Bài giảng xử lý nước thải chương 7

Friday, 16 July, 2010

KHÁI NIỆM CHUNG

Friday, 16 July, 2010

SẢN PHẨMCHÍNH PHÂN HUỶ KỴ KHÍ

Quá trình phân huỷ kị khí là qt phân huỷ các hợp
chất hữu cơ và vô cơ trong điều kiện không có
oxy phân tử thông qua hoạt động sống của vi
sinh vật kị khí.
Sản phẩm của quá trình là các hợp chất ổn định
và hỗn hợp các khí CH4, CO2, N2, H2,…
Quá trình phân huỷ kị khí có thể biểu diễn theo
phương trình Buswell như sau:
CnHaObNd + (n-a/4-b/2-3d/4)H2O
(n/2 + a/8 - b/4 -3d/8)CH4 + (n/2 - a/8 + b/4 + 3d/8)CO2 + dNH3
TRẦN THỊ NGỌC DIỆU

3

SINH HỌC KỴ KHÍ

TRẦN THỊ NGỌC DIỆU

4

SINH HỌC KỴ KHÍ

CÁC GIAI ĐOẠN PHÂN
HUỶ KỴ KHÍ

Friday, 16 July, 2010

Friday, 16 July, 2010

CÁC GIAI ĐOẠN PHÂN HUỶ KỴ KHÍ

Biogas

Phâ n hủy
hủy k ịi ̣ k hí
hi ́

Lên men axit:
Organics

H 2O

CO2

H2

CH 3COOH

Lên men Methane:
CH 3COOH

H 2O

HCO 3 -

H2

TRẦN THỊ NGỌC DIỆU

CO2

CH 4

CH4

OH-

5

H 2O

SINH HỌC KỴ KHÍ

TRẦN THỊ NGỌC DIỆU

6

SINH HỌC KỴ KHÍ

Friday, 16 July, 2010

GIAI ĐOẠN THUỶ PHÂN

Enzyme ngoại bào thuỷ phân các HCHC
mạch dài (carbonhydrates, proteins, nucleic
acids và lipid) thành các HCHC mạch ngắn
hơn, đơn giản hơn và có trọng lượng nhẹ
như monosacarit,amin, peptit…
VSV thuỷ phân (hydrolytic bacteria) thực
hiện
GĐ này xảy ra chậm do cấu trúc bền vững
của cơ chất.
TRẦN THỊ NGỌC DIỆU

7

SINH HỌC KỴ KHÍ

Friday, 16 July, 2010

GIAI ĐOẠN THUỶ PHÂN
Mức độ và tốc độ thuỷ phân chịu ảnh
hưởng bởi:
Nhiệt độ, pH và thời gian lưu trong hệ
thống.
Thành phần và kích thước phân tử của cơ
chất.
Nồng độ NH4+-N và nồng độ của sp thuỷ
phân
TRẦN THỊ NGỌC DIỆU

8

SINH HỌC KỴ KHÍ


Friday, 16 July, 2010

GIAI ĐOẠN AXIT HOÁ

PHẢN ỨNG SINH ACETAT

Những chất đơn giản được giải phóng từ gđ thuỷ
phân bị lên men, chuyển hoá thành các hợp chất
béo hữu cơ mạch dài như lactate, succinate,
pyruvate, butyrate, propionate và rượu. Tiếp đó
các HCHC này lại được các VK sinh axít chuyển
hoá tiếp tục thành acetate, hydrogen, formate,
CO2,…
Sản phẩm của giai đoạn này phụ thuộc vào sự
hiện diện của hệ vsv và các yếu tố môi trường.
pH môi trường giảm (< 4) do sự hình thành các
axít.
TRẦN THỊ NGỌC DIỆU

9

Friday, 16 July, 2010

SINH HỌC KỴ KHÍ

CH3CHOHCOO- + 2H2O
Lactate

CH3CH2OH
+ H 2O
Ethanol

CH3COO- + HCO3- + H+ + 2H2

CH3CH2CH2COO- + 2H2O
Butyrate
CH3CH2COO- + 3H2O
Propionate

2CH3COO- + H+ + 2H2

4CH3OH + 2CO2
Methanol
2HCO3- + 4H 2 + H+

TRẦN THỊ NGỌC DIỆU

CH3COO- + H+ + 2H2

CH3COO- + HCO3- + H+ + 3H2
3CH3COOH + 2H2O
CH3COO- + 4H2O
10

Friday, 16 July, 2010

GIAI ĐOẠN METAN HOÁ
Các SP của gđ axt hoá được sử dụng trực tiếp

bởi các VK sinh methane, tạo ra sản phẩm cuối
cùng của qúa trình phân huỷ kị khí là khí
methane và CO2,…
Tốc độ phát triển của vi khuẩn sinh methane
chậm hơn các loài vi khuẩn ở giai đoạn thuỷ
phân và axit hoá.

TRẦN THỊ NGỌC DIỆU

11

SINH HỌC KỴ KHÍ

SINH HỌC KỴ KHÍ

Friday, 16 July, 2010

GIAI ĐOẠN METAN HOÁ
Vk sinh methane sử dụng axit acetic, methanol
hay CO2, H2,… để sản xuất CH4. Trong đó, axit
acetic là chất nền sản sinh CH4 quan trọng nhất
(70%), kế đến là H2 và CO2. Axit formic, methanol
cũng tham gia tạo CH4 nhưng không nhiều vì
chúng không thường xuyên xuất hiện.
Các p/ứ của giai đoạn này chuyển pH của môi
trường sang kiềm

TRẦN THỊ NGỌC DIỆU

12

SINH HỌC KỴ KHÍ


Friday, 16 July, 2010

GIAI ĐOẠN METAN HOÁ

Friday, 16 July, 2010

PHẢN ỨNG SINH METAN

Quá trình khử sulfate:

CH3COO- + H2O

CH4 + HCO3-

Trong quá trình phân huỷ kị khí, khi có sự hiện
diện của các hợp chất lưu huỳnh thì vi sinh vật
khử sulfate (sulfate reducing bacteria) sẽ cạnh
tranh với vi khuẩn methane đối với cơ chất H2. Vi
khuẩn khử sulfate có ái lực với H2 cao hơn nên
sẽ dùng H2 làm cơ chất để tăng trưởng và tạo ra
sản phẩm khí có mùi trứng thối, H2S.

HCO3- + 4H 2 + H+

CH4 + 3H2O

4CH3OH

3CH4 + CO2 + 2H2O

4HCOO- + 2H+

CH4 + CO2 + 2HCO-3

CH3OH + H2

CH4 + H2O

4CH3COCOOH + 2H2O

5CH4 + 7CO2

2(CH3)2S + 3H 2O

3CH4 + HCO3- + 2H2S + H+

13

TRẦN THỊ NGỌC DIỆU

SINH HỌC KỴ KHÍ

TRẦN THỊ NGỌC DIỆU

14

SINH HỌC KỴ KHÍ

Friday, 16 July, 2010

Friday, 16 July, 2010

PHẢN ỨNG KHỬ SUNFAT

VI SINH VẬT KỴ KHÍ

4H2 + SO42- + H+

HS- + 4H2O

Acetate - + SO42-

2HCO3- + HS-

Propionate- + ¾ SO42-

Acetate - + HCO3- + ¾ HS- + ¼ H+

Butyrate- + ½ SO42-

2Acetate -+ ½ HS- + ½ H+

Lactate- + ½ SO42-

2Acetate - + HCO3- + ½ HS- + ½ H+

QT phân huỷ kỵ khí các HCHC qua nhiều giai
đoạn phức tạp với sự tham gia của vsv kỵ khí
khác nhau bao gồm: động vật nguyên sinh, nấm,
tảo và vi khuẩn.
Ở giai đoạn bắt đầu từ lên men, axít hoá, methane
hoá, vai trò chủ đạo thuộc về các vk.
Các VK kỵ khí được chia ra làm 3 nhóm chính:
Các VK sinh acetate (acetogenic bacteria)

Ethanol + ½ SO4

2-

2

Acetate -

+½

HS-

+½

H+

+ H2O

Các VK sinh methane (methanogenic bacteria)
Các VK khử sulfate (sulfate reducing bacteria)

TRẦN THỊ NGỌC DIỆU

15

SINH HỌC KỴ KHÍ

TRẦN THỊ NGỌC DIỆU

16

SINH HỌC KỴ KHÍ


Friday, 16 July, 2010

Friday, 16 July, 2010

VI KHUẨN SINH ACETAT
Quá trình dehydro hoá tạo acetat

VI KHUẨN SINH ACETAT
Quá trình hydro hoá tạo acetate: là quá trình lên
men hình thành acetat, là sản phẩm duy nhất của
qtr. Trong qtr này, xảy ra 2 phản ứng:

Các VK khử proton bắt buộc.
Các VK lên men (khử proton tuỳ tiện): hoạt động
như các chất khử proton thông qua cơ chế tách
hydro ra khỏi cơ chất và chuyển đến chất nhận
cuối cùng là chất hữu cơ. SP của phản ứng gồm:

H2,và các sp oxh khác. Quá trình này tạo ra năng
lượng đáng kể.

C6H12O6 + H2O
CH3COCOOH + CO2 + 6H
C6H12O6

CH3COCOOH + CH3COOH + CO2 + 6H
CH3COOH + H 2O
3CH 3COOH

Hai nhóm VK này được phân biệt dựa trên cơ
chất được sử dụng và năng lượng tạo ra.
TRẦN THỊ NGỌC DIỆU

17

SINH HỌC KỴ KHÍ

TRẦN THỊ NGỌC DIỆU

18

Friday, 16 July, 2010

VI KHUẨN SINH ACETAT
Qúa trình hydro hoá tạo acetate giữa cơ chất
ngoại sinh:
2CO2 + 4H2 = CH3COOH + 2H2O

VK sinh acetat gồm:
– acetobacterium wieringae;
– acetogenium kivui;
– lostridium aceticum;

CÁC VI KHUẨN SINH METAN
Hoạt động trong môi trường kị khí: các loài vi
khuẩn trong quần thể vi sinh vật duy trì một thế
năng oxy hoá khử thấp và sản xuất ra các cơ
chất sinh methane cũng như các thành phần
dinh dưỡng khác.

Các họ VK sinh methane: Methanobacteriales,
Methanococcales,
Methanomicrobiales,
Methanopyrales, Methanosarcinales.

– clostridium thermoaceticum,…
19

Friday, 16 July, 2010

Hình dạng: hình cầu, sợi xoắn, que và nhiều cách
sắp xếp các tế bào tạo thành các mạch hay các
cấu kết dài hơn, lớn.

– acetobacterium woodii;

TRẦN THỊ NGỌC DIỆU

SINH HỌC KỴ KHÍ

SINH HỌC KỴ KHÍ

TRẦN THỊ NGỌC DIỆU

20

SINH HỌC KỴ KHÍ


Friday, 16 July, 2010

VI KHUẨN KHỬ SUNFAT
Sử dụng các cơ chất hữu cơ khác nhau trong
qúa trình trao đổi chất với tư cách là các chất cho
điện tử để chuyển hoá SO42- thành S2-.
Là nhóm kỵ khí bắt buộc, tham gia qúa trình khử
sulfate, sulfite, thiosulfate.

TRẦN THỊ NGỌC DIỆU

21

SINH HỌC KỴ KHÍ

Friday, 16 July, 2010

Friday, 16 July, 2010

NHIỆT ĐỘ

pH
Ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình biến
đổi sinh học và bản thân vsv.
– pH thấp (< 5): gây kết tủa protid, lipid F tuổi và
hoạt tính của bùn giảm
– Kiểm soát và giữ pH ở giá trị tối ưu (6,8 – 7,5)
bằng cách bổ sung và duy trì một lượng
bicacbonat nhất định nhằm tạo pH đệm cho
môi trường, giúp trung hoà các axit sinh ra
trong quá trình phân huỷ kị khí

Ảnh hưởng mạnh đến quá trình sinh học
của vsv cũng như đặc tính nhiệt động học
của các phản ứng trong môi trường kỵ khí.
Ảnh hưởng của nhiệt độ đến tốc độ tăng
trưởng của vsv được mô tả theo phương
trình Arrhenius:
k1 = 0,84; k2 = 0,09; a1 = 0,11, a2 = 0,3 ; Xt
= 58,7
kmax = k1.e a1 (T − X T ) − k2ea2 (T − X T )

TRẦN THỊ NGỌC DIỆU

23

SINH HỌC KỴ KHÍ

TRẦN THỊ NGỌC DIỆU

24

SINH HỌC KỴ KHÍ


Friday, 16 July, 2010

Friday, 16 July, 2010

NHIỆT ĐỘ
a1

CHẤT DINH DƯỠNG

- Hằng số năng lượng cho qt sinh tổng hợp (1/K)

a 2 - Hằng số năng lượng phân huỷ (1/K)
µ max - Tốc độ tăng trưởng lớn nhất (ngày-1)
k1 - Hằng số hoạt động (ngày-1)
k 2 - Hằng số phân huỷ (ngày-1)
T - Nhiệt độ tuyệt đối (K)
X T - Hệ số hiệu chỉnh nhiệt độ (K)

Để vi khuẩn tăng trưởng và gia tăng hoạt tính của
bùn, nước thải phải chứa đầy đủ các chất dinh
dưỡng cần thiết bao gồm đa lượng (N,P) và vi
lượng.
Nhu cầu N và P tối thiểu cung cấp cho vsv được
tính toán dựa vào tốc độ tăng trưởng và thành

phần của các nguyên tố này trong TB vsv: C :N :
P = 50 : 14 : 3

Trong khoảng nhiệt độ thích hợp, Pt Arrhenius mô tả tốc độ
tăng trưởng của vsv gia tăng với nhiệt độ

TRẦN THỊ NGỌC DIỆU

25

SINH HỌC KỴ KHÍ

TRẦN THỊ NGỌC DIỆU

26

Friday, 16 July, 2010

Friday, 16 July, 2010

CHẤT DINH DƯỠNG

THẾ OXY HOÁ KHỬ

Công thức tính lượng dinh dưỡng tối thiểu cần
thiết:
NUTRCT = COD0*Y*NUTRTB*1,14
COD0 - Gía trị COD đầu vào (g/l)
Y - Hệ số năng suất sinh khối (g/g)
NUTRTB - Nồng độ chất dd trong tế bào VK (g/g)

NUTRCT - Nồng độ dd tối thiểu cần thiết trong đầu vào.
1,14 - Hệ số giả định của tỷ lệ TSS/VSS.

Thông thường, lượng chất dd đầu vào thường
lấy gấp 2 lần so với tính toán để bù trừ cho các
phản ứng kết tủa,…
TRẦN THỊ NGỌC DIỆU

27

SINH HỌC KỴ KHÍ

SINH HỌC KỴ KHÍ

Điện thế oxi hoá – khử cho biết hệ thống có khả
năng nhận hay cho điện tử. Sự thay đổi các phản
ứng oxi hoá – khử xảy ra đồng thời với sự thay
đổi điện thế oxi hoá – khử. Quá trình methane
xảy ra tốt ở điện thế oxi hoá – khử là EH <
260mV.
Trong hệ thống kỵ khí, giá trị của thế oxi hoá –
khử thường ổn định và thay đổi theo khối lượng
bùn sử dụng:
15 giờ đ/v bùn chứa 13,4 g VSS/l
40 giờ đ/v bùn chứa 2,2 g VSS/l.
TRẦN THỊ NGỌC DIỆU

28

SINH HỌC KỴ KHÍ

Friday, 16 July, 2010

Friday, 16 July, 2010

ĐỘC TÍNH CỦA H2S

THẾ OXY HOÁ KHỬ
Trong hệ thống kị khí, giá trị của thế oxi hoá –
khử thường ổn định và thay đổi theo:
Thành phần của dung dịch chứa cơ chất, đặc
biệt là sự hiện diện của oxi sẽ làm điện thế oxi
hoá – khử được giữ ở mức cao không thuận lợi
cho quá trình phân huỷ kị khí
Hoạt tính của bùn: bùn có hoạt tính cao sẽ nhanh
chóng có điện thế oxi hoá – khử ổn định hơn bùn
có hoạt tính thấp

TRẦN THỊ NGỌC DIỆU

29

SINH HỌC KỴ KHÍ

Lưu huỳnh là ngtố cấn thiết cho vsv ở 1mM
Ở nồng độ cao, gây ra độc tính đối với vsv.
Thứ tự độc tính:
sulfate < thiosulfate < sulfite < H2S
Trong mt nước

H2S ⇌

HS- + H+ (pK = 6.83)

H2S

S2- + H + (pK = 12.3)

TRẦN THỊ NGỌC DIỆU

⇌

30

Friday, 16 July, 2010

ĐỘC TÍNH CỦA H2S

[H2S]khí = 0.4325 [H2S]lỏng
H2S tự do thấm qua màng tế bào, ảnh
hưởng đến pH nội bào, làm biến tính
protein bởi sự hình thành các liên kết
sulfide trong TB

31

Friday, 16 July, 2010

ĐỘC TÍNH CỦA NH3 VÀ NH4+

Sự phân bố H2S giữa pha khí và lỏng phụ
thuộc vào nhiệt độ, tại 300C ta có:

TRẦN THỊ NGỌC DIỆU

SINH HỌC KỴ KHÍ

SINH HỌC KỴ KHÍ

Trong mt nước, tuỳ vào pH mà ammonia
có thể tồn tại ở dạng ion ammonium NH4+
hoặc khí NH3
NH4+ ⇌ NH3 + H+ (pK = 9.2)
NH3 gây độc tính cao đối với vsv
NH4+ gây ức chế đối với vi khuẩn sinh
methane

TRẦN THỊ NGỌC DIỆU

32

SINH HỌC KỴ KHÍ


Friday, 16 July, 2010

ẢNH HƯỞNG CỦA

Friday, 16 July, 2010

ẢNH HƯỞNG CỦA KIM LOẠI NẶNG

Ca2+

Ca là nguyên tố cần thiết cho sự sinh trưởng và
phát triển của vsv

Ni, Co, Fe, Mo,… ở nồng độ vi lượng (0,015mg/l) giúp cho VK kỵ khí phát triển tốt.

Nước thải chứa hàm lượng Ca cao (trên 250
mg/L), có hiện tượng tạo muối CaCO3 hay
Ca3(PO4)2 kết tủa.

Ở nồng độ cao hơn, là chất ức chế cho sự phát
triển của vsv, đặc biệt là vk sinh methane.
Nồng độ ức chế của:

Sự tạo thành kết tủa trong thiết bị kỵ khí dẫn đến:
– Đóng cặn trên thành bể pứ và đường ống
– Làm mất tính đệm của mtr sinh hoá trong bể kỵ khí
– Giảm hiệu quả do bùn bị rửa trôi
– Làm mất hoạt tính methane hoá đặc thù của sinh khối
kỵ khí.
TRẦN THỊ NGỌC DIỆU

33

SINH HỌC KỴ KHÍ

Cr3+ : 350µg/L

Pb2+: 30 mg/L

Cr6+ : 0,30µg/L

Cd2+: 80 mg/L

Ni2+ : 200 mg/L

Zn2+ : 90 mg/L
34

TRẦN THỊ NGỌC DIỆU

SINH HỌC KỴ KHÍ

Friday, 16 July, 2010

Friday, 16 July, 2010

ƯU ĐIỂM
Tiêu thụ năng lượng ít:
25 – 350C: 0,05 – 0,1Kwh/1m 3 nước thải
Khí methane sinh ra được sử dụng làm nhiên liệu
F tiết kiệm năng lượng, giảm giá thành xử lý.
Yêu cầu dinh dưỡng (N, P) thấp.
Hiệu suất xử lý cao, có thể đạt 80 – 90%COD khi
tải trọng COD đầu vào:
COD0 = 30g /L.ngày ở 300C
COD0 = 50g/L.ngày ở 400C

TRẦN THỊ NGỌC DIỆU

35

SINH HỌC KỴ KHÍ

TRẦN THỊ NGỌC DIỆU

36

SINH HỌC KỴ KHÍ


Friday, 16 July, 2010

Friday, 16 July, 2010

ƯU ĐIỂM

ƯU ĐIỂM

Lượng bùn tạo ra ít, ổn định, dễ loại bỏ nước F
chi phí xử lý bùn thải thấp.

Bùn kị khí có thể bảo quản hơn 1 năm trong môi
trường không có dưỡng chất mà hoạt tính của bùn
vẫn giữ nguyên ở 150C F Giảm tgian khởi động
hệ thống mới.
Vốn đầu tư không cao, diện tích đất sử dụng nhỏ
hơn hệ thống hiếu khí.

TRẦN THỊ NGỌC DIỆU

37

SINH HỌC KỴ KHÍ

TRẦN THỊ NGỌC DIỆU

38

Friday, 16 July, 2010

SINH HỌC KỴ KHÍ

Friday, 16 July, 2010

NHƯỢC ĐIỂM

NHƯỢC ĐIỂM

VK tạo khí methane nhạy cảm với môi trường.
VK kỵ khí tăng trưởng chậm nên giai đoạn khởi
động của hệ thống kỵ khí khá lâu (6 – 12 tuần).

Khi nước thải có chứa hợp chất lưu huỳnh, xử lý
kỵ khí làm phát sinh khí H2S F gây mùi khó chịu.
Bản chất hoá học và vi sinh học phức tạp.
Vận hành hệ thống phức tạp F đòi hỏi trình độ
chuyên môn cao.

TRẦN THỊ NGỌC DIỆU

39

SINH HỌC KỴ KHÍ

TRẦN THỊ NGỌC DIỆU

40

SINH HỌC KỴ KHÍ


Friday, 16 July, 2010

ĐẶ
C TÍNH CỦ
A BÙ
N HẠT KỊKHÍ
Đặc tính

Mô tả

Hoạt động sinh Hoạt tính tạo khí methane có thể đạt
học
2kgCOD/kg VSS.ngày
Tốc độlắng

Đểduy trì sinh khối, tốc độlắng của bùn hạt

cần đạt 60 m/h

Độbền cơ học

Hạt bùn phả
i ổn đònh vàchòu được cá
c lực tđ
do sựhình thành dòng khí sinh học

Phá
t triển

Sự PT của bùn hạt dựa trên qtrình tự ổn
đònh liên tục củ
a vsv

42

TRẦN THỊ NGỌC DIỆU

Friday, 16 July, 2010

KHẢNĂ
NG LẮ
NG CỦ
A BÙ
N HẠT

SINH HỌC KỴ KHÍ

CƠ CHẾTẠO HẠT CỦ
A BÙ
N
Cơ sở lý thuyết
Vật lý

Friday, 16 July, 2010

Tên lý thuyết
p suất chọn
Sự phát triển của những hạt rắn lơ lửng cố đònh

Vi sinh

So sánh khả năng lắng của bùn hạt (granular), bông bùn
(flocculent) và bùn phân tán (disperse) trong 5 phút.
TRẦN THỊ NGỌC DIỆU

43

SINH HỌC KỴ KHÍ

- sinh lý

- Lý

- Phát triển

- Lý

thuyết “spaghetti”

- Sinh thái

- Lý

thuyết kết nối cuộn nhỏ

- Lý

thuyết bó methanothrix

- Lý

thuyết 3 loại axit béo bay hơi

Nhiệt động học

TRẦN THỊ NGỌC DIỆU

thuyết “cap town”

-Lý thuyết nhân

kết tinh

- Lý

thuyết sức căng bề mặt

- Lý

thuyết hoán vò proton
44

SINH HỌC KỴ KHÍ


Friday, 16 July, 2010

CƠ CHẾTẠO HẠT CỦ
A BÙ
N

Friday, 16 July, 2010

CƠ CHẾTẠO HẠT CỦ
A BÙ
N

v Là một quá trình tự nhiên trong tất cả các ht XLNT
có dòng vào từ dưới lên.
v Những hạt vô cơ và hữu cơ hiện diện trong NT tạo
bề mặt cho Vk bám vào, tăng trưởng sinh khối.
v Khí sinh học sinh ra và dòng NT làm trôi những
chất mang nhẹ ra ngoài mô hình, tạo đ/k cho sự hình
thành màng và khối bùn vững chắc.
v Khi gia tăng đến một kthứơc nhất đònh, hạt/màng sẽ
bò phá vỡ và hình thành các hạt bùn nhỏ hơn.
v Các hạt bùn sẽ dần “già cỗi” hoặc “trưởng thành”

TRẦN THỊ NGỌC DIỆU

45

CƠ CHẾTẠO HẠT CỦ
A BÙ
N

SINH HỌC KỴ KHÍ

Friday, 16 July, 2010

TRẦN THỊ NGỌC DIỆU

46

NHỮ
NG YẾ
U TỐẢ
NH HƯỞ
NG ĐẾ
N QUÁ
TRÌNH TẠO HẠT CỦ
A BÙ
N

SINH HỌC KỴ KHÍ

Friday, 16 July, 2010

Đểqtr tạo hạt củ
a bùn thuận lợi, cần:

TRẦN THỊ NGỌC DIỆU

47

SINH HỌC KỴ KHÍ

v Những hạt rắn hay những vật làm nhân để vsv bám
dính và phát triển. Những hạt này phải đủ nặng.
v Loại bỏ liên tục và hoàn toàn những phần tử nhẹ trong
bùn làm nhân ban đầu.
v Loại bỏ SS trong dòng vào sao cho SS < 200 mg/l vì SS
cao, qtr tạo hạt khó xảy ra.
v Giảm nồng độ muối canxi vì CaCO3 kết tủa trên bùn sẽ
làm chậm qtr tạo hạt và làm giảm hoạt tính bùn.
v Nhiệt độ thích hợp: là nhiệt độ TB và nhiệt độ cao
v Nguyên tố dd đa lượng và vi lượng cần được cung cấp
đủ cho vsv phát triển, qtr tạo 48
hạt dễ dàng hơn. SINH HỌC KỴ KHÍ
TRẦN THỊ NGỌC DIỆU


Friday, 16 July, 2010

CƠNG NGHỆ XỬ LÝ KỴ KHÍ
CÔ
NG NGHỆ
XỬLÍ KỊKHÍ

SINH TRƯỞ
NG
BÁ
M DÍNH

SINH TRƯỞ
NG
LƠ LỮ
NG

XÁ
O TRỘ
N
HOÀ
N TOÀ
N

TRẦN THỊ NGỌC DIỆU

TIẾ
P XÚ
C
KỊKHÍ

UASB

LỌC KỊKHÍ

50

TẦ
NG LƠ LỮ
NG

VÁ
CH NGĂ
N

SINH HỌC KỴ KHÍ

Friday, 16 July, 2010

ĐẶC ĐIỂM
Q trình phân hủy kị khí xáo trộn hồn tồn.
Xáo trộn liên tục, khơng có tuần hồn bùn.
Thích hợp xử lý NT có hàm lượng CHC hòa tan
dễ phân hủy nồng độ cao hoặc xử lý bùn hữu cơ.
Thiết bị xáo trộn có thể dùng hệ thống cánh
khuấy cơ khí hoặc tuần hồn khí biogas (đòi hỏi
có máy nén khí biogas và dàn phân phối khí
nén).

TRẦN THỊ NGỌC DIỆU

52

SINH HỌC KỴ KHÍ

Friday, 16 July, 2010

Friday, 16 July, 2010

ĐẶC ĐIỂM

SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ

Trong quá trình phân hủy lượng sinh khối mới
sinh ra và phân bố đều trong toàn bộ thể tích bể.
Do không có biện pháp nào để lưu giữ sinh khối
bùn, nên SRT chính là HRT.
SRT = 12-30 ngày. Tải trọng đặc trưng cho bể
này là 0.5-6.0 kgVS/m 3.ngày.

TRẦN THỊ NGỌC DIỆU

53

SINH HỌC KỴ KHÍ

54

TRẦN THỊ NGỌC DIỆU

SINH HỌC KỴ KHÍ

Friday, 16 July, 2010

CẤU TẠO

GAZ

Khí tắc trong các cục vón

BỂ PHẢN ỨNG

LOẠI BỎ KHÍ

LẮNG
Bùn tuần hoàn
Bùn dư
TRẦN THỊ NGỌC DIỆU

56

SINH HỌC KỴ KHÍ


Friday, 16 July, 2010

Friday, 16 July, 2010

ĐẶC ĐIỂM

SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ

Gồm hai giai đoạn:
Biogas

1. Phân hủy kị khí;

2. Lắng hoặc tuyển nổi tách riêng phần cặn sinh học và
NT sau XL.

khử khí

Vaø
o

Ra

Hàm lượng VSS trong bể = 4.000 – 6.000
mg/L.

Buø
n tuaà
n hoaø
n
lắng II

Tải trọng chất hữu cơ từ 0.5 đến
10kgCOD/m3/ngày với thời gian lưu nước từ
12h cho đến 5 ngày.

TRẦN THỊ NGỌC DIỆU

57

SINH HỌC KỴ KHÍ

TRẦN THỊ NGỌC DIỆU

58

SINH HỌC KỴ KHÍ

Friday, 16 July, 2010

ƯU ĐIỂM
Ít bị ảnh hưởng lưu lượng
Chuyển từ bể này sang bể khác dễ dàng, quá
trình bảo dưỡng và khởi động lại đơn giản.
Loại bỏ đượng 80 – 95% BOD5 và 65 – 90%
COD
Bùn dư ít

TRẦN THỊ NGỌC DIỆU

59

SINH HỌC KỴ KHÍ

UASB
UASB
(UPWARD-FLOW
(UPWARD-FLOW ANAEROBIC
ANAEROBIC SLUDGE
SLUDGE
BLANKET)
BLANKET)

Friday, 16 July, 2010

SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ BỂ UASB

Friday, 16 July, 2010

SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ BỂ UASB
Khí biogas

Biogas
Ra

Tách pha
UASB

Chụp
thu khí

Dòng ra

Hướng dòng
Khí

taà
ng buø
n

Bùn hạt

vaø
o

Dòng vào

TRẦN THỊ NGỌC DIỆU

61

SINH HỌC KỴ KHÍ

TRẦN THỊ NGỌC DIỆU

62

SINH HỌC KỴ KHÍ

Friday, 16 July, 2010

NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG

Effluent

Friday, 16 July, 2010

NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG
Dòng nước thải hướng lên qua
lớp bùn gồm các hạt hình thành
từ quá trình sinh học.

biogas

Việc xử lý diễn ra khi nước chảy
tới và tiếp xúc ngay với các hạt
bùn lơ lửng.

Influent
TRẦN THỊ NGỌC DIỆU

63

SINH HỌC KỴ KHÍ

TRẦN THỊ NGỌC DIỆU

64

SINH HỌC KỴ KHÍ


Friday, 16 July, 2010

NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG

Friday, 16 July, 2010

NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG

Khí tạo thành sẽ tạo thành dòng tuần hòan cục
bộ, giúp việc hình thành các hạt sinh học và giữ

cho chúng ổn định.

Các hạt nổi lên sẽ chạm vào màng ngăn khử bọt
khí, làm khí bám vào hạt bung ra và giải phóng
khỏi hạt.

Một ít khí tạo ra sẽ bám vào bùn, nổi lên trên
cùng với khí tự do.

Khí tự do và khí bung ra giải phóng khỏi hạt được
thu hồi vào mái vòm.
Nước thải chứa một ít bùn lơ lửng và bùn sinh
học sẽ qua ngăn lắng và tách ra khỏi nước.
Để giữ cho lớp bùn ở trạng thái lơ lửng, tốc độ
nước lên khỏang 0,6 – 0,9m/h.

TRẦN THỊ NGỌC DIỆU

65

SINH HỌC KỴ KHÍ

TRẦN THỊ NGỌC DIỆU

66

Friday, 16 July, 2010

NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG

SINH HỌC KỴ KHÍ

Friday, 16 July, 2010

MÔ HÌNH UASB TRONG PTN

Bùn trong hệ thống UASB được lưu giữ dựa trên
khả năng lắng tốt của bùn kỵ khí. Lượng bùn
được giữ lại trong hệ thống dựa trên sự tích tụ và
hình thành bùn cuộn hoặc bùn hạt. F có thể
nâng cao tốc độ dòng lên mà không sợ bùn trôi
ra khỏi hệ thống.
Hoạt động ở tải trọng cao

TRẦN THỊ NGỌC DIỆU

67

SINH HỌC KỴ KHÍ

TRẦN THỊ NGỌC DIỆU

68

SINH HỌC KỴ KHÍ


Friday, 16 July, 2010

HẠT BÙN TỪ BỂ UASB

Friday, 16 July, 2010

HẠT BÙN TỪ BỂ UASB

Acetate as Substrate
(Methanosaeta)

TRẦN THỊ NGỌC DIỆU

69

SINH HỌC KỴ KHÍ

TRẦN THỊ NGỌC DIỆU

Sucrose as Substrate (mixed
culture)

70

SINH HỌC KỴ KHÍ

Friday, 16 July, 2010

ĐẶC ĐIỂM
Là một biến thể của UASB với điểm khác biệt cơ
bản là EGSB sử dụng bùn hạt hoàn toàn và tốc
độ dòng hướng lên lớn để phân bố bùn hạt đều
khắp trong toàn không gian thiết bị.

EGSB
EGSB
(EXPANDED
(EXPANDED GRANULAR
GRANULAR
SLUDGE
SLUDGE BED)
BED)

Vận hành với tốc độ dòng hướng lên: 5 – 10m/h.
Vận hành với tải trong hữu cơ cao.

TRẦN THỊ NGỌC DIỆU

72

SINH HỌC KỴ KHÍ


Friday, 16 July, 2010

Friday, 16 July, 2010

SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ

ƯU ĐIỂM

EGSB (Expanded
Granular Sludge

Bed): Xử lý kỵ khí
với lớp bùn hạt giãn
nở.

Bùn hạt lắng tốt, hệ thống có thể hoạt động với
tốc độ dòng lên lớn hơn 6m/h (UASB: 0,5 1,5m/h).
Tải trọng hữu cơ thể tích cao gấp 3 – 6 lần so với
UASB.
Xử lý nước thải ở các nồng độ khác nhau: nước
thải có chứa nồng độ chất hoà tan thấp, nước
thải chứa sulfate, nước thải chứa lipid.

TRẦN THỊ NGỌC DIỆU

73

SINH HỌC KỴ KHÍ

TRẦN THỊ NGỌC DIỆU

74

Friday, 16 July, 2010

SINH HỌC KỴ KHÍ

Friday, 16 July, 2010

ƯU ĐIỂM

KHUYẾT ĐIỂM

Xử lý nước thải ở những điều kiện nhiệt độ khác
nhau: thấp, trung bình và cao.

Bùn hạt có thể bị vỡ do dòng lên ở tốc độ cao,
làm bùn có thể trôi ra ngoài hệ thống.

Một phần dòng ra được bơm trở lại ht nên tốc độ
dòng lên đạt được 5 – 6m/h, đem lại sự tiếp xúc
tốt hơn giữa nước thải và quần thể vsv trong lớp
bùn
Thời gian lưu nước ngắn: 1 – 2 giờ
Hiệu suất xử lý cao 90 – 95%

TRẦN THỊ NGỌC DIỆU

75

SINH HỌC KỴ KHÍ

TRẦN THỊ NGỌC DIỆU

76

SINH HỌC KỴ KHÍ


Friday, 16 July, 2010

Friday, 16 July, 2010

LỌC KỴ KHÍ NGƯỢC DÒNG

LỌC KỴ KHÍ XUÔI DÒNG

Biogas

Nước thải vào chảy từ trên xuống qua lớp giá thể
module. Giá thể này tạo nên các dòng chảy nhỏ
tương đối thẳng theo hướng từ trên xuống.

ra

Đường kính dòng chảy nhỏ có đường kính xấp xỉ
4cm.

doø
ng
tuaà
n hoaø
n

Với cấu trúc này tránh được hiện tượng bít tắc và
tích lũy chất rắn không bám dính và thích hợp lý
nước thải có SS cao.

TRẦN THỊ NGỌC DIỆU

79

SINH HỌC KỴ KHÍ

vaø
o

TRẦN THỊ NGỌC DIỆU

80

SINH HỌC KỴ KHÍ


Friday, 16 July, 2010

SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ

Friday, 16 July, 2010

MỘT SỐ VẬT LIỆU LỌC

biogas
effluent

Vật liệu có thể là
nhựa hoặc
ceramic

biofilm

influent

TRẦN THỊ NGỌC DIỆU

81

SINH HỌC KỴ KHÍ

TRẦN THỊ NGỌC DIỆU

82

Friday, 16 July, 2010

SINH HỌC KỴ KHÍ

Friday, 16 July, 2010

ĐẶC ĐIỂM

CẤU TẠO
Cột chứa đầy vật liệu rắn trơ (đá, sỏi, than, tấm
nhựa…) là giá thể cố định cho vi sinh kị khí sống
bám trên bề mặt (85 – 95% vật liệu rắn).

Do khả năng bám dính tốt của màng vi sinh dẩn
đến lượng sinh khối trong bể tăng lên và SRT
kéo dài → HRT nhỏ, có thể vận hành ở tải trọng
rất cao.

Dòng nước thải phân bố đều, đi từ dưới lên, tiếp
xúc với màng vi sinh bám dính trên bề mặt giá
thể.

Chất rắn không bám dính có thể lấy ra khỏi bể
bằng xả đáy và rửa ngược.
Thời gian trung bình tế bào lưu lại khỏang 100
ngày.
Ứng dụng xử lý nước thải nồng độ thấp.

TRẦN THỊ NGỌC DIỆU

83

SINH HỌC KỴ KHÍ

TRẦN THỊ NGỌC DIỆU

84

SINH HỌC KỴ KHÍ


Friday, 16 July, 2010

ĐẶC ĐIỂM
NT được bơm từ dưới lên qua lớp VL hạt là giá
thể cho vi sinh sống bám. Vật liệu hạt này có
đường kính nhỏ,
tỉ lệ diện tích bề mặt/thể tích

rất lớn (cát, than hoạt tính hạt,…) tạo sinh khối
bám dính lớn.
Dòng ra được tuần hồn trở lại để tạo vận tốc
nước đi lên đủ lớn cho lớp vật liệu hạt ở dạng lơ
lững, giản nở khỗng 15-30% hoặc lớn hơn.

86

TRẦN THỊ NGỌC DIỆU

SINH HỌC KỴ KHÍ

Friday, 16 July, 2010

Friday, 16 July, 2010

ĐẶC ĐIỂM

SƠ ĐỒ NGUN LÝ

Hàm lượng sinh khối trong bể có thể lên đến
10.000- 40.000 mg/L.

Biogas
ra

Do lượng sinh khối lớn và HRT nhỏ, q trình
này có thể ứng dụng xử lý nước thải có nồng độ
chất hữu cơ thấp, (500-1000 mg BOD/l)

dò
ng
tuầ
n hoà
n
và
o

KỊKHÍ TẦ
NG LƠ LỮ
NG

TRẦN THỊ NGỌC DIỆU

87

SINH HỌC KỴ KHÍ

TRẦN THỊ NGỌC DIỆU

88

SINH HỌC KỴ KHÍ


Friday, 16 July, 2010

ƯU ĐIỂM
Ít bị tắt nghẽn trong quá trình làm việc.
Khởi động nhanh

Không tẩy trôi các quần thể bám trên vật liệu lọc.
Có khả năng thay đổi lưu lượng trong giới hạn
tốc độ chất lỏng

TRẦN THỊ NGỌC DIỆU

89

SINH HỌC KỴ KHÍ

Friday, 16 July, 2010

SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ

TRẦN THỊ NGỌC DIỆU

91

SINH HỌC KỴ KHÍ