Xử lý hiếu khí nước thải bằng bể aeroten

Báo cáo thí nghiệm Xử lý nước thải bằng biện pháp sinh học
Bài 1: XỬ LÝ HIẾU KHÍ NƯỚC THẢI BẰNG BỂ AEROTEN
I.Cơ sở lí thuyết của quá trình xử lý hiếu khí nước thải:
I.1.Khái quát về các phương pháp xử lý nước thải và xử lý nứơc thải bằng sinh học:
Trong xử lý nước thải có thể phân thành hai biện pháp chủ yếu là biện pháp hóa lí và biện pháp sinh
học.
• Biện pháp hóa lý: Thường áp dụng xử lý sơ bộ hoặc đối với nước thải có độ màu cao, chứa các
kim loại nặng, các hợp chất khó và không thể phân hủy sinh học.
• Biện pháp sinh học: thường được áp dụng để xử lí nước thải có tỉ lệ BOD/COD > 0.5 chẳng hạn
như nước thải sinh họat, nước thải của các nghành chế biến thủy hải sản, mía đường, thực phẩm, giấy…
nhưng với điều kiện trong nước thải không chứa các chất độc với vi sinh vật. Đối với phương pháp sinh
học bao gồm xử lý hiếu khí và xử lý yếm khí.
I.2.Nguyên lý của quá trình xử lý sinh học hiếu khí:
Nguyên lý của quá trình xử lý sinh học hiếu khí là lợi dụng quá trình sống và hoạt động của vi sinh
vật hiếu khí và tùy tiện để phân hủy chất hữu cơ và một số chất vô cơ có thể chuyển hóa sinh học được
có trong nước thải. Đồng thời các vi sinh vật sử dụng một phần hữu cơ và năng lượng khai thác được từ
quá trình oxi hóa để tổng hợp nên sinh khối.
I.3.Cơ chế của quá trình:
Quá trình xử lý sinh học là quá trình oxi hóa các hợp chất hữu cơ và vô cơ đồng thời tổng hợp sinh
khối hay phân hủy nội bào theo các cơ chế cơ bản sau:
• Oxi hóa các hợp chất hữu cơ không chứa nitơ:

C
x
H
y
O
z
+
O
2

CO
2
+
H
2
O
(x+
y

4
-

z
2
)
x
y

2
vsv
• Oxi hóa các hợp chất có chứa nitơ:

C
x
H
y
O
z
N+
O

2
CO
2
+
NH
3
+
H
2
O
(x+
y

4
-

z
2
)
-

3
4
x
(
)
y-3

2
vsv

• Tổng hợp sinh khối:
H
2
O
C
x
H
y
O
z
N
+
O
2
NH
3
+
C
5
H
7
NO
2
+
CO
2
+
(
)
x

y

4
+
-

z
2
-

23
2
2
x
(
-
10
)
y

2
(
-
7
)
vsv
• Phân hủy nội bào:

C
5

H
7
NO
2
+
O
2
CO
2
+
NH
3
+
H
2
O
5
5
2
vsv
• Quá trình Nitrat hóa:
Sinh viên: Nguyễn Đình Mãi Lớp CNMT K26 – Quy Nhơn
Trang 1
Báo cáo thí nghiệm Xử lý nước thải bằng biện pháp sinh học

NH
3
(NH
4
+

)
NO
2
-
NO
3
-
vsvvsv
• Quá trình phản nitrat hóa:

NO
3
-
NO
2
-
N
2
vsv
vsv
• Oxi hóa các hợp chất chứa lưu huỳnh và photpho:

Hîp chÊt cña S, P
SO
4
2-
, PO
4
3-
vsv

• Oxi hóa cá hợp chất chứa sắt và mangan:

C¸c kim lo¹i nÆng Fe, Mn Fe
3+
, Mn
4+
vsv
I.4.Sự tăng trưởng của vi sinh vật:
Quá trình tăng trưởng của vi sinh vật trải qua 4 giai đoạn và có thể được mô tả như đồ thị dưới đây
Một đồ thị điển hình về sự tăng trưởng của vi khuẩn trong bể xử lý
(Nguồn: Wastewater Engineering: treatment, reuse, disposal, 1991)
I.5.Động học của quá trình:
I.6.Các tác sinh học:
Tác nhân sinh học được sử dụng trong quá trình xử lí hiếu khí có thể là vi sinh vật hô hấp hiếu khí
hay tùy tiện, nhưng phải đảm bảo các yêu cầu sau:
+ Chuyển hóa nhanh các hợp chất hữu cơ;
+ Có kích thước tương đối lớn (50 - 200μm);
+ Có khả năng tạo nha bào;
Sinh viên: Nguyễn Đình Mãi Lớp CNMT K26 – Quy Nhơn
Trang 2
Báo cáo thí nghiệm Xử lý nước thải bằng biện pháp sinh học
+ Không tạo ra các khí độc.
Dựa trên các yêu cầu đó thì các chủng vi sinh vật thường đựơc sử dụng như sau:
• Vi khuẩn hô hấp hiếu khí:
+ Pseudomonas(P.putid; P.Stutzen);
+ Aerobacter;
+ Bacillus Subtilis (Phát triển trong môi
trường giàu protein);
+ Flavobacterium (Phát triển trong môi
trường giàu sắt);

+ Nitrosomonas (Vi khuẩn nitrit hóa);
+ Nitrobacter (Vi khuẩn nitrathóa).
• Vi khuẩn hô hấp tùy tiện:
+ Cellulosomonas;
+ Rhodospeudomonas (Có màu hồng);
+ Micothrix (vi khuẩn dạng sợi – có
màu trắng);
+ Thiothrix (vi khuẩn dạng sợi – có
màu trằng).
• Ngoài ra còn có các nguyên sinh động vật:
Có kích thước khoảng (30 - 50μm) Trong bể xử lý nó có các vai trò sau.
+ Bám vào bùn làm cho bùn dễ lắng hơn;
+ Ăn cặn lơ lửng góp phần làm trong nước;
+ Làm chỉ thị để đánh giá mức độ cấp khí cho bể.
Bao gồm hai dạng chủ yếu:
+ Trùng tơ (Cillatae);
+ Trùng roi (Flagellate).
I.7.Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình xử lý (Đánh giá đối với mô hình thí nghiệm):
• Oxi hòa tan – DO:
Đây là thông số vô cùng quan trọng đối với hệ thống xử lý hiếu khí vì nếu thiếu oxi thì vi sinh vật
hô hấp hiếu khí dễ bị chết và khi đó các vi sinh vật hô hấp tùy tiện như các vi sinh vật dạng sợi làm
phồng bùn, khó lắng dẫn đến giảm hiệu quả của quá trình xử lý.
DO tối ưu thường từ 2 – 4 mg/l. Nhưng trên thực tế thì tốt nhất là > 4 mg/l.
Cấp khí một cách đầy đủ cho hệ thống xử lý thì ta phải quan tâm kĩ đến bản chất của nước thải cần
xử lý chẳng hạn ta có hệ số oxi hóa của một số hợp chất cơ bản sau:
Chất Hệ số oxi hóa (k)
COD 0.68
BOD
5
1

BOD 1.42
N – NH
4
+
4.32
Sinh viên: Nguyễn Đình Mãi Lớp CNMT K26 – Quy Nhơn
Trang 3
Báo cáo thí nghiệm Xử lý nước thải bằng biện pháp sinh học
Chất Hệ số oxi hóa (k)
N
hữu cơ
4.57
Ngoài ra DO còn phụ thuộc vào nhiệt độ.
• pH của môi trường:
Mỗi vi sinh vật đều có một khoảng pH hoạt động tối ưu của nó. Do đó khi pH thay đổi không phù
hợp thì cũng làm cho khả năng xúc tác phản ứng của vi sinh vật thay đổi và làm giảm hiệu quả xử lý.
Trong trường hợp pH quá cao hoặc quá thấp có thể làm chết vi sinh vật.
Dải pH tối ưu cho xử lý hiếu khí nước thải là từ 6.5 – 8.
Để đảm bảo được pH trong khoảng trên trong thực tế trước khi cho nước thải vào bể xử lý vi sinh
người ta thường đều hòa lưu lượng, đều hòa pH, đều hòa các chất dinh dưỡng ở bể đều hòa.
• Nhiệt độ:
Mỗi sinh vật cũng có một khoảng nhiệt độ tối ưu, nếu tăng nhiệt độ quá ngưỡng sẽ ức chế hoạt
động của vi sinh vật hoặc bị tiêu diệt hay tạo bào tử.
Nhiệt độ cũng ảnh hưởng đến DO:
+ Khi nhiệt độ tăng DO giảm và vận tốc phản ứng tăng lên.
+ Khi nhiệt độ giảm DO tăng nhưng ngược lại vân tốc phản ứng giảm.
Ảnh hưởng của nhiệt độ đối với tốc độ phản ứng được biểu hiện qua phương trình:
r
T
= r

20
.θ
(T -20)
Trong đó:
+ r
T
:Tốc độ phản ứng ở T
o
C
+ r
20
: Tốc độ phản ứng ở 20
o
C
+ θ: Hệ số hoạt động của nhiệt độ
+ T: Nhiệt độ của nước (
o
C).
Do đó ta phải lựa chọn nhiệt độ sao cho phù hợp với vận tốc phản ứng và DO.
Trong bể aeroten nhiệt độ tối ưu là 20 – 27
o
C, nhưng cũng có thể chấp nhận khoảng nhiệt độ 17,5
– 35
o
C.
• Chất dinh dưỡng:
Chất dinh dưỡng trong thải chủ yếu là nguồn cacbon (Gọi là chất nền thể hiện bằng BOD), cùng
với N và P là những nguyên tố đa lượng. Ngoài ra còn có các nguyên tố vi lượng như: Mg, Fe, Mn,
Co…
Tỉ lệ các chất dinh dưỡng phù hợp là C:N:P = 100:5:1

Sinh viên: Nguyễn Đình Mãi Lớp CNMT K26 – Quy Nhơn
Trang 4
Báo cáo thí nghiệm Xử lý nước thải bằng biện pháp sinh học
Tỷ lê C/N = 20:1
Nước thải thiếu N, P thì vi khuẩn dạng sợi phát triển tạo hiện tượng phồng bùn, không tạo bông
sinh học. Có thể điều chỉnh bằng cách bổ sung urê, muối amôn,…
Trong trường hợp thừa N, P thì vi sinh vật sử dụng không hết phải khử các thành phần này bằng
các biện pháp đặc biệt.
• F/M – Food/Microorganism (BOD/MLSS):
Tỷ số F/M tối ưu thường nằm trong khoảng 0.5 – 0.75
+ F/M >1 môi trường giàu dinh dưỡng vi sinh vật tập trung phát triển do đó không tạo nha bào vì
vậy bông sinh học nhỏ dẫn đến khó lắng. Đồng thời tạo ra lượng bùn lớn và phải tốn kém thêm chi phí
cho xử lý bùn.
+ F/M <=1 Vi sinh vật phát triển ổn định, tạo nha bào, tạo bông sinh học, hệ thống xử lý hiệu
quả.
+ F/M<0.5 môi trường quá nghèo nghèo dinh dưỡng dẫn đến vi sinh vật không đủ nguồn dinh
dưỡng để họat động.
• Các chất kiềm hãm:
Nồn độ muối vô cơ trong nước thải không vượt quá 10g/l, nếu là muối vô cơ thông thường thì có
thể pha loãng nước thải. Còn nếu là các chất độc như kim loại nặng thì phải có các biện pháp khử thích
hợp trước khi đưa vào xử lý bằng bể aeroten.
• Hàm lượng sinh khối:
Hàm lượng sinh khối ổn định trong bể aeroten thường từ 500 – 800mg/l và có thể 1000 – 1500
mg/l, tùy thuộc vào tính chất của nước thải và họat lực của vi sinh vật.
II.Thực nghiệm xử lý nước thải bằng bể aeroten:
II.1.Mô hình thực nghiệm:
MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM BỂ AEROTEN XỬ LÝ GIÁN ĐOẠN
Sinh viên: Nguyễn Đình Mãi Lớp CNMT K26 – Quy Nhơn
Trang 5
B¬m cÊp khÝ

P=60l/ph
Nuíc th¶i vµo
+ pH = 7-8
+ SS < 50mg/l
COD = 500 - 600
+ BOD = 400 - 500
+
COD : N:P =


100:5:1
BÓ aeroten:
V= 50 lÝt, t = 8 giê,
DO = 2 - 4 mg/l,
t o = 20 - 30 oC
Nuíc th¶i ra:
COD < 80 mg/l
BOD5 < 50 mg/l