Quá trình xử lý sinh học kỵ khí bằng bể UASB

Methane (CH4)
55,6
Carbon dioxide (CO2)
35,4
Phương pháp sinh học xử lý môi tnrờng
Nitrogen (N2)
0,3
%
Hydrogen (H2)
0,1 SỞ QUÁ
I.
II. THÀNH
Cơ
PHÀN
TRÌNH
LÝ - HÓA
XỬ LÝ
HỌC
SINH
CỦA
HỌC
NƯỚC
KỴ THẢI
KHÍ
%
Hydrogen Sulphide
0,1
1.
1. Cơ
Tính
sở sự

chất
phân
vậthủy
lý kỵ khí.

SVTH: Nhóm 2

Tính
chấthủy
vật kỵ
lý của
nước
xác định
dựa trên
mùi,
Sự phân
khí là
mộtthải
loạtđược
quá trình
vsv phân
hủycác
cácchỉ
hợptiêu:
chấtmàu
hữusắc,
cơ thành
nhiệt
độ
và

khí metan
lưu lượng.
Từ lâu quá trình xử lý kỵ khí được áp dụng đề ổn định bùn trong các công trình xử
> Màu: nước thải mới có màu nâu hơi sáng, tuy nhiên thường là có màu xám có
vẩn lý bùn.
đục. Màu sắc của nước thải sẽ thay đổi đáng kể nếu như bị nhiễm khuẩn, khi đó sẽ có
màuHiện
đen nay, đã được ứng dụng rộng rãi trong xử lý nước thải.
tối.
>
Mùi:trình
có trong
thải
2. Qưá
phân nước
hủy kỵ
khílà do các khí sinh ra trong quá trình phân hủy các
oxy
hợp chất
Lên men
hữu cơ hay doChất
một số
chất
thêm
vào.+ CƠ2 + H2 + NH3 + H2S
hữu
cođược
—7- đưa
-----►
CH4

> Nhiệt độ: nhiệt độYếm
của khí
nước thải thường cao hơn so với nguồn nước sạch ban
đầu, do
có sự gia nhiệt vào nước từ các đồ dùng trong gia đình và các máy móc sản xuất.
> Lưu lượng: thể tích thực của nước thải cũng được xem là một đặc tính vật lý
của
nước thải, có đơn vị nrVngười.ngày. Vận tốc dòng chảy luôn thay đổi theo ngày.
2. Tính chất hóa học

Các thông số thể hiện tích chất hóa học thường là: số lượng các chất hữu cơ, vô cơ
và khí.
Biogas có trị nhiệt cao 4,500-6000kcal/m3 tùy vào thành phần % methan có trong
Hay đề đơn giản hóa, người ta xác định các thông số như: độ kiềm, BOD, COD, các
biogas.
chất khí hòa
(Methane
cóchất
trị nhiệt
kcal/m3)
tan,
các hợp
N, p,cao
các9.000
chất rắn
(hữu cơ, vô cơ, huyền phù và không tan) và nước.
sau:
> Độ kiềm: thực chất độ kiềm là môi trường đệm đe giữ pH trung tính của nước
thải
a. Giai đoạn thủy phân và lên men:

trong suốt
quá trình xử lý sinh hóa.
Giai đoạn này được thực hiện trong những điều kiện khác nhau: ấm hay nóng, kị khí
hoàn > Nhu cầu oxy sinh hóa (BOD): dùng để xác định lượng chất bị phân hủy
sinh
hóa
toàn, không hoàn toàn.
trong nước thải, thường được xác định sau 5 ngày ở nhiệt độ 20°c. BOD5 trong nước
thải Giai đoạn này thực hiện việc phân hủy các chất hữu cơ phức tạp thành các acid
sinh
béo
hoạt
thường nằm trong khoảng 100 - 300 mg/1.
dễ bay
hơi ( đặc biệt là acid acctic), các chất khí (CƠ2, H2) và amoniac.
Thời gian sinh trưởng của các vi khuân ớ giai đoạn này ngắn hơn so với các giai
GVHD: ThS. Trương Thế Quang

21


Phương pháp sinh học xử lý môi tnrờng

SVTH: Nhóm 2

b. Giai đọan aceton:

Đây là giai đoạn đặc biệt với các vi khuẩn được gọi là “ khử bắt buộc proton” hoặc “
vi
khuẩn sản sinh đòi hỏi hydro”. Sản phẩm của giai đoạn này là acetat

c. Giai đoạn tạo methane (lên men metan)

Người ta tìm thấy 2 nhóm có khả năng thực hiện 2 phản ứng đặc trưng bởi hô hấp kị
khí.
>

Nhóm thứ nhất gọi là acetoclastes, tạo metan từ phân hóa acid acetic.
CH3COOH ---------► CH4 + CƠ2

Phản ứng này rất chậm và rất ít năng lượng. Khoảng 70% metan được sản xuất ra từ
phản
ứng này.

GVHD: ThS. Trương Thế Quang

3


Phương pháp sinh học xử lý môi tnrờng

SVTH: Nhóm 2

4. Nguyên lý của quá trình methane:

5. Ba giai đoạn của quá trình phân hủy

yếm khí

(l)hydrolysis
GVHD: ThS. Trương Thế Quang

(2) acidiíication

(3) methane tbrniaiiơn
4


1. Acid hữu cơ.
2. Alcol và keton
Acetic, íòrmic,
Ethanol, methanol, glycerol,
lý môi
tnrờngCO2 và H2.
propionic, Phương
lactic, pháp sinh học xử
aceton,
acetate,
butylic, succinic

SVTH: Nhóm 2

6. Nguyên lý xử lý kỵ khí

b.

Nhóm VK lên men acid - Fermentative acidogenic bacteria
Đường, acid amin, acid bco

7. Các nhóm vi sinh vật tham gia vào quá trình xử lý kỵ khí

a. Nhóm vi khuân thủy phân - Hydrolytic bacteria
c. Nhóm VK acetic - Acetogenic bacteria
Thủy phân Protein, cellulose, lignin, lipid thành acid amin, glucose,
Chuyểnacid
hóabéo,
acidglycerol.
béo, alcol —> acetate, CƠ2
và H2.
Đòi hỏi thế Hydro thấp.
Thế hidro cao: acetate tạo thành giảm, các chất chuyển hóa thành acid propionic,

GVHD: ThS. Trương Thế Quang

56


Phương pháp sinh học xử lý môi tnrờng

Lactohaciỉỉus

Escherichio coỉi

Peptococcus

GVHD: ThS. Trương Thế Quang

SVTH: Nhóm 2

Actynomyces

ơostridium s

BỊfidobacterium spp.

7


Phương pháp sinh học xử lý môi tnrờng

SVTH: Nhóm 2

Nhóm

d.
VK metan - Methanogens
VK metan chia thành 3 nhóm
phụ.
>

VK metan hydrogenotrophic: CƠ2 + 4H2 —> CH4 +

2H2O
>

Vk metan acetotrophic: CH3COOH —> CH4 + CO2

>

Methylotrophic methanogens:
3CH3OH + 6H+ 3CH4 + 3H20 (3.10)

Một số

4(CH3)3 - N + 6H2O -> 9CH4 + 3CƠ2 + 4NH3

Methanobacteríumthermoơntotrophícum

Metbanobacteriumĩormicium
GVHD: ThS. Trương Thế Quang

8


Phương pháp sinh học xử lý môi tnrờng
Phương pháp sinh học xử lý môi tnrờng
TìiQng chia
6 
3
Methanơbaciỉius . 60 1

\/

GVHD: Ti

\ r|H r*

SVTH: Nhóm 2
SVTH: Nhóm 2

9\11

Ghì chu:
SCO 1 * Diu ric

11

sp (*d)
(*a)
I Methanococcus
1 ••• 4ị\ ị__ sp Thiobacillus
thế tích khí

Nitrobacter sp (*c)
Nitrosomonas sp (*b)

Desulfovibrio sp (*f)
Acinctobactcr sp (*e)
DPÍlOm ANAERC9IC SLUDCE ELANKET
III.

QUÁ TRÌNH XỬ LÝ SINH HỌC KỴ KHÍ BẰNG BÊ ƯASB

2.
bể ƯASB
1. Cấu
Kháitạo
niệm:
Bể phản ứng có thể làm bàng bê tông, thép không gỉ được cách nhiệt bên ngoài. Đẻ
ƯASB ( Upflow Anaerobic Sludge Blanket) là bế phản ứng kị khí, dòng nước
tách khí

chuyến động
thẳng đứng từ dưới lên trên đi qua đệm bùn trong đó bao gồm các sinh khối được hình
thành
dưới dạng hạt nhỏ hay lớn. Giải pháp này cho phép nước thải tiếp xúc với hạt bùn. Các
khí sinh
ra trong quá trình thủy phân lại là nguyên nhân tạo nên sự chuyên động bên trong đệm
bùn.
Bê lăng sau bê phản ứng có thê hợp khôi hoặc tách riêng. Dựa trên nguyên lí đệm

GVHD: ThS. Trương Thế Quang

9


Ọuá trình

Nhu cầu oxy hóa Thời gian lun Tải trọng chất hữu Hiệu suất khử
học, COD vào nước trong bể
cơ ( kg
COD (%)
(mg/l)
(h)
Phương
Phươngpháp
phápsinh
sinhhọc
họcxử
xửlý
lýmôi
môitnrờng

tnrờng
SVTH:
SVTH:Nhóm
Nhóm22
2- 10
0,48 - 2,4
75-90
Quá trình tiếp xúc 1500-5000
kị khí
Trong
bị này thì4-12
nước thải thô được
bơm từ phía dưới
của thiết bị qua lớp đệm
5000-thiết
15000
4-12,01
75-85
Quá trình với nền
bùn
bùn kị khí
(gồm các sinh khối dạng hạt) [1,2] . Sự xử lý xảy ra khi nước thải đến và tiếp xúc với
dòng
Sơ đồ thiết bị phản ứng UASB trong phòng thỉ nghiệm
các hạt
Vật liệu cổ sinh khối
100001-5trên của thiết bị.
75-85
và sau đó đi ra24-48
khỏi thiết bị từ phía

Trong suốt quá trình này

Khí
Vật liệu trương thì sinh
5000- 10000
5-10
4,8-9,6
80-85
khối với đặc tính lắng cao sẽ được duy trì trong thiết bị. Một trong những bộ phận quan
trọng của
thiết bị UASB đó là bộ phận tách khí - lỏng - rắn ở phía trên của thiết bị. Trong quá trình
xử lý
nước thải, lượng khí tạo ra chủ yếu là CH4 và CO2 tạo nên sự lưu thông bên trong giúp
cho việc
duy trì và tạo ra hạt sinh học. Các bọt khí tự do và các hạt khi thoát lên tới đỉnh của bê
tách khói
các hạt rắn và đi vào thiết bị thu khí. Dịch lỏng chứa một số chất còn lại và hạt sinh học
chuyên
vào ngăn lắng, ở đó chất rắn được tách khỏi chất lỏng và quay trở lại lớp đệm bùn, nước
thải sau
đó được thải ra ngoài ớ phía trên của thiết bị.

vào
B-OGAS
T*f*TED fFF|LỤpMT

CAS
COUICTICH
N DOM l
RtSINC

BIOCAS
SLUOCÍ
BLANKET

Bể phản ứng có thể làm bàng bê tông, thép không gỉ được cách nhiệt bên ngoài.
GVHD: ThS. Trương Thế Quang

11


Phương pháp sinh học xử lý môi tnrờng

SVTH: Nhóm 2

Bc mặt của bể phản ứng có nồng độ chất rắn thấp nhất.
Nước chuyên động từ dưới lên trên và được tiếp xúc với lớp bùn và xảy ra quá trình
phân
hủy sinh học. Trước khi vào ngăn lắng, nước chảy qua những tấm chắn đế tách khí. Các
bọt khí
khi bám vào các hạt bùn được giữ lại trong những túi nằm phía dưới tấm chắn và cuối
cùng thì
được thoát ra ngoài khi áp suất đã đủ lớn.
Nước trong ngăn lắng tràn qua máng thu đê đưa ra ngoài, bùn lắng lại trong ngăn
lắng tuần
hoàn ở phía dưới ngăn lắng. Vì Sinh khối ở dạng hạt nên quá trình lắng xảy ra rất có
hiệu quả,
thêm vào đó là việc bố trí rất nhiều vách ngăn làm thay đổi dòng chảy nhiều lần tạo
thuận lợi cho
việc tách khí và do đó khí không gây cản trở cho quá trình lắng.
Từ nguyên lý hoạt động của thiết bị có thể thấy ràng chìa khóa thành công của

UASB là vấn
đề tạo hạt bùn.
❖ Lý thuyết spaghetti trong việc tạo thành bùn hạt:
Sự hình thành bùn hạt trong thực tế là một quá trình tự nhiên. Hiện tượng này
1-1.5 mm

Quá trình phân hủy các chất nền tạo ra hai vùng riêng biệt trong bể: lớp bùn và đệm
bùn.
> Lóp bùn chiếm khoảng VA dưới đáy be (theo chiều cao) là một lớp hạt bùn

với nồng
độ 5 -7%.
GVHD: ThS.
ThS. Trương
Trương Thế
Thế Quang
Quang
GVHD:

13
12


Phương pháp sinh học xử lý môi tnrờng

SVTH: Nhóm 2

lí Các vi khuẫin methan khác nhau
Hỉ Dan chéo nhau tạo thảnh
bông

III: Tạo thành viên spaghetti
IV: các ví khuẫn kỵ khí ỉiÁn lên bề mậtvièn spaghettivà tạo thành bùn hạt
❖ Quá trình tạo hạt bùn:
Trong nước thải có các hạt chất rắn lơ lửng khó lắng, các tế bào vi khuẩn sẽ dính
vào và phát
triển thành các hạt bông cặn.
Các hạt bông này nếu được thổi khí và khuấy đảo sẽ lơ lửng ở trong nước và lớn
dần lên do
hấp phụ nhiều hạt chất rắn lơ lửng nhỏ, tế bào vi sinh vật, nguyên sinh vật và các chất

4. Ưu và nhược diêm của bế ƯASB:
a. ưu điểm

Giảm lượng bùn sinh học, do đó giảm được chi phí xử lí bùn. Khí sinh ra là khí
biogas (CH4)
mang tính kinh tế cao.
Ba quá trình: phân hủy - lắng bùn - tách khí diễn ra trong cùng một công trình;

GVHD: ThS. Trương Thế Quang

14


Phương pháp sinh học xử lý môi tnrờng

SVTH: Nhóm 2

Xử lí được hàm lượng chất hữu cơ cao, tối đa là 4000 mg/1, BOD 500 mg/1, điều
này không
thể thực hiện được ở các bể sinh học hiếu khí hay chỉ áp dụng ở những bể đặc biệt như

Aerotank
cao tải. So với Aerotank (0.3 - 0.5 kgBOD/m3/ngày) thì bể ƯASB chịu được tải
trọnggấp 10 lần
khoảng 3-8 kgBOD/mVngày, từ đó giảm được thể tích bể.
Không tốn năng lượng cho việc cấp khí vì đây là bê xử lí sinh học kị khí, đối với
các bế hiếu
khí thì năng lượng này là rất lớn.
Xử lí các chất độc hại, chất hữu cơ khó phân hủy rất tốt.
Khả năng chịu sốc cao do tải lượng lớn.
ít tốn diện tích.
5. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phân hủy
kị khí
a. Nhiệt độ

-D

ỈỊ
§s
ọ■
0.
h
Ũ
J

GVHD: ThS. Trương Thế Quang

15


Sulíate-reducing Methane-íorming

bacteria
bacteria
Phương pháp sinh học xử lý môi tnrờng

SVTH: Nhóm 2

b. Thời gian lun:
c. thuộc
pH: nuớc thải và điều kiện môi truờng. Đủ lâu cho phép các hoạt động trao
Tùy
đổi kỵ khí
❖ pH hoạt động: 6.7 - 7.4
❖

pH tối ưu: 7.0 - 7.2

g
m/
l
0s
C
O
D
g
m/
l
5 2 54 56 58 8 8 7 8 4 5 . 5 8 8 7 7 2 7 4 7 5 7 8 8 8 2
plhhiri Oi
Anh hưởng của pH đến hiệu suất xử lý và sự tạo khí

d. Cạnh tranh giữa VK metan và vi khuân khử sulíat

Vi khuân metan
sulfate rất cạnh
COD/ S04 = 1 . 7 -

và VK khử
tranh ở tỷ số
2.7

Tỷ số này tăng
metan.

có lợi cho VK

GVHD: ThS. Trương:

17


Chất rắn lơ lửng
mg/l
800 -1200
COD
mg/1
700 -1500
Phương
Phương
Phươngpháp
pháp

phápsinh
sinh
sinhhọc
học
họcxử
xử
xửlýlýlýmôi
môi
môitnrờng
tnrờng
tnrờng
SVTH:
SVTH:
SVTH:Nhóm
Nhóm
Nhóm222
BOD5
mg/1
600 -1300
Tổng Nitơ
mg/1
100 - 350
0 -triệt
7 0 đế các cặn còn sót lại
Photpho Sau đó, nước được bơm
mg/1
vào bế lọc áp lực đề loại3bó
Bậc xử lý trong nước
Quá >Sưđồ
trình xửdây

lý chuyền công nghệ xử
trước khi đi vào bề khử trùng.
Sơ bộ
Tách1v*
rác, lắng cát, cân bằng, tuyển nổi
■
_,
Bậc 1
kỵ*trùng,
khí trong
UASB
TạiXử
bể lý
khử
nướcbểthải
được được khử trùng
khikìxảKẻt
thảihợp
vàolăng
nguồn
*Jr
Xửtrước
ìý định
cát tiếp
nhận,
để
Bậc 2
Xử lý hiếu khí Aeroten
Bậc 3
Keo tụ, lắng lọc, khử trùng

Nước thải MBH SCP
Hồ thu
Bể tách dầu 1 thủy sản WÊÊÊÈấ

1 Bể điều hòa 1
■
Ị BeUASB

Điều chỉnh pH
BẵngIV.
ĩ: Thành
phần
các
chất
trong
nước
thải
của
máyNƯỚC
chế biếnTHẢI CÔNG
ỨNG DỤNG BẺ UASB ĐẺ xửnhàLÝ
NGHIỆP CHẾ BIẾN THỦY SẢNBùn tuần
Khí nén
thủy
lĩơànsăn
Bể chứa bùn

Bể lắng H BeAerotank

Ị

Nồng dộ các chất
Khí nén Clo
Khí Bùn thải
í
thải
Nước đã xư lý Tiêu chuẩn
TC VN:
Biogas
Bể trung
M
Bê
lọc
áp
lực
5945-1995.
loại
A
Băng . Kết quả nước thải đâ u ra nhà máy chế biến thủy sản sau khi xử lý.
­
pH
5,5 - 9
6-9
“> Như vậy, hệ thống xử lý nước thãi đã loại bỏ 90% chất rắn lơ lửng, 96-97%
Chất rắn lơ
mg/1
75,5
50
Bao gồm
cácBOD
công đoạn như

sau:
COD,
Nguồn tiếp nhận (QCVN 24:2 009/BTNMT, cột A)
COD
mg/1
68
50
❖ Lọc rác bằng máy lọc rác tự động
BOD5
mg/1
32
30
❖ Thu gom, cân bằng nước thải và tách dầu mở
❖ Diễnmg/1
giải công nghệ: 25
Tồng Nitơ
15
❖ Xử lý bậc 1 bằng phương pháp sinh học yếm khí trong bể UASB
Photpho
nig/1trước khi đi vào bể
1,8gom được tách các4chất rắn thô bằng lưới chắn rác.
Nước thải
Nước thải
sau khi qua SCR sê tự chảy qua bể tách dầu kết hợp bể lắng cát

Thành phần

Đưn vị

Nước

tách
dầunước
kết hợp
lắngqua
cáthệ
sẽthống
tự chảy
bềmột
điềusố
hòa,
Khảosau
sátkhi
và qua
phânbểtích
mẫu
thảibể
chưa
xửvào
lý tại
nhàmáy
máy
khuấy
trộn
chế
biến
chìm
hòa
trộn
đồng đều nước thải trên toàn diện tích bể, ngăn ngừa hiện tượng lắng
thủysẽsản

cho
thấy:
cặn ở bề
sinh ra
khó
chịu.ô nhiễm hữu cơ (BOD) cao gấp 20 đến 40 lần;
❖ mùi
Hàm
lượng
Nước
sau be
điềuvihòa
được
bơm lên vượt
bổ UASB.
Đây lần
là công
trìnhlượng
sinh học
❖ Hàm
lượng
sinh
(colitòrm)
gấp ngàn
và hàm
chấthoạt
rắn lơ
động trong
lửng
trong

điều kiệnnước
kỵ khí,
lý các
loại
nước
nồngnước
độ ô thải
nhiễm
cao.nghiệp cho phép thải
(SS)xửvượt
hơn
100
lầnthải
tiêucó
chuẩn
công
Thành phân
Đơn vị đo
Hàm lượng
Nước thải sau khi qua bể ƯASB sẽ tự chảy vào cụm be anoxic và be aerotank.
GVHD:
GVHD:
GVHD:ThS.
ThS.
ThS.Trương
Trương
TrươngThế
Thế
ThếQuang
Quang

Quang

19
21
20
18