Mục đích của phương pháp này là xử lý các tạp chất tan và phân tán trong nước thải, có thể áp dụng trong quá trình oxy hoá dương cực, khử âm cực, đông tụ điện và điện thẩm tích. Tất cả các quá trình này đều xảy ra trên các điện cực khi cho dòng điện một chiều đi qua nước thải.
Nhược điểm lớn của phương pháp này là tiêu hao điện năng lớn. 2.3. PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ SINH HỌC
Phương pháp xử lí sinh học là sử dụng khả năng sống, hoạt động của vi sinh vật để phân huỷ các chất bẩn hữu cơ có trong nước thải. Các vi sinh vật sử dụng các hợp chất hữu cơ và một số khoáng chất làm nguồn dinh dưỡng và tạo năng lượng. Trong quá trình dinh dưỡng, chúng nhận các chất dinh dưỡng để xây dựng tế bào, sinh trưởng và sinh sản vì thế sinh khối của chúng được tăng lên. Quá trình phân hủy các chất hữu cơ nhờ vi sinh vật gọi là quá trình oxy hóa sinh hóa. Phương pháp xử lý sinh học có thể thực hiện trong điều kiện hiếu khí (với sự có mặt của oxy) hoặc trong điều kiện kỵ khí (không có oxy).
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP SVTH: NGUYỄN DƯ KHƯƠNG
Phương pháp xử lý sinh học có thể ứng dụng để làm sạch hoàn toàn các loại nước thải chứa chất hữu cơ hoà tan hoặc phân tán nhỏ. Do vậy phương pháp này thường được áp dụng sau khi loại bỏ các loại tạp chất thô ra khỏi nước thải có hàm lượng chất hữu cơ cao.
Quá trình xử lý sinh học gồm các bước
Chuyển hoá các hợp chất có nguồn gốc cacbon ở dạng keo và dạng hoà tan thành thể khí và thành các vỏ tế bào vi sinh.
Tạo ra các bông cặn sinh học gồm các tế bào vi sinh vật và các chất keo vô cơ trong nước thải.
Loại các bông cặn ra khỏi nước thải bằng quá trình lắng.
2.3.1. Xử lí nước thải bằng phương pháp sinh học trong điều kiện tự nhiên tự nhiên
Để tách các chất bẩn hữu cơ dạng keo và hoà tan trong điều kiện tự nhiên người ta xử lí nước thải trong ao, hồ (hồ sinh vật) hay trên đất (cánh đồng tưới, cánh đồng lọc...).
2.3.1.1. Hồ sinh vật
Hồ sinh vật là các ao hồ có nguồn gốc tự nhiên hoặc nhân tạo, còn gọi là hồ oxy hoá, hồ ổn định nước thải,... xử lí nước thải bằng phương pháp sinh học. Trong hồ sinh vật diễn ra quá trình oxy hóa sinh hóa các chất hữu cơ nhờ các loài vi khuẩn, tảo và các loại thủy sinh vật khác, tương tự như quá trình làm sạch nguồn nước mặt. Vi sinh vật sử dụng oxy sinh ra từ rêu tảo trong quá trình quang hợp cũng như oxy từ không khí để oxy hoá các chất hữu cơ, rong tảo lại tiêu thụ CO2, photphat và nitrat amon sinh ra từ sự phân huỷ, oxy hoá các chất hữu cơ bởi vi sinh vật. Để hồ hoạt động bình thường cần phải giữ giá trị pH và nhiệt độ tối ưu. Nhiệt độ không được thấp hơn 6oC.
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP SVTH: NGUYỄN DƯ KHƯƠNG
Theo bản chất quá trình sinh hoá, người ta chia hồ sinh vật ra các loại hồ hiếu khí, hồ sinh vật tuỳ tiện (Faculative) và hồ sinh vật yếm khí.
a) Hồ sinh vật hiếu khí
Quá trình xử lí nước thải xảy ra trong điều kiện đầy đủ oxy, oxy được cung cấp qua mặt thoáng và nhờ quang hợp của tảo hoặc hồ được làm thoáng cưỡng bức nhờ các hệ thống thiết bị cấp khí. Độ sâu của hồ sinh vật hiếu khí không lớn từ 0,5-1,5m.
b) Hồ sinh vật tuỳ tiện
Có độ sâu từ 1.5 – 2.5m, trong hồ sinh vật tùy tiện, theo chiều sâu lớp nước có thể diễn ra hai quá trình: Oxy hoá hiếu khí và lên men yếm khí các chất bẩn hữu cơ. Trong hồ sinh vật tùy tiện vi khuẩn và tảo có quan hệ tương hổ đóng vai trò cơ bản đối với sự chuyển hóa các chất.
c) Hồ sinh vật yếm khí
Có độ sâu trên 3m, với sự tham gia của hàng trăm chủng loại vi khuẩn kỵ khí bắt buộc và kỵ khí không bắt buộc. Các vi sinh vật này tiến hành hàng chục phản ứng hoá sinh học để phân huỷ và biến đổi các hợp chất hữu cơ phức tạp thành những chất đơn giản, dễ xử lý. Hiệu suất giảm BOD trong hồ có thể lên đến 70%. Tuy nhiên nước thải sau khi ra khỏi hồ vẫn có BOD cao nên loại hồ này chỉ chủ yếu áp dụng cho xử lý nước thải công nghiệp rất đậm đặc và dùng làm hồ bậc 1 trong tổ hợp nhiều bậc.
2.3.1.2. Cánh đồng tưới - Cánh đồng lọc
Cánh đồng tưới là những khoảng đất canh tác, có thể tiếp nhận và xử lý nước thải. Xử lý trong điều kiện này diễn ra dưới tác dụng của vi sinh vật, ánh sáng mặt trời, không khí và dưới ảnh hưởng của các hoạt động sống thực vật, chất thải bị hấp thụ và giữ lại trong đất, sau đó các loại vi khuẩn có sẵn trong
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP SVTH: NGUYỄN DƯ KHƯƠNG
đất sẽ phân huỷ chúng thành các chất đơn giản để cây trồng hấp thụ. Nước thải sau khi ngấm vào đất, một phần được cây trồng sử dụng. Phần còn lại chảy vào hệ thống tiêu nước ra sông hoặc bổ sung cho nước nguồn.
2.3.2. Tổng quan về xử lý nước thải trong điều kiện nhân tạo 2.3.2.1. Bể lọc sinh học 2.3.2.1. Bể lọc sinh học
Bể lọc sinh học là công trình nhân tạo, trong đó nước thải được lọc qua vật liệu rắn có bao bọc một lớp màng vi sinh vật. Bể lọc sinh học gồm các phần chính như sau: phần chứa vật liệu lọc, hệ thống phân phối nước đảm bảo tưới đều lên toàn bộ bề mặt bể, hệ thống thu và dẫn nước sau khi lọc, hệ thống phân phối khí cho bể lọc.
Quá trình oxy hóa chất thải trong bể lọc sinh học diễn ra giống như trên cánh đồng lọc nhưng với cường độ lớn hơn nhiều. Màng vi sinh vật đã sử dụng và xác vi sinh vật chết theo nước trôi khỏi bể được tách khỏi nước thải ở bể lắng đợt 2. Để đảm bảo quá trình oxy hoá sinh hóa diễn ra ổn định, oxy được cấp cho bể lọc bằng các biện pháp thông gió tự nhiên hoặc thông gió nhân tạo. Vật liệu lọc của bể lọc sinh học có thể là nhựa plastic, xỉ vòng gốm, đá Granit…
a) Bể lọc sinh học nhỏ giọt
Bể có dạng hình vuông, hình chữ nhật hoặc hình tròn trên mặt bằng, bể lọc sinh học nhỏ giọt làm việc theo nguyên tắc sau:
Nước thải sau bể lắng đợt 1 được đưa về thiết bị phân phối, theo chu kỳ tưới đều nước trên toàn bộ bề mặt bể lọc. Nước thải sau khi lọc chảy vào hệ thống thu nước và được dẫn ra khỏi bể. Oxy cấp cho bể chủ yếu qua hệ thống lỗ xung quanh thành bể. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP SVTH: NGUYỄN DƯ KHƯƠNG
Vật liệu lọc của bể sinh học nhỏ giọt thường là các hạt cuội, đá… đường kính trung bình 20–30 mm. Tải trọng nước thải của bể thấp (0,5– 1,5 m3/m3 vật liệu lọc/ngàyđêm). Chiều cao lớp vật liệu lọc là 1.5–2m. Hiệu quả xử lý nước thải theo tiêu chuẩn BOD đạt 90%. Dùng cho các trạm xử lý nước thải có công suất dưới 1000 m3/ngàyđêm.
b) Bể lọc sinh học cao tải
Bể lọc sinh học cao tải có cấu tạo và quản lý khác với bể lọc sinh học nhỏ giọt, nước thải tưới lên mặt bể nhờ hệ thống phân phối phản lực. Bể có tải trọng 10 – 20 m3 nước thải/1m2 bề mặt bể/ngàyđêm. Nếu trường hợp BOD của nước thải quá lớn người ta tiến hành pha loãng chúng bằng nước thải đã làm sạch. Bể được thiết kế cho các trạm xử lý dưới 5000 m3/ngàyđêm.
2.3.2.2. Bể hiếu khí bùn hoạt tính – Bể Aerotank
Là bể chứa hỗn hợp nước thải và bùn hoạt tính, khí được cấp liên tục vào bể để trộn đều và giữ cho bùn ở trạng thái lơ lửng trong nước thải và cấp đủ oxy cho vi sinh vật oxy hóa các chất hữu cơ có trong nước thải. Khi ở trong bể, các chất lơ lửng đóng vai trò là các hạt nhân để cho các vi khuẩn cư trú, sinh sản và phát triển dần lên thành các bông cặn gọi là bùn hoạt tính. Vi khuẩn và các vi sinh vật sống dùng chất nền (BOD) và chất dinh dưỡng (N, P) làm thức ăn để chuyển hoá chúng thành các chất trơ không hòa tan và thành các tế bào mới. Số lượng bùn hoạt tính sinh ra trong thời gian lưu lại trong bể Aerotank của lượng nước thải ban đầu đi vào trong bể không đủ làm giảm nhanh các chất hữu cơ do đó phải sử dụng lại một phần bùn hoạt tính đã lắng xuống đáy ở bể lắng đợt 2, bằng cách tuần hoàn bùn về bể Aerotank để đảm bảo nồng độ vi sinh vật trong bể. Phần bùn hoạt tính dư được đưa về bể nén bùn hoặc các công trình xử lý bùn cặn khác để xử lý. Bể Aerotank hoạt động phải có hệ thống cung cấp khí đầy đủ và liên tục.
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP SVTH: NGUYỄN DƯ KHƯƠNG
2.3.2.3. Bể sinh học theo mẻ SBR (Sequence Batch Reactor)
Hệ thống xử lý sinh học từng mẻ bao gồm đưa nước thải vào bể phản ứng và tạo các điều kiện cần thiết như môi trường thiếu khí (không có oxy, chỉ có NO3-), kị khí (không có oxy), hiếu khí (có oxi, NO3-) để cho vi sinh tăng sinh khối, hấp thụ và tiêu hóa các chất thải hữu cơ trong nước thải.
Chất thải hữu cơ (C,N,P) từ dạng hòa tan sẽ chuyển hóa vào sinh khối vi sinh và khi lớp sinh khối vi sinh này lắng kết xuống sẽ còn lại nước trong đã tách chất ô nhiễm, chu kỳ xử lý trên lại tiếp tục cho một mẻ nước thải mới.
2.3.2.4. Quá trình xử lý sinh học kỵ khí: Quá trình xử lý sinh học kỵ khí Quá trình xử lý sinh học kỵ khí
Quá trình phân hủy kỵ khí là quá trình phân hủy sinh học các chất hữu cơ có trong nước thải trong điều kiện không có oxy để tạo ra sản phẩm cuối cùng là khí CH4 và CO2 (trường hợp nước thải không chứa NO3- và SO42-). Cơ chế của quá trình này đến nay vẫn chưa được biết đến một cách đầy đủ và chính xác nhưng cách chung, quá trình phân hủy có thể được chia ra các giai đoạn như sau:
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP SVTH: NGUYỄN DƯ KHƯƠNG
Hình 2.1. Sơ đồ chuyển hóa vật chất trong điều kiện kỵ khí
Ở 3 giai đoạn đầu, COD của dung dịch hầu như không thay đổi, nó chỉ giảm trong giai đoạn methane hóa. Sinh khối mới được tạo thành liên tục trong tất cả các giai đoạn.
Trong một hệ thống vận hành tốt, các giai đoạn này diễn ra đồng thời và không có sự tích lũy quá mức các sản phẩm trung gian. Nếu có một sự thay đổi bất ngờ nào đó xảy ra, các giai đoạn có thể mất cân bằng. Pha methane hóa rất nhạy cảm với sự thay đổi của pH hay nồng độ acit béo cao. Do đó, khi
VẬT CHẤT HƯU CƠ
PROTEINS HYDROCARBON LIPIDS
ACID AMIN / ĐƯỜNG
ACID BÉO ACETATE / H2 CH4 / CO2 Thủy phân Acid hóa Acetic hóa Methane hóa Vi khuẩn lipolytic, proteolytic và cellulytic
Vi khuẩn lên men
Vi khuẩn tạo khí H2
Vi khuẩn methane hóa
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP SVTH: NGUYỄN DƯ KHƯƠNG
vận hành hệ thống, cần chú ý phòng ngừa những thay đổi bất ngờ, cả pH lẫn sự quá tải.
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP SVTH: NGUYỄN DƯ KHƯƠNG CHƯƠNG 3
TỔNG QUAN VỀ VI SINH VẬT TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI Vi sinh vật là những tổ chức sinh vật nhỏ bé, có thể tập hợp lại một nhóm lớn hơn gồm nhiều loại khác nhau dưới những hình dạng không xác định, chúng có thể tồn tại dưới dạng đơn bào. Có thể nói, phần lớn các vi sinh vật đóng vai trò rất quan trọng trong các quá trình chuyển hoá sinh hoá, chúng có tác dụng làm giảm lượng chất hữu cơ trong nước thải, đồng thời giúp ổn định nồng độ chất hữu cơ trong các dòng chảy. Các loài vi sinh vật chiếm ưu thế trong từng quá trình xử lý sinh hoá phụ thuộc vào nhiều yếu tố: tính chất dòng vào, điều kiện môi trường, quá trình thiết kế và cách thức vận hành hệ thống. Do đó, để tăng cường vai trò hệ vi sinh vật hoạt động trong hệ thống xử lý nước thải phải thiết kế điều kiện môi trường phù hợp; ví dụ với đa số quá trình xử lý hiếu khí, cần có điều kiện thích hợp như: môi trường phải đủ thông thoáng để cung cấp oxy, đủ các chất hữu cơ (làm thức ăn), đủ nước, đủ N và P (chất dinh dưỡng) để thúc đẩy sự oxy hoá, có pH phù hợp (6.5 – 9) và không có các chất gây độc.
Tuy nhiên không phải các vi sinh vật đều có lợi cho các quá trình chuyển hoá trong xử lý nước thải. Nếu như điều kiện môi trường không còn phù hợp của các loài sinh vật, hoặc số lượng các loài vi sinh vật trong hệ thống tăng đột biến, điều này sẽ gay cản trở cho quá trình chuyển hoá và làm giảm hiệu suất xử lý nước thải.
3.1. SINH THÁI, SINH LÝ, PHÂN LOẠI VI SINH VẬT
3.1.1. Sinh thái, sinh lý vi sinh vật (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Vi sinh vật không phải là một nhóm phân loại trong sinh giới mà là bao gồm tất cả các vi sinh vật có kích thước hiển vi, không thấy rõ bằng mắt thường, do đó phải sử dụng kính hiển vi thường hoặc kính hiển vi điện tử để
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP SVTH: NGUYỄN DƯ KHƯƠNG
quan sát. Ngoài ra, muốn nghiên cứu vi sinh vật người ta phải sử dụng tới các phương pháp nuôi cấy vô khuẩn. Vi sinh vật có các đặc điểm chung sau đây:
a) Kích thước nhỏ bé:
Vi sinh vật thường đo kích thước bằng micromet. Virut được đo kích thước đơn vị bằng nanomet. Kích thước càng bé thì diện tích bề mặt của vi sinh vật trong một thể tích đơn vị càng lớn.
b) Hấp thu nhiều chuyển hoá nhanh:
Tuy vi sinh vật có kích thước rất nhỏ bé nhưng chúng lại có năng lực hấp thụ và chuyển hoá vượt xa các sinh vật khác. Chẳng hạn, một vi khuẩn lactic (Lactobacillus) trong một giờ có thể phân giải được một lượng đường latose lớn hơn 100 – 10.000 lần so với khối lượng của chúng. Tốc độ tổng hợp protêin của nấm men cao gấp 10.000 lần so với đậu tương và 100.000 lần so với trâu bò.
c) Sinh trưởng nhanh, phát triển mạnh:
Chẳng hạn một trực khuẩn đại tràng (Escherichia coli) trong các điều kiện thích hợp chỉ sau 12 – 20 phút lại phân cắt một lần. Nếu lay thời gian thế hệ là 20 phút thì mỗi giờ phân cắt ba lần, sau 24 giờ phân cắt 72 lần và tạo ra 4.722.633 x 1018 tế bào, tương đương với một khối lượng là 4.722 tấn. Tất nhiên, trong tự nhiên không có được các điều kiện tối ưu như vậy (vì thiếu thức ăn, thiếu oxy, dư thừa các sản phẩm trao đổi chất có hại…). Trong loài lên men với các điều kiện nuôi cấy thích hợp, từ một tế bào có thể tạo ra sau 24 giờ khoảng 100.000.000 – 1.000.000.000 tế bào. Thời gian thế hệ của nấm men nhiều hơn, ví dụ với men rượu (Sacharomyces cerecisiae) là 120 phút. Với nhiều vi sinh vật khác còn dài hơn nữa, ví dụ tảo tiểu cầu (Cholorella) là 7 giờ, với vi khuẩn lam Nosoc là 23 giờ… Có thể nói không có sinh vật nào có tốc độ sinh sôi nảy nở nhanh như vi sinh vật.
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP SVTH: NGUYỄN DƯ KHƯƠNG
Vi khuẩn Escherichia coli Nấm men Saccharomyces
Tảo tiểu cầu Nấm sợi Alternaria
Hình 3.1. Sự sinh sôi của các vi sinh vật
d) Có năng lực thích ứng mạnh và dễ dàng phát sinh biến dị:
Trong quá trình tiến hoá lâu dài vi sinh vật đã tạo cho mình những cơ chế điều hoà trao đổi chất để thích ứng được với những điều kiện trao đổi chất khác nhau, kể cả những điều kiện hết sức bất lợi mà các sinh vật khác thường không thể tồn tại được. Có vi sinh vật sống ở môi trường nóng đến 130OC, lạnh đến 0 – 5OC, mặn đến nồng độ muối 32%, ngọt đến nồng độ mật ong, Ph thấp đến 0,5 hoặc cao đến 10,7; áp suất cao trên 1,3at, hay có nồng độ phóng xạ đến 750.000rad. Nhiều vi sinh vật có thể sống tốt trong điều kiện tuyệt đối kỵ khí, có loài nấm sợi có thể phát triển dày đặc trong bể ngâm tử thi với nồng độ foocmol rất cao…
Vi sinh vật đa số là đơn bào, đơn bội, sinh sản nhanh, số lượng nhiều,