TrinhMinhTam_08ĐHMT1_0850020027_Các QTSH trong KTMT

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG TP. HCM
KHOA MÔI TRƯỜNG

BỘ MÔN KỸ THUẬT MƠI TRƯỜNG

BÀI THI KẾT THÚC HỌC PHẦN
CÁC Q TRÌNH SINH HỌC TRONG KTMT
HÌNH THỨC THI TIỂU LUẬN

Chủ đề: Tìm hiểu về công nghệ sinh học UCT xử lý nước thải
SVTH: TRỊNH MINH TÂM
MSSV: 0850020027
LỚP: 08ĐHMT1
HỌC KỲ: HK2 – NK 2020 -2021
GVDH: TS. HUỲNH THỊ NGỌC HÂN

TP.HCM, 10/2021


BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG TP. HCM
KHOA MÔI TRƯỜNG

BỘ MÔN KỸ THUẬT MƠI TRƯỜNG

BÀI THI KẾT THÚC HỌC PHẦN
CÁC Q TRÌNH SINH HỌC TRONG KTMT
HÌNH THỨC THI TIỂU LUẬN

Chủ đề: Tìm hiểu về công nghệ sinh học UCT xử lý nước thải

SVTH: TRỊNH MINH TÂM
MSSV: 0850020027

– LỚP 08ĐHMT1

THỜI GIAN THỰC HIỆN: 13/10/2021 –27/10/2021
GVDH: TS. HUỲNH THỊ NGỌC HÂN

GV CHẤM 1:

GV CHẤM 2:

ĐIỂM TỔNG KẾT

TP.HCM, 10/2021


1. Cấu tạo cơng trình
Tuần hồn thiếu khí

Vào

Bể kỵ khí
(Anaerobic)

Bể thiếu khí
(Anoxic)

Bể hiếu khí

(Aerobic)

Tuần hồn hiếu khí

Ra
Bể lắng 2
(Secondary
Clarifier)

Bùn tuần hồn

Bùn thải

Cấu tạo cơng trình của cơng nghệ UTC (University of Cape Town):

 Cấu tạo bể kỵ khí (Anaerobic):


Hệ thống cấp nước thải vào bể xử lý



Hệ thống máng thu nước sau xử lý



Hệ thống tách thu khí

 Cấu tạo bể thiếu khí (Anoxic)


Máy bơm đảo trộn, khuấy trộn hoặc cánh khuấy chìm



Hệ thống cung cấp dinh dưỡng cho vi sinh vật thiếu khí phát triển



Hệ thống hồi lưu bùn lại bể Anoxic sau quá trình phản ứng

 Bể hiếu khí (Aerobic)


Hệ thống cấp nước thải vào bể xử lý



Hệ thống dẫn nước ra



Hệ thống phân phối khí gồm đĩa thổi khí và ống phân phối khí



Hệ thống thu bùn và vận chuyển bùn ra khỏi bể



Hệ thống tuần hoàn bùn về cấp cho bể

 Bể lắng (Secondary Clarifier)
 Hệ thống phân phối nước thải vào
 Ngăn chứa bùn ở đáy
 Hệ thống thanh cào bùn
1


 Máng thu váng nổi phía trên bể
 Hệ thống thu nước ra khỏi bể
2. Nguyên lý hoạt động
- Công nghệ UTC chia làm ba phân vùng: kỵ khí, thiếu khí và hiếu khí
2.1.Q trình xử lý Anaerobic (Xử lý sinh học kỵ khí)
Nước thải vào bể kỵ khí xảy ra q trình phân hủy các chất hữu cơ hịa tan và các chất
dạng keo trong nước thải với sự tham gia của hệ vi sinh vật kỵ khí. Trong quá trình sinh
trưởng và phát triển, vi sinh vật kỵ khí sẽ hấp thụ các chất hữu cơ hịa tan có trong nước
thải, phân hủy và chuyển hóa chúng thành các hợp chất ở dạng khí. Bọt khí sinh ra bám
vào các hạt bùn cặn. Các hạt bùn cặn này nổi lên trên làm xáo trộn, gây ra dòng tuần hồn
cục bộ trong lớp cặn lơ lửng.
Hỗn hợp khí sinh ra thường được gọi là khí sinh học hay biogas.
Quá trình phân hủy kỵ khí được chia thành 3 giai đoạn chính: phân hủy các chất hữu cơ
cao phân tử, tạo các axit, tạo methane.
2.2.Quá trình xử lý Anoxic (Xử lý sinh học thiếu khí)
- Tại bể anoxic diễn ra quá trình khử nitrat và Photphorit để xử lý N, P
Q trình khử nitrat: trong mơi trường thiếu oxy, các loại vi khuẩn như Nitrosonas và
Nitrobacter sẽ khử Nitrat (NO3-) và Nitrit (NO2-) theo chuỗi chuyển hóa:
NO3- → NO2- → N2O → N2↑
Khí nitơ phân tử N2 tạo thành sẽ thốt khỏi nước và ra ngồi.
Q trình xử lý Photpho: Các hợp chất hữu cơ chứa photpho sẽ được hệ vi khuẩn

Acinetobacter chuyển hóa thành các hợp chất mới khơng chứa photpho và các hợp chất có
chứa photpho nhưng dễ phân hủy đối với chủng loại vi khuẩn hiếu khí.
Tại bể Anoxic bố trí máy khuấy chìm với tốc độ khuấy phù hợp. Máy khuấy có chức
năng khuấy trộn dịng nước tạo ra môi trường thiếu oxy cho hệ vi sinh vật thiếu khí phát
triển. Ngồi ra, để tăng hiệu quả xử lý và làm nơi trú ngụ cho hệ vi sinh vật thiếu khí, tại bể
Anoxic lắp đặt thêm hệ thống đệm sinh học được chế tạo từ nhựa PVC. Hệ vi sinh vật thiếu
khí bám dính vào bề mặt vật liệu đệm sinh học để sinh trưởng và phát triển.
Dịng tuần hồn nội bộ từ vùng thiếu khí về vùng kỵ khí tạo điều kiện tối ưu cho q
trình lên men kỵ khí và tích lũy photpho trong giai đoạn kỵ khí.
2.3.Q trình xử lý Aerobic (Xử lý sinh học hiếu khí)
Tại bể aerobic q trình oxi hóa và phân hủy các chất hữu cơ xảy ra khi nước thải tiếp
xúc với bùn trong điều kiện sục khí liên tục. Khi vi sinh vật phát triển và được xáo trộn bởi
khơng khí chúng sẽ kết lại thành khối với nhau tạo thành bùn hoạt tính (bơng bùn sinh
học).

2


Dịng tuần hồn nội bộ từ bể hiếu khí về bể thiếu khí nhầm cung cấp lượng nitrat (NO 3-)
bị thiếu hụt trong bể thiếu khi do quá trình khử nitrat đã dùng hết.
2.4.Q trình lắng và tuần hồn bùn
Hỗn hợp bùn hoạt tính và nước thải sau khi ra khỏi bể aeroten được đưa đến bể lắng và
được lắng giữ lại tại đây. Phần lớn bùn tuần hoàn được đưa về vùng anoxic, để hạn chế
lượng nitrat đi vào vùng kỵ khí, do đó nâng cao được hiệu quả tích lũy photpho trong giai
đoạn kỵ khí, phần bùn dư còn lại được bơm sang bể nén bùn để xử lý.

3. Các yếu tố ảnh hưởng/kiểm soát, vận hành
- Các yếu tố ánh hưởng đến q trình bùn hoạt tính:
Nhiệt độ: tối ưu nằm trong khoảng từ 20 – 30oC
pH: tối ưu nằm trong khoảng từ 6,8 – 8,5

DO: nằm trong khoảng từ 2 – 4 mgO2/L. DO không được nhỏ hơn 1,5 mgO2/L
Oxi: Cung cấp với lượng thích hợp. Khơng cấp q nhiều O2 để tránh tốn kém chi
phí và dễ làm vỡ bông bùn.
 Chất dinh dưỡng (N,P,…): Nếu như trong nước thải thiếu P thì sẽ làm cho vi khuẩn
dạng sợi phát triển mạnh và tạo thành bùn nổi.
 Kim loại nặng





- Có thể kiểm sốt q trình bùn hoạt tính bằng các thơng số sau đây:






Hàm lượng chất rắn MLVSS
Tỉ số F/M
Thời gian lưu bùn (SRT)
Thử nghiệm lắng và SVI
Vi sinh

* Mỗi thơng số địi hỏi phải thử nghiệm và tính tốn

MLSS
Cặn lơ lửng của hỗn hợp bùn HT

MLVSS

Cặn lơ lửng bay hơi

MLVSS
Cặn lơ lửng bay hơi

Cặn lơ lửng vô cơ

MLVSS
Cặn lơ lửng bay hơi

3


4. Các q trình sinh hóa diễn ra trong cơng trình
4.1.Bể kỵ khí
- Các q trình sinh hóa diễn ra trong bể kỵ khí bao gồm:





Tổng hợp tế bào
Phân hủy nội bào
Oxi hóa các chất hữu cơ
Phân hủy chất hữu cơ trong điều kiện kỵ khí

* Sản phẩm của quá trình sinh học kỵ khí chủ yếu là khí sinh học (Biogas): CH4 và CO2.
Ngồi ra cịn có các khí khác như: NH3, H2S.
4.2.Bể thiếu khí
- Các q trình sinh hóa diễn ra trong bể thiếu khí bao gồm:






Tổng hợp tế bào
Phân hủy nội bào
Nitrat hóa
Khử nitrat

* Sản phẩm của q trình sinh học thiếu khí là khí N2 (Nitơ).
4.3.Bể hiếu khí
- Các q trình sinh hóa diễn ra trong bể hiếu khí bao gồm:
 Tổng hợp tế bào
 Phân hủy nội bào
 Nitrat hóa
 Oxi hóa các chất hữu cơ
* Sản phẩm của q trình sinh học hiếu khí là CO2 và H2O.

5. Một số cơng thức tính tốn kích thước cơ bản
5.1.Bể kỵ khí

 Diện tích cần thiết của bể:

Trong đó:
– Lưu lượng nước thải (m3/ngày)
V – Tốc độ nước dâng trong bể v = 0,6 - 0,9 (m/h), để giữ cho lớp bùn hoạt tính ở trạng
thái lơ lửng.
 Chiều cao xây dựng của bể:

4


Hxd = H + H1 + Hbv
Trong đó:
H – Chiều cao cơng tác phần yếm khí của bể (m).
H1 – Chiều cao vùng lắng, để đảm bảo không gian an tồn cho bùn lắng xuống phía dưới
thì H1 > 1m (m)
Hbv: chiều cao bảo vệ (m)
 Thể tích thực bể:
V  Hxd .F
Trong đó:
V – Thể tích bể (m3)
Hxd – Chiều cao xây dựng của bể (m)
F – Diện tích cần thiết của bể (m2)
Chọn kích thước bể: L × B × H
5.2.Bể thiếu khí (Bể anoxic)
Tốc độ sử dụng NH4+ của vi khuẩn Nitrat hóa:

Trong đó:
K – Hệ số động học của bùn hoạt tính
Nra – Nồng độ Nitơ đầu ra (mg/l)
KN – Hệ số động học
Thời gian cần thiết để Nitrat hóa:

Trong đó:
– Thời gian cần thiết để nitrat hóa (ngày)
N – Nồng độ Nitơ đầu vào bể (mg/l)
XN – Thành phần hoạt tính của vi khuẩn Nitrat hóa trong bùn (mg/l)
– Tốc độ sử dụng NH4+ của vi khuẩn Nitrat hóa (mgNH4/mgbùn.ngày)

Thể tích bể anoxic:

V – Thể tích bể (m3)
Q – Lưu lượng nước thải (m3/ngày)

5


– Thời gian cần thiết để nitrat hóa (ngày)
Chọn kích thước bể: L × B × H
5.3.Bể hiếu khí (Bể aerotank)
Thể tích bể aerotank:
Trong đó:
Q – Lưu lượng nước thải đầu vào (m3/ngày)
Y – Hệ số sản lượng tế bào (kgVSS/kgBOD)
Kd – Hệ số phân huỷ nội bào (ngày-1)
C0 – Hàm lượng BOD5 đầu vào bể Aerotank (mg/l)
C – Hàm lượng BOD5 hòa tan đầu ra (mg/l)
X – Nồng độ bùn hoạt tính trong bể (mg/l)
– Thời gian lưu bùn trong bể (ngày)
Thời gian lưu nước trong bể:

Trong đó:
V – Thể tích bể (m3)
Q – Lưu lượng nước thải (m3/ngày)
Chọn chiều cao hữu ích của bể h (m), chiều cao bảo vệ hbv = 0,5 (m)
Chiều cao xây dựng của bể: Hxd = h + hbv
Trong đó:
h – chiều cao hữu ích của bể (m)
hbv – chiều cao bảo vệ (m)

Diện tích mặt thống của bể:
Trong đó:
F – Diện tích mặt thống của bể (m2)
V – Thể tích của bể (m3)
H – Chiều cao hữu ích của bể (m)
Chọn kích thước bể: L × B

6


6. Ưu nhược điểm

Ưu điểm

Nhược điểm

Bể kỵ khí

Bể thiếu khí

Bể hiếu khí

Bể lắng 2

- Tiết kiệm chi
phí
- Thu được
lượng lớn khí
CH4
- Xử lý được

nguồn nước bị
ơ nhiễm hữu cơ
cao
- Có mùi hơi
- Tốn diện tích
- Khơng tuần
hồn bùn
- Phải có thiết
bị tách CH4 ra
để hỗ trợ bùn
lắng

- Phân hủy
CHC dễ dàng
- Giảm thiểu
mùi hơi
- Kiểm sốt
được lượng
nước thải
- Tiết kiệm, cải
tạo nguồn nước

- Vận hành đơn
- Khơng có mùi giản
hơi
- Hiệu quả xử
- Tiết kiệm diện lý cao
tích
- Tiết kiệm
- Xử lý tốt

năng lượng
BOD, nitrat hóa - Tiết kiệm diện
tích và chi phí

- Tốn nhiều
diện tích
- Chi phí xây
dựng và chi phí
phát sinh cao
-

- Tốn chi phí
năng lượng
- Bùn thải nhiều
hơn
- Tuần hồn
bùn

- Có mùi hơi
- Dễ tắc nghẽn
trong vận hành
- Hiệu suất làm
sạch nhỏ
- Hạn chế về
chiều cao

7. Phạm vi/điều kiện áp dụng
7.1.Điều kiện áp dụng
Điều tiên quyết là nước thải phải là môi trường sống của quần thể sinh vật phân hủy các
chất hữu cơ có trong nước thải. Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học cần thỏa mãn

những điều kiện sau:
 Khơng có chất độc làm chết hoặc ứng chế hoàn toàn hệ sinh vật trong nước thải.
 Hàm lượng kim loại nặng có trong nước thải. Muối của các kim loại nặng ảnh
hưởng nhiều đến hoạt động sống của vi sinh vật.
 Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học chỉ tiêu cần bận tâm là COD và BOD,
nếu tỉ số của 2 thông số này phải là: COD/BOD ≤ 2 hoặc BOD/COD ≥ 0.5 thì việc xử lý
mới diễn ra tốt. Khi COD lớn hơn BOD nhiều lần, trong đó gồm có xenlulozo,
hemixenlulozo, protein, tinh bột chưa tan thì phải qua xử lý sinh học kỵ khí.
7.2.Phạm vi áp dụng
Hiện nay, cơng nghệ UCT (University of Cape Town) được ứng dụng xử lý các loại hình
nước thải có hàm lượng chất hữu cơ cao như: Nước thải sinh hoạt, nước thải bệnh viện,
nước thải ngành chế biến thủy hải sản, nước thải ngành sản xuất bánh kẹo - thực phẩm...

7