ được xử lý bởi các vi sinh vật hiểu khí bám đính trên bẻ mặt vật liệu tiếp xúc với mật độ cao (biofilm). Quá trình
hiếu khí FBR có hiệu quả xử ly khá cao cho phép đạt được các tiêu chuẩn cao về BOD, COD. Hiệu quả xử lý đối với COD là trên 85%, đối với các chất tay rửa trên 87%. Tuy nhiên thực tế hiệu quả xử lý của vật liệu chế tạo chưa cao vi điện tích bể mặt con hạn chế
(200m?/m’). Việc sử dụng các loại vat liệu tiếp xúc có điện tích bẻ mặt lớn hơn sẽ làm tăng
hiệu quả xử lý, giám đáng kẻ thẻ tích bể vả giá thảnh đầu tư. Với cơ chế xảy ra cả hai quá trình hiểu khí và ky khí ở lớp biofilm trên bê mat vật liệu làm tang khả nang khử nitrat trong
nước thải.
b. Phương pháp kị khí
** Quá trình ky khí nói chung [5]
Sử dụng nhóm vi sinh vật ky khí, hoạt động trong điều kiện không có oxy. Quá trình phan hủy ky khí các chất hữu cơ là quá trình sinh hóa phức tạp tạo ra hang tram sản phẩm trung gian và phản ứng trung gian. Tuy nhiên, phương trình phản ứng sinh hóa trong điều
kiện ky khí có thé biểu diễn đơn giản như sau :
Chất hữu cơ Visit, CH, + COs+ H:+ NH› + HaS + Tế bào mới
Một cách tổng quát, quá trình phân hủy ky khí xảy ra theo 04 giai đoạn : e Giai đoạn ! : Thủy phân, cắt mach các hợp chất cao phân tử.
e Giai đoạn 2 : Acid hóa.
e Giai đoạn 3 : Acetate hóa.
e Giai đoạn 4 : Methane hóa.
Các chất thải hữu cơ chứa các nhiều hợp chất cao phân tử như protein, chất béo, carbohydrate, cellulose, lignin, ... trong giai đoạn thủy phân sẽ cắt mach tạo thành các phân tử đơn giản hơn, để thủy phân hơn. Các phản ứng thủy phân sẽ chuyển hóa protein thành
amino acid, carbohydrate thành đường đơn và chất béo thành các acid béo. Trong giai đoạn acid hỏa, các chất hữu cơ đơn giản lại được tiếp tục chuyên hóa thành acetic acid, H› va CO2.
Vị khuẩn methane chỉ có thé phân hủy một sé loại cơ chat nhất định như COz + H›, formate,
acetate, methanol, methylamine và CO. Các phương trình phản ứng xảy ra như sau : 4H› + CO› CHa + 2H‡O
4HCOOH —CHs + 3CO: + 2H20 CHsCOOH —CHs + CO›
4 CH3OH —3CHa + CO: + HO
Trang 30
Bài khỏa luận SVTH: Nguyễn Kim Thiên Phúc
———ễễễễ—>———————
4(CH3)3N + HO -9CHs + 3CO2 + 6H20 + 4NH3
“ Một sé công trình xứ lý ki khí nhân tao
% Quá trình xử lý ky khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng lo lửng (Š}
X Bẻ phan ứng yém khí tiếp xúc
Quá trình phân hủy xảy ra trong bẻ kín với bùn tuân hoàn. Hồn hợp bùn và nước thải trong bê được khuấy trộn hoàn toan, sau khi phân hủy hồn hợp được đưa sang bẻ lắng hoặc
bẻ tuyển nổi dé tách riêng bin và nước. Ban tuần hoàn trở lại bể ky khí. lượng bùn dư thai bỏ
thường rat ít do tốc độ sinh trưởng của vi sinh vật kha chậm.
*
Đây là một trong những quá trình ky khí ứng dụng rộng rãi nhất trên thế do hai đặc
diém chính sau :
e Cả ba quá trình phân hủy — lắng bùn — tách khí được lắp đặt trong cùng một công
trình.
e Tạo thành các loại bùn hạt có mật độ vi sinh vật rat cao va tốc độ lắng vượt xa so
với bùn hoạt tính hiếu khí dang lơ lửng
Bên cạnh đó, quá trinh xử lý sinh học ky khí UASB còn có những ưu điểm so với quá trình bùn hoạt tính hiểu khí như :
Ít tiêu tốn năng lượng vận hành.
Ít bùn dư nên giám chỉ phí xử lý bùn.
Bin sinh ra dé tách nước.
Nhu cau dinh dưỡng thấp nền giảm chi phí bổ sung dinh dưỡng.
© Có khả nang thu hỏi nang lượng từ khí Methane.
Vận tốc nước thải đưa vào bê UASB được duy trì trong khoảng 0,6 - 0,9 m⁄h, pH thích
hợp cho quá trình phân hủy ky khí đao động trong khoảng 6.6 - 7,6. Do dé cẩn cung cấp đủ độ kiểm (1000 — 5000 mg/L.) dé dam bao pH của nước luôn lớn hơn 6,2 vì ở pH < 6,2 vi sinh vật chuyển hóa Methane không hoạt động được. Cần lưu ý rằng chu ki sinh trưởng của vi sinh vật acid hóa ngắn hơn rất nhiều so với vi sinh vat acetate hóa (2 - 3 giờ ở 35°C so với 2 - 3 ngày ở điều kiện tối ưu). Do đó, trong quá trình vận hành ban đầu tải trọng chất hữu cơ không được quá cao vì vi sinh vật acid hóa sẽ tạo ra acid béo dễ bay hơi với tốc độ nhanh
hơn rất nhiều lin so với tốc độ chuyến hóa các acid này thành acetate đưới tác dung của vi
sinh vật acetate hoa.
Nhu cầu chất dinh đường cho sự sinh trưởng của ví khuẩn ky khi so với vi khuẩn hiểu khí thi thấp nhưng không thé thiếu. Hàm lượng tối thiểu của các gym tế dinh dưỡng đa
lượng có thé được tính theo biểu thức (COD/Y) : N:P: S$ =(50/Y):5: 1: 1, trong đó Y la
hệ s6 sản lượng tế bao phụ thuộc vào nước thải. UASB không thích lân với nước thải có
hàm lượng SS lớn. Khi nông độ SS > 3.000 mg/l, cặn nảy khó có thé phân hủy sinh học được
trong thời gian lưu nước ngắn và sẽ tích lũy dan trong bẻ, gây trở ngại cho quá trình phân
Trang 31