BỂ SINH BÙN HOẠT TÍNH HIẾU KHÍ AEROTANK

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐÀ LẠT
KHOA MÔI TRƯỜNG
 
BÀI TIỂU LUẬN
KỸ THUẬT XỬ LÝ NƯỚC THẢI
ĐỀ TÀI:
BỂ SINH BÙN HOẠT TÍNH HIẾU KHÍ
AEROTANK
Thực hiện : ĐỖ THỊ HÀ
LỚP : MTK32
MSSV : 0810626
Đà Lạt, tháng 11 năm 2011
i
MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
Aerotank Bể bùn hoạt tính hiếu khí
BOD Biochemical Oxygen Demand
Nhu cầu oxy sinh hóa
COD Biochemical Oxygen Demand
Nhu cầu oxy hóa học
F/M Food/ Microorganism
Tỷ lệ thức ăn/ vi sinh vật
MLSS Mixed Liquor Recycled
Cặn lơ lửng của hỗn hợp bùn
MLTSS Mixed Liquor Volatile Suspended Solids
Tổng cặn lơ lửng của hỗn hợp bùn
MLVSS Mixed Liquor Volatile Suspended Solids
Các chất rắn lơ lửng dễ bay hơi của hỗn hợp bùn
ii
DANH MỤC HÌNH
Hinh 1.1 Đồ thị về sự tăng trưởng của vi khuẩn trong bể xử lý

Hình 1.2 : Đồ thị về sự tăng trưởng tương đối của các vi sinh vật trong bể xử lý
nước thải
Hình 1. 3: Quá trình khử nito
Hình 1.4 : Quá trình khử phospho
Hình 2.1: Bể Aerotank tải trong thấp ( bể Aerotank truyền thống)
Hình 2.2 Bể aerotank tải trọng cao một bậc
Hình 2.3 Bể aerotank tải trọng cao nhiều bậc ngang
Hình 2.4 Bể aerotank tải trọng cao nhiều bậc dọc
Hình 2.5 Bể Aerotank tải trọng cao xen kẽ bể lắng bùn
Hình 2.6 Bể Aerotank thông khí kéo dài
Hình 2.7 Bể aerotank thông khí cao có khuấy đảo hoàn chỉnh.
Nguồn: [3] : Th.S Lâm Vĩnh Sơn, Bài giảng kỹ thuật xử lý nước
thải
DANH MỤC BẢNG
Bảng 1: Giá trị điển hình của các thông số thiết kế bể Aerotank
Bảng 2: Hệ số sinh bùn tính theo COD
Bảng 3: Các thông số thiết kế cho bể lắng 2 chọn theo bảng:
iii
iv
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ SINH
HỌC HIẾU KHÍ
I. Nguyên tắc
Nguyên tắc của công nghệ này là sử dụng các vi sinh vật hiếu khí phân hủy các
chất hữu trong nước thải có đầy đủ oxy hòa tan ở nhiệt độ, pH… thích hợp. Quá trình
phân hủy chất hữu cơ của vi sinh vật hiếu khí có thể mô tả bằng sơ đồ:
(CHO)
n
NS + O
2
 CO

2
+ H
2
O + NH
4
+ H
2
S + Tế bào vi sinh vật + … aH
Trong điều kiện hiếu khí NH
4
+
và H
2
S bị phân hủy nhờ quá trình nitrat hóa, sunfat
hóa bởi vi sinh vật tự dưỡng:
NH
4
+
+ 2O
2
 NO
3
-
+ 2H
+
H
2
O + aH; H
2
S + 2O

2
 SO
4
+
+ 2H
+
+ aH
Hoạt động 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 nguyên tố vi lượng kim lọai để xây dựng
tế bào mới tăng sinh khối và sinh sản. Quá trình phân hủy: vi sinh vật oxy hóa các chất
hữu cơ hòa tan hoặc ở dạng các hạt keo phân tán nhỏ thành nước và CO
2
hoặc tạo ra các
chất khí khác.
II. Ưu và nhược điểm của công nghệ xử lý nước thải sinh học hiếu khí:
Ưu điểm:
So với công nghệ kỵ khí thì công nghệ hiếu khí có các ưu điểm là hiểu biết về quá
trình xử lý đầy đủ hơn, hiệu quả xử lý cao hơn và triệt để hơn. Công nghệ hiếu khí
không gây ô nhiễm thứ cấp như phương pháp hóa học, hóa lý.
Nhược điểm:
Nhưng công nghệ hiếu khí cũng có nhược điểm là thể tích công trình lớn và chiếm
nhiều mặt bằng hơn. Chi phí xây dựng công trình và đầu tư thiết bị lớn hơn. Chi phí vận
hành, đặc biệt chi phí cho năng lượng sục khí tương đối cao. Không có khả năng thu hồi
năng lượng. Không chịu được những thay đổi đột ngột về tải trọng hữu cơ. Sau khi xử
lý sinh ra một lượng bùn dư và lượng bùn này kém ổn định, do đó đòi hỏi về chi phí đầu
tư để xử lý bùn. Xử lý nước thải có tải trọng không cao như phương pháp kỵ khí.
III. Mô tả quá trình sinh học hiếu khí:
Quá trình phân hủy chất bẩn hữu cơ bằng công nghệ sinh học hiếu khí 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-
. Trong quá trình xử lý hiếu khí các chất bẩn phức tạp như protein, tinh bột, chất
1
béo… sẽ bị phân hủy bởi các men ngoại bào cho các chất đơn giản là các axit amin, các
axit béo, các axit hữu cơ, các đương đơn… Các chất đơn giản này sẽ thấm qua màng tế
bào và bị phân hủy tiếp tục hoặc chuyển hóa 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 hiếu
khí gồm 3 giai đoạn :
1.Giai đoạn 1: Oxy hóa toàn bộ chất hữu cơ có trong nước thải để đáp ứng nhu cầu
năng lượng của tế bào:
C
x
H
y
O
z
N

+ (x+ y/4 + z/3 + ¾) O
2
men ---- > xCO
2
+ [ (y-3)/2] H
2
O + NH
3
Trong các bể xử lý sinh học các xi khuẩn đóng vai trò quan trọng hàng đầu vì nó
chịu trách nhiệm phân hủy các thành phần hữu cơ trong nước thải. Trong các bể bùn
hoạt tính một phần chất hữu cơ sẽ được các vi khuẩn hiếu khí và hiếu khí không bắt
buộc sử dụng để lấy năng lượng để tổng hợp các chất hữu cơ còn lại thành tế bào vi
khuẩn mới. Vi khuẩn trong bể bùn hoạt tính thuộc các giống Pseudomonas, Zoogloea,
Achromobacter, Flavobacterium, Nocardia, Bdellovibrio, Mycobacterium và hai loại vi
khuẩn nitrat hóa là Nitrosomonas và Nitrobacter. Ngoài ra còn các loại hình sợi như
Sphaerotilus, Beggiatoa, Thiothirix, Lecicothrix và Geotrichum. Ngoài các vi khuẩn các
vi sinh khác cũng đóng vai trò quan trọng trong các bể bùn hoạt tính. Ví dụ như các
nguyên sinh động vật và Rotifer ăn các vi khuẩn làm cho nước thải đầu ra sạch hơn về
mặt vi sinh.
Khi các bể xử lý được xây dựng xong và đưa vào vận hành thì các vi khuẩn có sẵn
trong nước thải bắt đầu phát triển theo chu kỳ phát triển của các vi khuẩn trong một mẻ
cấy vi sinh. Trong thời gian đầu, để sớm đưa hệ thống xử lý vào hoạt động gần đó cho
thêm vào bể mới như một hình thức cấy thêm vi khuẩn cho bể xử lý. Chu kỳ phát triển
cảu các vi khuẩn trong bể xử lý bao gồm 4 giai đoạn:
 Giai đoạn chậm (lag-phase): xảy ra khi bể bắt đầu đưa vào hoạt động và bùn
của các bể khác được cấy thêm vào bể. Đây là giai đoạn để các vi khuẩn thich nghi
với môi trường mới và bắt đầu quá trình phân bào.
 Giai đoạn tăng trưởng (log-growth phase): giai đoạn này các tế bào vi khuẩn
tiến hành phân bào và tăng nhanh về số lượng. Tốc độ phân bào phụ thuộc vào thời
gian cần thiết cho các lần phân bào và lượng thức ăn trong môi trường.

 Giai đoạn cân bằng (stationary phase): lúc này mật độ vi khuẩn được giữ ở một
2
số lượng ổn định. Nguyên nhân của giai đoạn này là các chất dinh dưỡng cần thiết
cho quá trình tăng trưởng của vi sinh vật đã bị sử dụng hết, số lượng vi khuẩn sinh ra
bằng với số lượng vi khuẩn đã chết đị.
 Giai đoạn chết (log-death phase): trong giai đoạn này số lượng vi khuẩn chết đi
nhiều hơn vi khuẩn được sinh ra, do đó mật độ vi khuẩn trong bể giảm nhanh. Giai
đoạn này có thể do các loài có kích thước thường khả kiến hoặc là do đặc điểm của môi
trường.
Hinh 1.1 Đồ thị về sự tăng trưởng của vi khuẩn trong bể xử lý
Đồ thị trên mô tả sự tăng trưởng của một quần thể vi khuẩn đơn độc. Thực tế trong
xử lý có nhiều quần thể khác nhau và có đồ thị tăng truongr giống nhau về dặng nhưng
khác nhau về thời gian tăng trưởng cũng như đỉnh của đồ thị. Trong một giai đoạn bất
kỳ nào đó sẽ có một số lượng chủ đạo do ở thời điểm đó các điều kiện như pH, oxy,
dinh dưỡng, nhiệt độ… phù hợp cho loài đó. Sự biến động về các vi sinh vật chủ đâọ
trong bể xử lý được biểu diễn theo hình 1.1. Khi thiết kế và vận hành hệ thống xử lý
chúng ta phải để ý tới cả hệ vi sinh vật này, không nên nghĩ rằng đây là một “ hộp đen”
với những vi sinh vật bí mật.
3
Hình 1.2 Đồ thị về sự tăng trưởng tương đối của các vi sinh vật trong bể
xử lý nước thải
Trong các bể xử lý nước thải vi khuẩn đống một vai trò quan trọng hàng đầu. Do đó
trong các bể này chúng ta phải duy . Trì một mật độ vi khuẩn cao tương thích với lượng
các chất ô nhiễm đưa vào bể. Điều này có thể thực hiện thông qua quá trình thiết kế và
vận hành.Trong quá trình thiết kế chúng ta phải tính toán chính xác thời gian lưu tồn
lưu của vi khuẩn trong bể xử lý và thời gian này phải đủ lớn để các vi khuẩn có thể sinh
sản được. Trong quá trình vận hành, các điều kiện cần thiết cho quá trình tăng trưởng
của vi khuẩn (pH, chất dinh dưỡng, nhiệt độ, khuấy trộn…) phải được điều chỉnh ở mức
thuận lợi nhất cho vi khuẩn.
2. Giai đoạn 2: quá trình chuyển hóa cơ chất:

+ Oxy hóa và tổng hợp tế bào (quá trình đồng hóa):
C
x
H
y
O
z
N + NH
3
+ O
2
men --- > xCO
2
+ C
5
H
7
NO
2
+ Quá trình hô hấp nội bào (Quá trình dị hóa):
C
5
H
7
NO
2
+ 5O
2
men --- > xCO
2

+H
2
O
NH
3
+ O
2
men --- > O
2
+ HNO
2
men --- > HNO
3
Khi không đủ cơ chất, quá trình chuyển hóa các chất của tế bào bắt đầu xảy ra bằng
sự tự oxy hóa chất liệu tế bào.
4
3.Giai đoạn 3: Quá trình khử nito và phospho:
Hình 1. 3: Quá trình khử nito
Hình 1.4 : Quá trình khử phospho
5
IV. Các yếu tố ảnh hưởng đến các công trình xử lý nước thải sinh học hiếu
khí:
- Quá trình xử lý hiếu khí chịu ảnh hưởng nồng độ bùn hoạt tính, tức phụ thuộc vào
chỉ số bù. Chỉ số bùn càng nhỏ thì nồng độ bùn cho vào công trình xử lý càng lớn hoặc
ngược lại.
- Nồng độ oxy cũng ảnh hưởng mạnh mẽ đến quá trình này. Khi tiến hành quá trình
phải cung cấp đầy đủ lượng oxy vào liên tục sao cho lượng oxy hòa tan trong nước ra
khỏi bể lắng đợt II >= 2 (mg/l).
- Khác với quá trình kỵ khí, tải trọng hữu cơ trong xử lý hiếu khí thường thấp hơn
nên nồng độ các chất bẩn hữu cơ nước thải qua Aerotank có BOD toàn phần phải =<

1000 (mg/l), còn trong bể lọc sinh học thì BOD toàn phần của nước thải =<500 (mg/l).
- Ngoài ra trong nước thải cũng cần có các nguyên tố vi lượng như K, Na, Mg, Fe,
Ca, Mo, Ni, Co, Zn, Cu, S, Cl… thường có đủ tong nước thải. Tùy theo hàm lượng cơ
chất trong nước thải mà có yêu cầu về nồng độ các nguyên tố dinh dưỡng cần thiết khác
nhau. Thông thuờng cần duy trì các nguên tố dinh dưỡng theo một tỷ lệ thích hợp:
BOD
toàn phần
: N: P = 100: 5: 1
- Bùn hoạt tính có khả năng hấp thụ muối các kim loại nặng. Khi đó hoạt tính sinh
học của bùn giảm, bùn sẽ bị trương phồng khó lắng do sự phát triển mãnh liệt của vi
khuẩn dạng sợi. Vì vậy nồng độ các chất độc và kim loại nặng trong nước thải phải nằm
trong giới hạn cho phép.
Yếu tố môi trường:
- pH : là một yếu tố chính trong sự phát triển của những vi sinh vật. Phần lớn vi
sinh vật không thể chịu được pH > 9 vì lúc này sẽ phá hủy cân bằng nguyên sinh chất tế
bào làm cho vi sinh vật chết và pH < 4 sẽ thúc đẩy nấm phát triển. Thông thường pH tối
ưu cho vi sinh vật phát triển tốt nhất trong khoảng 6,5 – 7,5.
- Nhiệt độ: cũng là yếu tố quan trọng đối với sự phát triển của vi sinh vật. Nước thải
có nhiệt độ thích nghi với đa số vi sinh vật tối ưu từ 25
o
C – 37
o
C hoặc từ 20 - 80
o
C hoặc
từ 20 – 40
o
C ( tối ưu 25
o
C – 37

o
C).
- Ngoài ra quá trình xử lý hiếu khí còn phụ thuộc vào nồng độ muối vô cơ, lượng
chất lơ lửng chảy vào bể xử lý cũng như các loài vi sinh vật và cấu trúc các chất bẩn
hữu cơ.
CHƯƠNG 2: BỂ BÙN HOẠT TÍNH HIẾU KHÍ AEROTANK
6
I. Khái niệm:
Bể Aerotank là công trình nhân tạo dùng xử lý nước thải bằng phương pháp sinh
học hiếu khí, trong đó người ta cung cấp oxy và khuấy trộn nước thải với bùn hoạt tính.
Bể Aerotank còn được gọi là bể bùn hoạt tính hiếu khí. Quy trình xử lý nước thải
bằng bùn hoạt tính được thực hiện ở nước Anh từ năm 1914, đã được duy trì và phát
triển đến nay, với phạm vi ứng dụng rộng rãi xử lý nước thait sinh hoạt và nước thải
công nghiệp.
II. Quá trình bùn hoạt tính và phân loại bể bùn hoạt tính hiếu khí Aerotank:
1. Quá trình bùn hoạt tính:
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 trong bùn hoạt tính có thể đến
90% là chất rắn của 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 ỏe dạng bông hoặc dạng
hạt màu đen. Những sinh vật sống trong bùn là vi khuẩn đơn bào hoặc đa bào, nấm men,
nắm mốc, xạ khuẩn, các động vật nguyên sinh và động vật hạ đẳng, dòi, giun, đôi khi là
ấu trùng sâu bọ. Vai trò cơ bản trong quá trình làm sạch nước thải của bùn hoạt tính là vi
khuẩn, có thể chia ra làm 8 nhóm:
1. Alkaligenes- Achromobacter
2. Pseudomonas
3. Enterobacteriaceae
4. Athrobacter baccillus
5. Cytophaga- Flavobacteriaum
6. Pseudomonas- Vibrio aeromonas

7. Achrobacter
8. Hỗn hợp các vi khuẩn khác; Ecoli, Micococus
Trong nước thải có các tế bào của Zooglea có khả năng sinh ra bào nhầy xung
quanh tế bào có tác dụng gắn kết các vi khuẩn các hạt lơ lửng khó lắng các chất màu
chất gây mùi… và phát triển thành các bông cặn. Các bông cặn này khi được khuấy đảo
và thổi khí sẽ dần dần lớn lên do hấp phụ nhiều hạt rắn lơ lửng nhỏ, tế bào vi sinh vật,
nguyên sinh động vật và các chất độc. Những hạt bông này khi ngừng thổi khí hoặc khi
các cơ chất cạn kiệt, chúng sẽ lắng xuống tạo ra bùn hoạt tính. Trong bùn hoạt tính luôn
có mặt động vật nguyên sinh mà đại diện là Sarcodina, Mastigophara, Ciliata, Suctoria
7
và vài loại sinh vật phức tạp khác. Quan hệ giữa động vật nguyên sinh và vi khuẩn là
quan hệ “ mồi – thú” thuộc cân bằng động chất hữu cơ- vi khuẩn- động vật nguyên sinh.
Khi bùn lắng xuống là “ bùn già” hoạt tính bùn bị giảm. Hoạt tính của bùn có thể được
hoạt hóa trở lại bằng cách cung cấp đầy đủ dinh dưỡng và cơ chất hữu cơ. Phần lớn các
vi sinh vật đều có khả năng xâm chiếm, bám dính trên bề mặt vật rắn khi có cơ chất,
muối khoáng và oxi tạo nên màng sinh học dạng nhầy có màu thay đổi theo thành phần
nước thải từ vàng xám đến nâu tối. Trên màng lọc sinh học có chứa hàng triệu đến hàng
tỷ tế bào vi khuẩn, nấm men, nấm mốc và một số động vật nguyên sinh khác. Tuy nhiên
khác với hệ quần thể sinh vật trong bùn hoạt tính thành phần loài và số lượng các loài
trong màng lọc sinh học tương đối đồng nhất. Công thức bùn hoạt tính thường dùng
trong tính toán là C
5
H
7
O
2
N.
2. Phân loại bể Aerotank theo sơ đồ vận hành
1. Bể Aerotank tải trọng thấp ( bể Aerotank truyền thống)
Hình 2.1: Bể Aerotank tải trong thấp ( bể Aerotank truyền thống)

Nước thải sau bể lắng đợt 1 được khuấy trộn đều với bùn hoạt tính tuần hoàn ở
ngay đầu bể Aerotank. Đối với nước thải sinh hoạt có mức độ nhiễm bẩn trung bình, lưu
lượng tuần hoàn thường từ 20% - 30% lưu lượng nước thải đi vào. Dung tích bể được
thiết kế với thời gian lưu nước để làm thoáng trong bể từ 6 đến 8 giờ khi dùng hệ thống
sục gió và từ 9 đến 12 giờ khi dùng thiết bị khuấy cơ khí làm thoáng bề mặt.
Lượng gió cấp vào từ 55 m
3
/ kg BOD
5
đến 65 m
3
/l kg BOD
5
cần khử. Chỉ số thể
tích bùn SVI thương dao động từ 50 – 150 ml/g, tuổi bùn thường từ 3 đến 15 ngày.
Nồng độ BOD đầu vào thường < 400 mg/l, hiệu quả xử lý của bể phụ thuộc vào sự dao
8