nghiên cứu mô hình và kết quả

Chương 3: Nghiên Cứu Mô Hình Và Kết Quả Nghiên Cứu
Chương 3
NGHIÊN CỨU MÔ HÌNH VÀ KẾT QUẢ
SVTH: Phạm Thò Ánh Tuyết trang -28 -
3.1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
3.2. XÂY DỰNG MÔ HÌNH
3.3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ NHẬN XÉT
Chương 3: Nghiên Cứu Mô Hình Và Kết Quả Nghiên Cứu
3.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT
3.1.1. Nguyên tắc của phương pháp hiếu khí
Các phương pháp hiếu khí dựa trên nguyên tắc là các vi sinh vật hiếu khí phân
hủy các chất hữu cơ trong điều kiện có oxy hòa tan.
Chất hữu cơ + O
2

 →
vatVi sinh
H
2
O + CO
2
+ NH
3
+ …
Ở điều kiện hiếu khí (hàm lượng ôxy hòa tan tối thiểu 1.5 – 2.0 mg/l), NH
4
+
cũng
bò loại nhờ quá trình nitrat hóa của vi sinh vật tự dưỡng.
NH
4

+
+ 2O
2

 →
vatVi sinh
NO
3
-
+ 2H
+
+ H
2
O + Năng lượng
3.1.2. Giới thiệu về bùn hoạt tính và quá trình bùn hoạt tính
Bùn hoạt tính là tập hợp của khối quần thể các vi sinh vật hoạt tính có khả năng
hấp thụ trên bề mặt của nó và oxy hoá chất hữu cơ trong nước thải (ổn đònh chất
hữu cơ) với sự có mặt của oxy. Bùn hoạt tính là bông màu vàng nâu, dễ lắng có
kích thước từ 3–150 micromet. Những sinh vật sống là vi khuẩn, động vật hạ
đẳng, dòi,giun, nấm men,nấm mốc và xạ khuẩn.
Trong quá trình xử lý sinh học thì quá trình bùn hoạt tính là quá trình có tính linh
hoạt nhất, nó có thể giảm tối đa các chất hữu cơ với phạm vi thay đổi BOD rộng.
Vì thế mà chúng được áp dụng rộng rãi để xử lý nước thải sinh hoạt và công
nghiệp.
Quá trình bùn hoạt tính gồm các bước sau:
− Trộn lẫn bùn hoạt tính với nước thải để xử lý
− Khuấy trộn và sục khí hỗn hợp với yêu cầu trong một thời gian dài.
− Làm trong nước và tách bùn hoạt tính từ hỗn hợp trong quy trình tại bể lắng
cuối.
− Tuần hoàn bùn hoạt tính để trộn lẫn với nước thải đầu vào

SVTH: Phạm Thò Ánh Tuyết trang -29 -
Chương 3: Nghiên Cứu Mô Hình Và Kết Quả Nghiên Cứu
− Loại bỏ bùn dư.
Bông bùn hoạt tính là một hệ vi sinh vật phức tạp bao gồm: vi khuẩn, Aetponicet,
nguyên sinh động vật, nấm, tảo, virus… Vi khuẩn trong bùn hoạt tính thuộc dạng:
Alkaligenes, Achromobacter, Pseudomonas, Corynebacterium.
3.1.3.Sự sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật trong bùn hoạt tính
Các vi sinh vật sẽ hấp thụ và đồng hoá các chất dinh dưỡng trong nước thải để
tăng sinh khối (tăng trọng lượng và kích thước) và phát triển (tăng số lượng). Mỗi
loại vi sinh vật có đường cong sinh trưởng và phát triển riêng và phụ thuộc vào
nguồn thức ăn, chất dinh dưỡng có sẵn, điều kiện môi trường như pH, nhiệt độ,
điều kiện kò khí hay hiếu khí.
Các giai đoạn sinh trưởng của Vi khuẩn:
− Pha lag (lag phase)(giai đoạn tiềm tàng):là giai đoạn vi khuẩn cần thời gian
để thích nghi với môi trường dinh dưỡng. giai đoạn này, vi khuẩn chỉ tăng
sinh khối chứ không tăng về số lượng. Thời gian của pha lag phụ thuộc vào
các yếu tố tiền sử của tế bào như tuổi, khả năng chống chọi và khả năng
chòu đựng với các yếu tố vật lý, hoá học… và thành phần môi trường nuôi
cấy.
SVTH: Phạm Thò Ánh Tuyết trang -30 -
Pha ổn
đònh
Pha chết
Giá trò log của số lượng vi sinh
vật
Pha lag
Thời gian
Hình 3.1: Các giai đoạn tăng sinh khối của TB Vi khuẩn theo thang log
Pha lag Pha log
Chương 3: Nghiên Cứu Mô Hình Và Kết Quả Nghiên Cứu

− Pha log (log phase)(giai đoạn tăng sinh khối theo hàm số mũ): trong môi
trường thức ăn dồi dào ở pha log, vi khuẩn sản xuất ra nhiều enzim cần thiết
cho quá trình sinh trưởng nên khả năng thu nhận và đồng hoá thức ăn cũng
như tốc độ phân chia của tế bào vi sinh vật đạt đến giá trò tối đa.
− Pha ổn đònh(Stationary phase): giai đoạn tăng trưởng chậm dần do thiếu hụt
chất dinh dưỡng và chất nhận điện tử cùng với sự sản sinh và tích tụ các sản
phẩm trao đổi chất độc hại. Trong môi trường cạn kiệt thức ăn, tốc độ tăng
sinh khối của VSV giảm dần, số lượng VSV đạt đến giá trò ổn đònh, số lượng
sinh ra đúng bằng số lượng chết đi.
− Pha chết(death phase): giai đoạn hô hấp nội bào – xảy ra khi tốc độ sinh
trưởng giảm, nồng độ chất dinh dưỡng tối thiểu. VSV chết theo logarit: do
nồng độ chất dinh dưỡng trong môi trường đã cạn kiệt, buộc VSV phải thực
hiện quá trình trao đổi chất bằng chính nguyên sinh chất có trong tế bào, làm
nguyên sinh khối bùn giảm. Dinh dưỡng còn lại trong tế bào chết sẽ khuếch
tán ra ngoài môi trường cung cấp cho các tế bào còn sống. Lúc này tốc độ
các VSV chết vượt xa tốc độ sinh sản và tế bào VSV mới.
3.1.4. Cơ chế của quá trình phân hủy các chất trong tế bào
Quá trình phân huỷ hiếu khí trong nước thải gồm 3 giai đoạn:
− Oxy hoá các chất hữu cơ
CxHyOz + O
2

 →
Enzim
CO
2
+ H
2
O + H
− Tổng hợp xây dựng tế bào

CxHyOz + O
2

 →
Enzim
tế bào SV + CO
2
+ H
2
O + C
5
H
7
NO
2
- H
− Tự oxy hoá chất liệu tế bào
C
5
H
7
NO
2
+ 5O
2

 →
Enzim
5CO
2

+ 2H
2
O + NH
3
+ H
SVTH: Phạm Thò Ánh Tuyết trang -31 -
Chương 3: Nghiên Cứu Mô Hình Và Kết Quả Nghiên Cứu
H là năng lượng được sinh ra hay hấp thu vào. Các chỉ số x,y,z phụ thuộc vào
dạng chất hữu cơ chứa Cacbon bò oxy hoá. Đối với hợp chất hữu cơ chứa Nitơ,
Lưu huỳnh cũng có thể được theo kiểu các phương trình trên.
3.1.5. Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình bùn hoạt tính
− nh hưởng của pH
Giá trò pH tối ưu của đa số các vi sinh vật từ 6.5 – 8.5, vi khuẩn tăng trưởng ở pH
=7. Giá trò pH ảnh hưởng rất lớn đến quá trình tạo men trong tế bào và quá trình
hấp thụ các chất dinh dưỡng vào tế bào.
− nh hưởng của nhiệt độ
Nhiệt độ nước thải là một trong những yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng sự tăng
trưởng và sống còn của vi sinh vật trong quá trình bùn hoạt tính. Đối với đa số vi
sinh vật, nhiệt độ nước thải trong quá trình xử lý không dưới 6
0
và không quá 37
0
.
Sự tăng nhiệt độ có thể dẫn đến biến tính protein, đặc biệt là enzim, đồng thời
thay đổi cấu trúc màng, dẫn đến sự thay đổi tính thấm của màng.
− nh hưởng của kim loại nặng
Phần lớn kim loại nặng thường hiện diện trong nước thải công nghiệp. Hầu hết
các kim loại nặng thường xâm nhập vào bùn hoạt tính ở dạng hoà tan hay dưới
dạng các ion tự do. Khi các kim loại này hấp thụ vào bề mặt của tế bào vi sinh
vật tạo ra các phản ứng hoá lý, và được hấp thụ vào trong tế bào, tấn công các

enzim.
− nh hưởng của chất dầu mỡ và chất béo trong nước thải
Chất béo thường gặp trong nước thải sinh hoạt là các chất bơ, margarine, dầu thực
vật, dầu ăn, thòt… chất béo và dầu mỡ là những hydrocacbon mạch dài nên thường
bền vững và khó bò phân huỷ sinh học. Trong quá trình xử lý nước thải bằng bùn
hoạt tính, các hợp chất này sẽ bao phủ các bông bùn. Ngoài ra chúng được hấp
SVTH: Phạm Thò Ánh Tuyết trang -32 -
Chương 3: Nghiên Cứu Mô Hình Và Kết Quả Nghiên Cứu
thụ vào thành tế bào vi khuẩn và tăng nồng độ MLVSS (Michael H. Gerardi,
2003)
− Sự lên men của nước thải
Nước thải lên men hay sự hiện diện của quá nhiều acid và rượu đơn giản, hoà tan
sẽ là môi trường sống và phát triển của một số vi khuẩn dạng sợi không mong
muốn. Nồng độ của các acid, rượu hoà tan đơn giản khoảng 200mg/l sẽ tạo điều
kiện cho các vi khuẩn dạng sợi sinh sôi như: Beggiatoa sp, Microthrix parvicella,
Thiothrix sp và loại 021N (Michael H. Gerardi, 2003)
− Nhu cầu ôxy
Vi sinh vật có thể tăng trưởng khi có hoặc vắng mặt của oxy. Phần lớn nhu cầu
oxy cho quá trình bùn hoạt tính DO≥ 2.0mg/l. Thông thường khi oxy bò giới hạn,
các vi sinh vật dạng sợi sẽ chiếm ưu thế, làm bùn hoạt tính trở nên khó lắng.
Nhưng nếu tăng hàm lượng oxy hoà tan một cách không cần thiết sẽ tăng chi phí
vận hành trong khi không cải thiện hiệu quả xử lý nhiều (Michael Richard và
cộng sự )
− Chất dinh dưỡng
Vi khuẩn và vi sinh vật sống dùng chất dinh dưỡng N, P, chất hữu cơ ( BOD ), làm
thức ăn để chuyển hoá chúng thành sản phẩm cuối (không phân huỷ) và tế bào
mới. Thiếu các chất dinh dưỡng sẽ kiềm hãm và ngăn cản các quá trình oxy hoá
sinh hoá. Ngoài ra, cần phải thêm K, Mg, Ca, S, Fe… các nguyên tố này thường có
đủ trong nước thải nên ta không cần phải thêm vào. Để xác đònh sơ bộ lượng
nguyên tố dinh dưỡng cần thiết trong nước thải có thể chọn theo tỷ lệ sau :

BOD
toàn phần
: N:P = 100:5:1 hay COD:N:P = 150:5:1.
− Lượng bùn tuần hoàn
Mục đích chính của việc tuần hoàn bùn là duy trì nồngđộ MLSS cần thiết trong
các bể làm thoáng. Tuy nhiên, thông thường người ta lấy khoảng 50 – 70% của
SVTH: Phạm Thò Ánh Tuyết trang -33 -