- Phạm vi ứng dụng:
2- Khoảng cỏch giữa cỏc nia (20cm) 6 Lớp đỏ hoặc gạch vỡ 3 Nia đỏ dày 20cm 7 Ngăn đựng nước sạch
4.3.2.1. Xử lý nước thải bằng phương phỏp hiếu khớ trong điều kiện nhõn tạo * Cơ sở lý thuyết:
* Cơ sở lý thuyết:
Xử lý sinh học hiếu khớ thực chất là thực hiện cỏc quỏ trỡnh ụxy húa cỏc chất hữu cơ và vụ cơ cú thể oxy húa sinh học được nhờ vi sinh vật.
a/. Cơ chế phõn giải hiếu khớ.
Dưới tỏc dụng của cỏc vi sinh vật hụ hấp hiếu khớ, cỏc chất ụ nhiễm được ụxy húa hoàn toàn. Cỏc quỏ trỡnh ụxy húa bao gồm:
- ễxy húa cỏc hợp chất hữu cơ khụng chứa Nitơ (gluxit, pectin...) CxHyOz + (x + 2 4 z y − ). O2→ xCO2 + 2 y H2O
- ễxy húa cỏc hợp chất hữu cơ cú chứa Nitơ (protein, axit amin...) CxHyOz + (x +
4 3 2
4y−z+ ). O2→ xCO2 + (y - 3)/ 2H2O + NH3
- Quỏ trỡnh oxy húa kốm theo sự tạo thành sinh khối vi sinh vật (bựn hoạt tớnh) CxHyOz + nNH3+ n (x +
2 4
z
y− - 5). O2→ C5H7NO2 + n (x-5) CO2 + n (y - 4)/ 2 H2O. - Quỏ trỡnh tự hủy của Bựn
Trong quỏ trỡnh làm sạch nước, bựn hoạt tớnh cũng thường xuyờn đổi mới do thời gian thế hệ của vi khuẩn biến động từ 20 ữ 60 phỳt.
Cơ chế tự hủy cũng là một quỏ trỡnh khử amin bằng ụxy húa. C5H7NO2 + 5O2→ 5CO2 + NH3 + 2H2O + E
NH+
4→ NO3-
Ngoài ra cũn xảy ra cỏc quỏ trỡnh nitrat và phản nitrat húa (ở những vựng thiếu oxy), quỏ trỡnh sunfat húa, photphoril húa.
Cơ chế túm tắt của phương phỏp xử lý hiếu khớ: Vi sinh vật hiếu khớ dựng oxy tan trong nước để xy hoỏ cỏc hợp chất hữu cơ dễ phõn huỷ ra khỏi nguồn nước.
Vi sinh vật
Chất hữu cơ + O2 ---> H2O + CO2 + NH3 Vi sinh vật
NH4 + O2 ---> NO3 + H+ + H2O + Q
Gồm bể thụng khớ sinh học, lọc khớ sinh học, bể lọc sinh học, hồ sinh học.
b/. Tỏc nhõn sinh học.
Vi sinh vật cú khả năng phõn hủy hầu hết cỏc hợp chất hữu cơ cú trong tự nhiờn và cả một số chất tổng hợp hữu cơ. Chỳng sử dụng cỏc chất hữu cơ và một số nguyờn tố khoỏng làm nguồn dinh dưỡng để phỏt triển, sinh trưởng.
Cỏc vi sinh vật tham gia vào quỏ trỡnh làm sạch nước thải trong hệ thống xử lý hiếu khớ rất đa dạng và phong phỳ, chủ yếu là vi khuẩn và nguyờn sinh vật.
Bựn hoạt tớnh với sự hiện diện của trờn 20 chủng vi khuẩn khỏc nhau, trong đú cú một số chủng chiếm đa số: vớ dụ như: Aerobacter, Bacillus, Pseudomonas, (hụ hấp hiếu khớ) Cellulomonas biazotea, Rhodopseudomonas, Nitrobadet (hụ hấp tựy tiện) và một số vi khuẩn dạng sợi (Thiothrix, Microthrix).
Một đồ thị điển hỡnh về sự tăng trưởng của vi khuẩn trong bể xử lý
* Cỏc yếu tố ảnh hưởng:
a/. pH và nhiệt độ:
Giỏ trị pH cú ảnh hưởng rất lớn đến hoạch lực enzim trong tế bào và quỏ trỡnh hấp thụ cỏc chất dinh dưỡng vào tế bào, hệ thống xử lý sinh học hiếm khớ cú thể hoạt động được trong dải pH khỏ rộng từ 5 ữ 9. Tuy nhiờn pH tối ưu cho quỏ trỡnh trong khoảng 6,5
ữ 8,5.
Nhiệt độ cú vai trũ quan trọng trong xử lý sinh học vỡ nhiệt độ quyết định vận tốc của phản ứng oxy húa, cỏc quỏ trỡnh sinh trưởng và phỏt triển của vi sinh vật. Với đa số vi sinh vật, nhiệt độ trong cỏc hệ thống xử lý cú thể biến động từ 16 ữ 37oC, nhiệt độ tối
ưu: 25 ữ 30oC. Dưới đõy là biểu thức thể hiện ảnh hưởng của nhiệt độ tới tốc độ phản ứng oxy húa khớ sinh học.
RT = R20. QT-20
Với : RT, R20: Tốc độ phản ứng ở nhiệt độ xử lý và ở 20oC Q: Hệ số nhiệt độ (Q = 1,0 ữ 1,04). T : Nhiệt độ xử lý oC
b/. Thành phần và nguồn dinh dưỡng.
Để duy trỡ sự phỏt triển của vi sinh vật, đảm bảo quỏ trỡnh làm sạch nước thải cần đỏp ứng nhu cầu dinh dưỡng của vi sinh vật. Cỏc nguyờn tố ảnh hưởng quyết định tới quỏ trỡnh ụxy húa là C, N và P. Mức độ ảnh hưởng phụ thuộc nhiều vào bản chất cỏc chất ụ nhiễm cú trong nước thải. Thực nghiệm cho thấy tỷ lệ C: N : P tối ưu là 100: 5 : 1. Thụng thường trong nước cú cỏc nguyờn tố khoỏng và vi lượng. Do đặc trưng cụng nghệ, một số loại nước thải cụng nghiệp nghốo N và P. Sự thiếu hụt này sẽ kỡm hóm sự phỏt triển của một số vi sinh vật trong quỏ trỡnh ụxy húa.
Thiếu N và P trong thời gian dài là một trong cỏc nguyờn nhõn làm thay đổi tương tỏc giữa cỏc nhúm vi khuẩn trong bựn hoạt tớnh. Cỏc vi khuẩn dạng sợi phỏt triển mạnh làm cho bựn xốp. Hiện tượng này gọi là sự phồng lờn của bựn, khi đú bựn sẽ khú lắng, làm tăng chỉ số thể tớch lắng gõy khú khăn cho quỏ trỡnh tỏch bựn ở bể lắng thứ cấp.
c/. Cỏc chất độc:
Cỏc chất độc vụ cơ, hữu cơ, nhất là cỏc ion kim loại nặng, cỏc ion halogen cú khả năng ức chế thậm chớ vụ hoạt hệ enzim oxy húa khử ở vi sinh vật. Vỡ vậy cần phải kiểm tra và đảm bảo hàm lượng của chỳng khụng được vượt quỏ nồng độ giới hạn cho phộp. Dưới đõy là nồng độ cho phộp của một số tỏc nhõn trong xử lý hiếu khớ.
Cỏc kim loại nặng ≤ 2mg/l.
Phenol và hợp chất chứa phenol < 140 mg/l Cỏc muối xyanua < 60mg/l.
d/. Độ oxy hoà tan.
Để thực hiện quỏ trỡnh ụxy húa, vi sinh vật cần O2 dưới dạng oxy hoà tan. Trong cỏc hệ thống xử lý hiếm khớ, oxy được cung cấp liờn tục nhằm đỏp ứng nhu cầu oxy cho quỏ trỡnh oxy húa.
Thiếu ụxy hũa tan cũng là một trong những nguyờn nhõn làm phồng bựn do vi khuẩn dạng sợi phỏt triển. Việc cung cấp O2 cũn cú tỏc dụng tạo ra độ đồng nhất trong thiết bị, làm ró cỏc khối bựn cú kớch thước lớn, giảm cỏc điểm chết - trong thiết bị, nõng cao hiệu quả làm sạch và rỳt ngắn thời gian lưu của nước trong hệ thống xử lý.
Hiệu suất sử dụng O2 trong thiết bị xử lý phụ thuộc khụng chỉ vào phương thức cấp khớ, cụng suất thiết bị, ỏp lực nộn... mà cũn phụ thuộc vào nhiệt độ, tớnh chất nước thải, tỷ số F/M [với F: nguồn dinh dưỡng (Food) và M: lượng sinh khối (Microorganismes)], tốc độ
sinh trưởng, đặc trưng hỡnh thỏi và sinh lý vi sinh vật. Để đảm bảo tốc độ oxy húa thỡ độ oxy hũa tan cần đạt ớt nhất 4mg/l.
e/. Tỷ lệ F/M (Food/Microorganism): - Nếu F/M >1, tức là dư thừa dinh