giáo trình công nghệ sinh học môi trường Bài 3 xử lý nước



THC S VƯU NGC DUNG
4/22/14
1



 !"#$
%
&'()

(*()
+
,
 !"#$

Nước thải là nước đã dùng trong sinh hoạt, sản xuất hoặc chảy qua vùng đất ô nhiễm.

Nước thải được định nghĩa là nước đã qua quá trình sử dụng của con người và được thải bỏ vào trong hệ thống
nước, có các thông số hoá học và/hoặc vật lý đã bị biến đổi.
&'()

-.)
%


Nguyên tắc: sử dụng các vi sinh vật hiếu khí phân hủy các chất hữu cơ trong nước thải có đầy đủ oxy hòa tan ở
nhiệt độ, pH… thích hợp.
(CHO)
n

NS + O
2
→ CO
2
+ H
2
O + NH
4
+
+ H
2
S + sinh khối

Trong điều kiện hiếu khí NH
4
+
và H
2
S cũng bị phân huỷ nhờ quá trình Nitrat hóa, sunfat hóa bởi vi sinh vật tự
dưỡng:
NH
4
+
+ 2O
2
→ NO
3
-
+ 2H
+

H
2
O
H
2
S + 2O
2
→

SO
4
2-
+ 2H
+

Hoạt động sống của vi sinh vật hiếu khí bao gồm:
- Quá trình dinh dưỡng: Vi sinh vật sử dụng các chất hữu cơ, các chất dinh dưỡng và các nguyên tố khoáng vi lượng
để xây dựng tế bào mới tăng sinh khối và sinh sản.
- Quá trình phân huỷ: Vi sinh vật oxy hoá các chất hữu cơ hoà tan hoặc ở dạng các hạt keo phân tán nhỏ thành nước
và CO
2
hoặc tạo ra các chất khí khác.
/01234056789:788;<8:=3>8?

Là quá trình lên men bằng vi sinh vật trong điều kiện có oxy để cho sản phẩm là CO
2
, H
2
O, NO
3

-
và SO
4
2-
.

Protein, tinh bột, chất béo…  thuỷ phân enzyme ngoại bào các Acid amin, Acid béo, Acid hữu cơ, đường
đơn…

Các chất đơn giản này  thấm qua màng tế bào và bị phân huỷ tiếp tục hoặc chuyển hoá thành các vật liệu xây
dựng tế bào mới bởi quá trình hô hấp nội bào cho sản phẩm cuối cùng là CO
2
và H
2
O.
Cơ chế quá trình xử lý hiếu khí gồm 3 giai đoạn:

:@:ABC7DOxy hóa chất hữu cơ trong nước thải để đáp ứng nhu cầu năng lượng của tế bào

:@:ABC7%EF3405678AG7H8I@JD Tổng hợp để xây dựng tế bào

:@:ABC7EF3405678KL8I@JD Hô hấp nội bào
Khi không đủ cơ chất quá trình chuyển hoá các chất của tế bào xảy ra sự tự oxy hóa chất liệu tế bào.
-.)
$MN&'()E$O$(J

'

PN-.)


Q.N$O$(
:R:08:S3

Là quá trình xử lý sinh học hiếu khí, trong đó nồng độ cao của vi sinh vật mới được tạo thành được trộn đều với
nước thải, được thực hiện ở nước Anh từ năm 1914.

Bùn hoạt tính bao gồm những sinh vật sống kết lại thành dạng hạt hoặc dạng bông với trung tâm là các chất nền
rắn lơ lửng (40%).
Chất nền: rêu, tảo và các phần sót rắn khác nhau.

Bùn hiếu khí ở dạng bông bùn vàng nâu, dễ lắng là hệ keo vô định hình còn bùn kỵ khí ở dạng bông hoặc dạng hạt
màu đen.

Những sinh vật sống trong bùn là vi khuẩn, nấm men, nấm mốc, xạ khuẩn, các động vật nguyên sinh và động
vật hạ đẳng, dòi, giun, đôi khi là các ấu trùng sâu bọ.

Vai trò cơ bản trong quá trình làm sạch nước thải của bùn hoạt tính là vi khuẩn:
1.Alkaligenes- Achromobacter
2. Pseudomonas
3. Enterobacteriaceae
4. Athrobacter baccillus
5- Cytophaga- Flavobacterium
6- Pseudomonas- Vibrio aeromonas
7- Achrobacter
8- Hỗn hợp các vi khuẩn khác; Ecoli, Micrococcus

Zooglea có khả năng sinh ra bao nhầy xung quanh tế bào có tác dụng gắn kết các vi khuẩn, hạt lơ lửng, các chất
màu, mùi… và phát triển thành các hạt bông cặn.

Những hạt bông này khi ngừng thổi khí hoặc khi các cơ chất cạn kiệt, chúng sẽ lắng xuống tạo ra bùn hoạt tính.


Khi bùn lắng xuống là “bùn già” hoạt tính bùn bị giảm. Hoạt hoá trở lại bằng cách cung cấp đầy đủ dinh dưỡng
và cơ chất hữu cơ.

Công thức bùn hoạt tính thường dùng là: C
5
H
7
O
2
N.
Sơ đồ hệ thống bùn hoạt tính hiếu khí
Quá trình sinh học xảy ra qua 3 giai đoạn:

Giai đoạn 1: Bùn hoạt tính hình thành và phát triển.

Cơ chất và chất dinh dưỡng phong phú, sinh khối bùn ít.

Theo thời gian, quá trình thích nghi  sinh trưởng theo cấp số nhân  sinh khối bùn tăng mạnh.

Lượng oxy tiêu thụ tăng dần cuối giai đoạn này rất cao, gấp 3 lần giai đoạn 2 Tốc độ phân hủy chất bẩn hữu
cơ tăng dần.

Giai đoạn 2: Vi sinh vật phát triển ổn định.

Hoạt lực enzyme đạt tối đa và kéo dài.

Tốc độ và sự phân hủy chất hữu cơ đạt tối đa.


Tốc độ tiêu thụ oxy gần như không thay đổi.

Giai đoạn 3:

Tốc độ tiêu thụ oxy có chiều hướng giảm rồi tăng lên.

Tốc độ phân hủy chất hữu cơ giảm và quá trình Nitrate hóa Amoniac xảy ra.

Sau cùng, nhu cầu tiêu thụ oxy lại giảm và quá trình làm việc của Aerotank kết thúc.
STU-C)
:

Bể bùn hoạt tính truyền thống (một giai đoạn)

Bể bùn hoạt tính tiếp xúc-ổn định (hai giai đoạn)

Bể bùn hoạt tính thông khí kéo dài

Bể bùn hoạt tính thông khí cao có khuấy đảo hoàn chỉnh

Bể bùn hoạt tính chọn lọc.
V78BC00?78KW7H053XY708T7H

Hệ thống sử dụng các thiết bị làm thoáng bề mặt theo chiều dài bể.

Bể thường có dạng hình chữ nhật: dòng vào và bùn tuần đi vào bể ở 1 đầu và chất lỏng hòa trộn sẽ đi ra ở đầu đối
diện.

Mô hình gần giống hệ thống dòng chảy đều, thời gian lưu phụ thuộc vào thể tích bồn chứa, lượng oxy, hàm lượng
chất thải


Hiệu quả làm sạch thường từ 80 – 95%.
UZV78BC00?780:=[\]<D^7AL78

Hệ thống chia bể phản ứng thành 2 vùng:

Vùng tiếp xúc là nơi xảy ra quá trình chuyển hóa các vật chất hữu cơ trong nước thải đầu vào.

Vùng ổn định là nơi bùn hoạt tính tuần hoàn từ thiết bị lọc được sục khí để ổn định vật chất hữu cơ.

Hiệu quả xử lý của hệ thống này thường đạt 85 – 95% BOD
5
và các chất rắn lơ lửng.

Dùng xử lý nước thải sinh hoạt với nồng độ cao các hợp chất hữu cơ dạng các phần tử chất rắn.
Vùng tiếp xúc
Vùng ổn định bùn
Lắng
Bơm tuần
hoàn
Bùn dư
Bùn hoạt tính tuần hòan
UZV78BC00?780:=[\]<D^7AL78
UZV78BC00?7808/7H>8?>_BK`:

Thời gian lưu bùn kéo dài để ổn định lượng sinh khối rắn từ quá trình chuyển hóa của các vật chất hữu cơ bị phân
hủy bởi vi khuẩn.

Thời gian lưu bùn thường kéo dài từ 20 – 30 ngày


Thời gian lưu nước khoảng 24 giờ có tác dụng: làm giảm lượng chất rắn và tăng sự ổn định của quá trình.

Nhược điểm: bể loại lớn sẽ hạn chế khả năng phối trộn.
UZV78BC00?7808/7H>8?!a<@B<I>83bXA1B8B`7<8c78

Là loại Aerotank tương đối lý tưởng để xử lý nước thải có mức độ ô nhiễm cũng như nồng độ các chất lơ lửng cao.

Thời gian làm việc ngắn: do thời gian lưu ngắn, bùn hoạt tính và oxy hòa tan được phân bố đều  quá trình oxy
hóa được đồng đều và hiệu quả cao.

Ưu điểm của công nghệ này là:

Pha loãng ngay tức khắc nồng độ các chất nhiễm bẩn, kể cả các chất độc hại (nếu có).

Không xảy ra hiện tượng quá tải cục bộ trong bể.

Thích hợp cho xử lý các loại nước thải có tải trọng cao, chỉ số thể tích bùn cao, cặn khó lắng.
UZV78BC00?78<8;7d;<

Dùng để kiểm soát sự tăng trưởng quá mức của các vi khuẩn lên men, có thể gồm các loài gây hại.

Tạo điều kiện có lợi cho sự tăng trưởng của các vi sinh vật kết bông  tăng khả năng lắng đọng của bùn hoạt tính.

2 cơ chế chọn lọc các vi sinh vật: động học và trao đổi chất.

Cơ chế động học: tải trọng đầu vào cao  chọn lọc vi sinh vật có thể phân hủy các chất hữu cơ ở tốc độ cao.

Cơ chế trao đổi chất: kiểm soát khả năng nhận điện tử ở các cực trong thiết bị chọn lọc.
4<KC7HZU@e5B0@7>
UZV78BC00?78>83bX05f78B`70B`7


Mục đích: xử lý nước thải công nghiệp có nồng độ đậm đặc, đặc biệt là các chất hữu cơ khó phân hủy.
W7H<81X7]0EUZV78BC00?78<b[>8?H:1gKh7J

Cấp khí nhiều hơn ở đầu vào và giảm dần ở các ô tiếp theo để đáp ứng cường độ tiêu thụ oxy không đều trong toàn
bể.
8^:>8?78:Y3Zi<EUZV78BC00?787C[7jR<081:08eBZi<J

Phân bố vị trí cấp khí dòng vào tuỳ thuộc hình dạng bể  cân bằng BOD và oxy trải đều  hiệu suất sử dụng Oxy
tăng.
jk7HB\X8I@:

Điều kiện hiếu khí kéo dài và nước chuyển động tuần hoàn trong mương.
Dòng vào
Dòng vào
Bùn tuần hoàn
(sau lắng)
Hỗn hợp chất lỏng
(đi lắng)
Thổi khí nhiều bậc