Xử lý sinh học nước thải_buổi 8 docx

Xử lý sinh học nước thải
Xử lý nước thải thời cổ đại
•
3200 BC Scotland- Hệ thống nhà vệ sinh hộ gia đình
•
4000-2500 BC Iraq- Thu gom nước mưa trên đường phố,
êết nối hệ thống thu gom chất thải
•
3000-2000 BC Pakistan- Xử lý trung tâm
•
3000-100 BC Crete- Hoàn thiện hệ thống thu gom nước
mưa; nhà vệ sinh có vòi giật nước
•
2000-500 BC Egypt- Hệ thống cung cấp nước; lưu ý đến
vệ sinh an toàn; nhà vệ sinh dùng cát để lọc chất rắn
•
300 BC – 500 AD Greece- Sử dụng nước mưa thu gom
trong đô thị để phục vụ nhu cầu tưới tiêu
•
200 BC China- Nhà vệ sinh và nước sinh hoạt
•
800 BC – 300 AD Rome- Nhà vệ sinh công cộng với chất
thải xả ra đường phố
Phân hủy sinh học
Phân hủy sinh học
SINGLE
SINGLE


BACTERIUM
BACTERIUM

2.0µm
Chất ô nhiễm hữu cơ
Chất ô nhiễm hữu cơ
Dinh dưỡng
Dinh dưỡng
(C,P,N,O,Fe,S……)
(C,P,N,O,Fe,S……)
Phát triển- phân chia tế bào
Phát triển- phân chia tế bào
Tăng sinh khối
Tăng sinh khối
Sinh CO
Sinh CO
2
2
Lên men
Lên men
Hô hấp O
Hô hấp O
2
2
Cung cấp năng lượng
Cung cấp năng lượng
Dữ trữ năng lượng
Dữ trữ năng lượng
Oxygen và tiếp nhận điện tử (Electron Acceptors):
Rất quan trọng trong quá trình phân hủy sinh học
Cơ chất
Biến dưỡng
CARBON

ADP
Pi
ATP
H
2
/2e
-
2H
+
O
2
Năng lượng
Phát triển/Tăng sinh khối
H
2
O
CO
2
CO
2
Tiếp nhận điện tử
Electron acceptor
Vai trò của những điểm tiếp nhận điện tử và
khả năng phân hủy sinh học
O
2
H
2
O
0.814V

NO
3
-
NO
2
-
N
2
0.741V
SO
4
2-
H
2
S
-0.214V
Fe
3
+
Fe
2
+
-0.185V
Phát triển nhanh
Phát triển nhanh
Phát triển chậm
Phát triển chậm
Reductase
NAP
(OX)

Reductase
NAP
(RED)
Ferredoxin
NAP
(OX)
Ferredoxin
NAP
(RED)
ISP
NAP
(OX)
ISP
NAP
(RED)
OH
OH
O
2
NADH
+ H
+
NAD
+
Reductase
NAP
(OX)
Reductase
NAP
(RED)

Ferredoxin
NAP
(OX)
Ferredoxin
NAP
(RED)
ISP
NAP
(OX)
ISP
NAP
(RED)
OH
OH
O
2
NADH
+ H
+
NAD
+
Phân hủy sinh học
Thành tế bào
Tế bào, tăng sinh khối
CO
2
Cố định ôxy bước quan trọng trong phân huỷ sinh học
Cố định ôxy bước quan trọng trong phân huỷ sinh học
Giải thích thuật ngữ
•

Quá trình hiếu khí
•
Quá trình kị khí
•
Khử nitrate kị khí
•
Loại bỏ chất dinh dưỡng
sinh học
•
Quá trình tùy tiện
•
Loại bỏ BOD carbon
•
Nitrate hóa
•
Cơ chất
•
Tăng trưởng lơ lửng
•
Tăng trưởng dinh bám
•
Aerobic processs
•
Anarobic processes
•
Anoxic/anaerobic denitrification
•
Biological nutrient removal
•
Facultative processes

•
Carbonaceous BOD removal
•
Nitrification
•
Subtrate
•
Suspended growth processes
•
Attached growth processes
Các giai đoạn trong xử lý nước
bằng phương pháp sinh học
Giai đoạn Mục đích
Xử lý sơ bộ Loại bỏ căn lớn và vật liệu thô có thể ảnh hưởng
đến các quá trình diễn ra sau đó
Xử lý bậc 1 Thực hiện thông qua các quá trình cơ học vật lý:
lọc, lắng
Xử lý bậc 2 Quá trình xử lý sinh học (bùn hoạt tính, lọc sinh
vật, hồ oxy hóa) và hóa học (khử trùng) loại bỏ
chất dinh dưỡng
Xử lý bậc 3 Nhằm loại bỏ BOD, chất dinh dưỡng, vi sinh vật
gây bệnh và các chất độc khác
Giảm chất hữu cơ; giảm chất ô nhiễm vi lượng khó phân hủy sinh học; giảm
chất dinh dưỡng; Bấ hoạt vi sinh vật gây bệnh
Các quá trình xử lý sinh học
Loại Tên thường dùng Áp dụng
Xư lý hiếu khí
Tăng trưởng lơ lửng
Tăng trưởng dính bám
Bùn hoạt tính

Hồ mương oxy hóa
Bể lọc sinh học chậm
Bể lọc sinh học nhanh
Đĩa sinh học quay
Loại BOD carbon, Nitrat hóa
Loại BOD carbon, Nitrat hóa
Loại BOD carbon, Nitrat hóa
Loại BOD carbon, Nitrat hóa
Loại BOD carbon, Nitrat hóa
Xử lý kị khí
Tăng trưởng lơ lửng
Tăng trưởng dính bám
Bể phân hủy kị khí
UABS
Lọc kị khí
Loại BOD carbon, Ổn định
Loại BOD carbon, Ổn định
Loại BOD carbon, Ổn định
Hồ sinh vật
Hồ hiếu khí
Hồ bậc ba
Hồ tùy tiện
Hồ kị khí
Loại BOD carbon
Loại BOD carbon, Nitrat hóa
Loại BOD carbon
Loại BOD carbon, Ổn định
Lưu ý các sơ đồ và bảng biểu trong các trang 176- 179
Xử lý hiếu khí
•

5.1.1.Quá trình xử lý hiếu khí kinh điển
–
5.1.1.1. Thành phần hệ thống bùn hoạt tính kinh
điển
–
5.1.1.2. Một số cải tiến của quá trình bùn hoạt tính
–
5.1.1.3. Một số thông số hoạt động
•
5.1.2. Lý thuyết tạo bông bùn hoạt tính
Quá trình bùn hoạt tính
Sơ đồ bể hiếu khí cổ điển
Bể thổi khí: Nước hòa với bùn hoạt tính với sự có
mặt của oxy nhằm oxy hóa chất hữu cơ; lưu 4-8
giờ; rắn lơ lửng 1500- 2500 mg/l
Bể lắng: Lắng bông cặn VSV và dùng 1 phần tuần
hoàn lại bể thổi khí
Bùn hoạt tính cải tiến
•
Hệ thống thông khí kéo dài
•
Mương Oxy hóa
•
Thông khí từng bước
•
Tiếp xúc ổn định
•
Thông khí trộn lẫn hoàn toàn
•
Bùn hoạt tính tốc độ cao

•
Thông khí oxy nguyên chất
Các thông số hoạt động
•
Chất rắn lơ lửng hỗn dịch (MLSS) (Mixed-Liquer suspended
solid)
–
Rắn lơ lửng hữu cơ, khoáng và VSV (lọc-sấy 105
o
C)
•
Chất rắn lơ lửng bay hơi hỗn dịch (MLVSS) volatile
–
Phần hữu cơ của MLSS; Chiếm khoảng 65- 75% MLSS (đun nóng- làm khô
ở 600- 650
o
C)
•
Tỉ số chất dinh dưỡng trên VSV
–
F/M=(Q*BOD)/(MLSS*V)
•
Q: Lưu lượng (gallon/ngày)
•
BOD: Nhu cầu oxy sinh học 5 ngày
•
MLSS: Chất rắn lơ lửng hỗn dịch
•
V: Thể tích bể thoáng khí
–

F/M thường 0,2- 0,5 ; F/M thấp hiệu quả xử lý thấp; Cao thì sao?
Các thông số hoạt động
•
Thời gian lưu nước thủy lực (HRT- Hydraulic
Retention time) (Nghịch đảo tốc độ pha loãng)
–
HRT= 1/D= V/Q
•
V: Thể tích bể thổi khí
•
Q: Lưu lượng nước vào bể thổi khí
•
D: Tốc độ pha loãng
•
Tuổi bùn (thời gian lưu của VSV trong bể)
–
Tuổi bùn= (MLSS*V)/ (SS
e
*Q
c
) + (SS
w
*Q
w
)
•
e: Nước thải
•
w: Bùn thải
–

Tuổi bùn thường 5- 15 ngày và thay đổi tùy thuộc vào nhiệt
độ, mùa, và các yếu tố khác
Quá trình hình thành bông bùn
•
Khi F/M cao Pha log của VSV nên chưa hình thành bùn
do VSV dạng phân tán trong dung dịch (giảm chất hữu cơ)
•
Khi F/M giảm VSV sẽ ở pha cân bằng và bùn bắt đầu hình
thành
•
Khi VSV vào giai đoạn trao đổi chất nội bào là giai đoạn
tạo thành bùn nhiều nhất (tạo bùn)
•
Thức ăn cạn kiệt nên trùng lông bám vào giá thể dùng
VSV làm mồi
•
VSV giảm kéo theo giảm trùng lông, lúc này trùng bánh
xe sẽ phát triển dùng bông bùn làm thức ăn làm giảm
lượng bùn
Bùn hoạt tính
•
5.2.1.Giới thiệu
•
5.2.2. Sinh học của bùn hoạt tính
•
5.2.3. Hiện tượng bung và lên bọt của bùn hoạt
tính
–
5.2.3.1. Giới thiệu
–

5.2.3.2. Bung bùn có sợi
–
5.2.3.3. Kỹ thuật để phân lập và xác định vi sinh
vật sợi
–
5.2.3.4. Khống chế hiện tượng bung bùn
Bùn hoạt tính
•
Là quá trình xử lý nước thải bằng sinh học
–
Bản chất là quá trình chuyển hóa chất hữu cơ thành
CO
2
, H
2
O, NH
4
và sinh khối tế bào dưới điều kiện
hiếu khí
–
Tế bào VSV tạo thành sẽ lắng ở bể lắng dưới dạng
bông bùn
•
Chất hữu cơ phân hủy và chuyển thành sinh
khối tế bào sau đó kết bông và lắng tại bể lắng
Vi sinh vật trong bùn hoạt tính
•
Vi khuẩn (bacterial)
•
Vi khuẩn là thành phần chiếm đa số trong bùn

hoạt tính chúng oxy hóa chất hữu cơ tạo sinh
khối tế bào
–
Hơn 300 chủng được phân lập chủ yếu vi khuẩn hiếu khí
hoặc hiếu khí tùy tiện
–
Vi khuẩn kị khí sinh methan cũng có mặt trong các hốc kị
khí của bông bùn chúng sẽ phát triển trong bể kị khí
–
Vi khuẩn Tự dưỡng; Vi khuẩn quang dưỡng; Tía; Xanh
–
Vi khuẩn có màng bao
–
Vi khuẩn có nhánh
Vi sinh vật trong bùn hoạt tính
•
Nấm (Fungi)
•
Bùn hoạt tính không phải là điều kiện tốt cho
nấm phát triển
•
Khi pH thấp có thể phân lập được 1 số chủng
như: Geotrichum; Penicillium; Cephalosporium; Alternaria
•
Hiện tượng bung bùn có thể do Geotrichum
candidum gây nên
Vi sinh vật trong bùn hoạt tính
•
Động vật nguyên sinh (Protozoa)
•

Chúng thường sử dụng vi khuẩn làm thức ăn
–
Bất lợi: giảm mật độ vi khuẩn có lợi trong quá trình
xử lý
–
Có lợi:giảm vi khuẩn gây bệnh
•
Khả năng “săn” vi khuẩn sẽ giảm khi trong môi
trường hiện diện các chất độc
–
Aspidisca costata bị ảnh hưởng nếu có mặt
Cadmium
Hiện tượng bung bùn
•
Hệ thống bùn hoạt tính hoạt động tốt khi có
hình thành bùn và ngược lại
•
Các dạng bất thường của bùn
–
Bung bùn không có sợi (dispersed growth)
–
Bông bùn điểm (pinpoint flocs)
–
Lên bùn (rising sludge)
–
Tạo bọt và váng (foaming/scum formation)
–
Bung bùn có sợi (filamentous bulking)
Nguyên nhân và hậu quả sự cố bùn hoạt tính
Sự cố Nguyên nhân Hậu quả

Phát triển phân tán Không tạo bông, tạo thành những
cụm nhỏ và riêng lẻ
Đục, không có vùng lắng
trong bùn
Nhày (bung bùn
không sợi)
VSV có số lượng lớn trong lớp màng
ngoại bào
Giảm khả năng lắng; khó
phân tách; chảy tràn trong
bể lắng đợt 2
Bông bùn điểm Bông bùn nhỏ; Giảm tốc độ lắng Chỉ số thể tích bùn (SVI)
thấp; nước thải ra bị đục
Bung bùn Vi khuẩn dạng sợi phát triển gây cản
trở quá trình nén và lắng của bùn
Chỉ số thể tích bùn cao,
nước thải ra rất trong
Lên bùn Các bọt khí Nito do quá trình khử
Nitrat hình thành làm cho bông bùn
trong bể lắng đợt 2 bị nâng lên
Hình thành lớp váng bùn
hoạt tính trên mặt của bể
lắng đợt 2
Tạo bọt và váng Chất hoạt động bề mặt; Có mặt loài
Nocardia và Microthrix pavvicella
Bọt trên bề mặt bể hiếu khí;
có thể gây mùi; tràn ra khỏi
bể thổi khí và vào bể lắng 2
Cách đo thể tích bùn lắng (SVI)
•

SVI = V* 1000/ MLSS
•
V: Thể tích bùn lắng sau 30 phút (ml/L)
•
MLSS: Chất rắn lơ lửng hỗn dịch (mg/L)
•
SVI là số ml trên mỗi gam bùn
–
SVI cao khi > 150ml/g cho biết có hiện tượng bung
bùn
–
SVI thấp <70 ml/g cho biết bông bùn nhỏ nhiều
–
Hệ thống bùn hoạt tính hoạt động tốt khi chỉ số
SVI trong khoảng 70- 150
Mối quan hệ giữa VK sợi và VK tạo bông
Hiện tượng Mối quan hệ Ghi Chú
Bông bình
thường
Cân đối giữa VK
sợi và VK tạo
bông
Bông cứng chắc
và dễ lắng trong
bể lắng
Bông bùn nhỏ Không có VK sợi
hay mật độ rất
thấp
Không lắng tốt
trong bể lắng;

nước ra đục; SVI
thấp
Bung bùn sợi VK dạng sợi
chiếm ưu thế
Chỉ số nén bùn
thấp; Lắng kém;
nước ra trong