XỬ lý nước THẢI (bản chính)

Trường đại học Mỏ - Địa chất
Hanoi University of Mining and Geology

BÀI THUYẾT TRÌNH
TÌM HIỂU QUÁ TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP SINH
HỌC
Bộ môn: Công Nghệ Sinh Học
Giảng viên: Nguyễn Thị Linh
Nhóm 7:
Lê Thị Bích Ngọc
Lê Thị Thảo Nguyên
Nguyễn Trung Nguyên
Nguyễn Hữu Nhân
Võ Hoài Phúc


Giới thiệu
-

Nắm được vai trò của nước đối với con người
Nắm được nguyên nhân và chất gây ô nhiễm nguồn nước
Hiểu rõ các phương pháp xử lý nước thải bằng công nghệ sinh học


Nội dung

2. Sự ô nhiễm nguồn
1.

Vai trò của nước

nước

3. Các phương pháp xử lý nước thải bằng
công nghệ sinh học


Não bộ: 80%

Vai trò của nước đối với đời sống con người

Tim: 75%

Phổi: 86%

•
Gan: 86%

Thận: 83%

Cơ bắp: 75%

Máu: 90%

-

Nước đóng vai trò hết sức quan trọng trong việc đảm bảo
cho cơ thể hoạt động khỏe mạnh và hiệu quả
Chuyên chở đầy đủ oxy, chất dinh dưỡng nuôi tế bào
Chuyển hóa thực phẩm thành năng lượng
Giúp cơ thể dễ dàng hấp thụ các chất dinh dưỡng

Loại bỏ độc tố, chất thừa ra khỏi cơ thể
Bảo vệ xương tránh viêm sưng, đau nhức
Điều hòa nhiệt độ cơ thể


Vai trò của nước đối với đời sống con người

-

Nước là hợp chất quan trọng để các phản ứng hóa học và sự trao đổi chất diễn ra không ngừng
trong cơ thể

-

Nước là một dung môi, nhờ đó tất cả các chất dinh dưỡng được đưa vào cơ thể, sau đó được
chuyển vào máu dưới dạng dd nước

- Trong điều kiện bình thường, trong một ngày cơ
thể cần khoảng 40ml nước/kg cânnặng, trung bình
2-2,5 lít nước/ngày. Nhu cầu về nướclà không thể
thiếu trong mọi hoạt đông của con người


2. Sự ô nhiễm nguồn nước

•

Các nguyên nhân gây ô nhiễm nguồn nước

Ô nhiễm

nhân tạo

Sinh hoạt của con người

Nhà máy, xí nghiệp, các khu công
nghiệp thải trong hoạt động sản xuất

Ý thức bảo bệ môi trường
của con người

NƯỚC Ô NHIỄM
Ô nhiễm
tự nhiên

Do thiên tai
(núi lửa, xói mòn, lũ lụt)

Di chuyển, khuấy động
Các sản phẩm hoạt động
sống của sinh vật

nguồn nước do lũ lụt


2. Sự ô nhiễm nguồn nước

•

Các nguyên nhân gây ô nhiễm nguồn nước

2. Sự ô nhiễm nguồn nước

•

Các chất gây ô nhiễm

 Hợp chất hữu cơ:
- Hợp chất hữu cơ khó bay hơi: phenol, benzen, dung môi hữu cơ
- Hợp chất hữu cơ khó xử lý: hợp chất màu hữu cơ, công nghệ dệt, nhuộm, in…
- Hợp chất hữu cơ bay hơi gây ô nhiễm không khí
 Các kim loại nặng: Cd2+, Pb2+, Hg2+, Ni2+... thường có trong chất thải và nước thải công
nghiệp.

 Chất rắn gây ô nhiễm nguồn nước
 Rác thải cơ học


3. Các phương pháp xử lý nước thải bằng công nghệ sinh học
Được ứng dụng để xử lý các chất hữu cơ hoà tan có trong nước thải cũng như một số chất ô nhiễm vô cơ khác như
H2S, sunfit, ammonia, nitơ… dựa trên cơ sở hoạt động của vi sinh vật để phân huỷ chất hữu cơ gây ô nhiễm. Vi sinh vật
sử dụng chất hữu cơ và một số khoáng chất làm thức ăn để sinh trưởng và phát triển.
Chia làm 2 loại: - Phương pháp kỵ khí
- Phương pháp hiếu khí
Một số chủng vi sinh vật được ứng dụng để xử lý nước thải:
- Chủng vi sinh hoạt tính lơ lửng: achromobacter, alcaligenes, arthrobacter, citromonas, flavobacterium,
zoogloea…
- Chủng vi sinh tuỳ nghi: nitrosomonas, nitrobacter, nitrosospira, dethiobacillus, siderocapsa, methanonas,
spirillum, denitrobacillus, moraxella, thiobacillus, pseudomonas …
-Chủng vi sinh dính bám: arcanobacterium pyogenes, staphylococcus aureus, staphylococcus hyicus,

streptococcus agalactiae, corynebacterium


3. Các phương pháp xử lý nước thải bằng công nghệ sinh học

 Vai trò:

–

Công nghệ xử lý nước thải ngày càng đi sâu vào áp dụng công nghệ sinh học
và các biện pháp sinh học cũng đã chứng minh hiệu quả xử lý triệt để, hơn hẳn
những biện pháp xử lý hóa lý khác

– Trong quá trình xử lý này, con người không tác động trực tiếp các biện pháp lý

hóa vào quá trinh khép kín, do đó lượng nước thải sau khi xử lý được đưa vào
tự nhiên sạch hơn mà không bị biến đổi thành phần tính chất

 Mục đích: đáp ứng mục đích đưa dòng thải vào vòng tuần hoàn tự nhiên của
vật chất, chất thải được xử lý và phân hủy theo chu trình sinh học tự nhiên. Kết
quả của quá trình xử lý là các chất thải được chuyển hóa hoàn toàn thành dòng
thải sạch (đủ tiêu chuẩn)


Xử lý nước thải bằng công nghệ sinh học

3.1. Công nghệ sinh học hiếu khí
Quá trình xử lý sinh học hiếu khí nước thải gồm ba giai đoạn sau:
- Oxy hoá các chất hữu cơ:
CxHyOz + O2 => CO2 + H2O + DH

- Tổng hợp tế bào mới:
CxHyOz + NH3 + O2 => CO2 + H2O + DH
- Phân huỷ nội bào:
C5H7NO2 + 5O2 => 5CO2 + 5 H2O + NH3 ± DH

 Có thể xảy ra ở điều kiện tự nhiên hoặc điều kiện nhân tạo
 Tùy theo trạng thái tồn tại của VSV, quá trình xử lý sinh học hiếu khí có thể chia thành 2 loại:
- Xử lý sinh học hiếu khí với VSV sinh trưởng dạng lơ lửng
- Xử lý sinh học hiếu khí với VSV dạng bám dính.


Xử lý nước thải bằng công nghệ sinh học

3.1.1. Công nghệ xử lý nước thải bùn hoạt tính hiếu khí (Aerotank)

•

Aerotank truyền thống là qui trình xử lý sinh học hiếu khí nhân tạo, các chất hữu cơ dễ bị phân
hủy sinh học được VSV hiếu khí sử dụng như một chất dinh dưỡng sinh trưởng và phát triển

•

Không khí trong bể Aerotank được tăng cường bằng các thiết bị cung cấp khí: máy sục khí bề
mặt, máy thổi khí…để cung cấp không khí một cách liên tục.


Xử lý nước thải bằng công nghệ sinh học

3.1.1. Công nghệ xử lý nước thải bùn hoạt tính hiếu khí (Aerotank)

Cơ chế Aerotank



Trong bể bùn hoạt tính hiếu khí với sinh vật sinh trưởng dạng lơ lửng, quá trình phân hủy xảy ra khi
nước thải tiếp xúc với bùn trong điều kiện sục khí liên tục. Việc sục khí nhằm cung cấp đủ lượng oxy một
cách liên tục và duy trì bùn hoạt tính ở trạng thái lơ lửng.



Vi sinh vật phát triển bằng cách phân đôi. Thời gian cần để phân đôi tế bào thường gọi là thời gian sinh
sản, có thể dao động từ dưới 20 phút đến hằng ngày.


Xử lý nước thải bằng công nghệ sinh học

3.1.1. Công nghệ xử lý nước thải bùn hoạt tính hiếu khí (Aerotank)

Cơ chế Aerotank
     Chất hữu cơ + O2 => CO2 + H2O + tế bào mới + sản phẩm trung gian


Xử lý nước thải bằng công nghệ sinh học

3.1.1. Công nghệ xử lý nước thải bùn hoạt tính hiếu khí (Aerotank)


-

Ưu điểm:


-

Nhược điểm:

Hiệu suất xử lý theo BOD đạt khoảng 90 – 95%
Loại bỏ được Nito trong nước thải
Vận hành đơn giản, an toàn
Thích hợp với nhiều loại nước thải

Thể tích bể lớn, chiếm nhiều diện tích
Chi phí xây dựng, chi phí vận hành cao, đặc biệt là sục khí cao
Không chịu được thay đổi đột ngột về trọng tải hữu cơ


Xử lý nước thải bằng công nghệ sinh học

3.1.2. Công nghệ lọc sinh học ( Trickling Filter)



Bể lọc sinh học là công trình nhân tạo, trong đó chất thải được lọc qua lớp vật liệu lọc rắn có bao bọc lớp
màng vi sinh vật. Quá trình sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật bằng cách sử dụng cơ chất (là các chất
ô nhiễm có trong nước thải) làm thức ăn quyết định hiệu quả xử lý nước thải.


Xử lý nước thải bằng công nghệ sinh học

3.1.2. Công nghệ lọc sinh học ( Trickling Filter)

Cấu tạo chính của bể:

Phân loại:

-

Bể lọc có lớp vật liệu lọc không ngập trong
nước.

-

Bể lọc có lớp vật liệu lọc ngập trong nước

-

Thiết bị phân phối nước trên bề mặt bể
lọc

-

Phần chứa vật liệu lọc
Hệ thống thu nước sau xử lý
Hệ thống cấp khí cho bể lọc


Ưu điểm và nhược điểm

Ưu điểm

Lọc sinh học có lớp vật liệu không ngập trong nước

Lọc sinh học có lớp vật liệu ngập trong nước

-  Tiết kiệm chi phí nhân công .

-  Tiết kiệm diện tích xây dựng.

-  Tiết kiệm năng lượng (thông gió tự nhiên).

-  Đảm bảo mỹ quan, không ô nhiễm mùi.

 

-  Không cần phải rửa lọc.
-  Thời gian khởi động hệ thống nhanh.
-  Dễ dàng trong vận hành và khả năng tự động hóa.

Nhược điểm

-  Hiệu suất làm sạch nhỏ hơn.

Làm tăng tổn thất tải lượng, giảm lượng nước thu hồi.

-  Dễ bị tắc nghẽn.

-  Tiêu tốn năng lượng cho việc thông khí nhân tạo.

-  Rất nhạy cảm với nhiệt độ.

-  Khí phun lên tạo nên dòng chuyển động xoáy, làm

-  Có khả năng gây mùi hôi.

giảm khả năng giữ huyền phù.

-  Bùn dư không ổn định.
-  Giá thành xây dựng cao.
-  Khối lượng vật liệu lớn.


Xử lý nước thải bằng công nghệ sinh học

3.1.3 Công nghệ xử lý sinh học dạng mẽ(SBR)
Bể hoạt động gián đoạn là hệ thống xử lý nước thải với bùn hoạt tính theo kiểu làm đầy và xả cạn. Quá trình
xảy ra trong bể SBR tương tự như trong bể bùn hoạt tính hoạt động liên tục chỉ có điều tất cả xảy ra trong cùng
một bể và được thức hiện lần lượt theo các bước:
(1)-Làm đầy
(2)-Phản ứng
(3)-Lắng
(4)-Xả cặn
(5)-Ngưng


Xử lý nước thải bằng công nghệ sinh học

3.1.4 Công nghệ sinh học tăng trưởng dính bám



Chất hữu cơ sẽ bị phân hủy bởi quần thể vi sinh vật dính bám trên lớp vật liệu lọc. Các chất hữu cơ có
trong nước thải sẽ bị hấp phụ vào màng vi sinh vật dày 0,1 – 0,2 mm và bị phân hủy bởi vi sinh vật hiếu khí.
Khi vi sinh vật sinh trưởng và phát triển, bề dày lớp màng tăng lên, do đó lượng oxy sẽ bị tiêu thụ trước khi
khuếch tán hết chiều dày lớp màng sinh vật. Như vậy, môi trường tuỳ nghi được hình thành ngay sát bề
mặt vật liệu lọc.



Khi chiều dày lớp màng tăng lên, quá

trình đồng hóa chất cơ xảy ra trước
khi chúng tiếp xúc với vi sinh vật gần bề
mặt vật liệu lọc. Kết quả là vi sinh vật ở
đây bị phân hủy nội bào, không còn khả
năng bám dính lên bề mặt vật liệu lọc và
bị rửa trôi .


Xử lý nước thải bằng công nghệ sinh học

Công nghệ sinh học tăng trưởng dính bám
Nguyên lý hoạt động của bể này tương tự như trường hợp vi
sinh vật sinh trưởng dạng lơ lửng chỉ khác là vi sinh vật phát
triển dính bám trên vật liệu tiếp xúc đặt trong bể.
Ưu điểm:
- Hệ vi sinh cộng sinh đem lại
hiệu quả xử lý tốt.
- Giảm 30% thể tích so với các
công nghệ hiện có giúp giảm
diện tích hệ thống, giảm chi

phí đầu tư ban đầu.
-Hệ thống sensor giúp tiết
kiệm 40% điện năng tiêu thụ
so với các hệ thống khác.


Xử lý nước thải bằng công nghệ sinh học

3.2 Công nghệ sinh học kỵ khí
Quá trình phân hủy kỵ khí các chất hữu cơ là quá trình sinh hóa phức tạp tạo
ra hàng trăm sản phẩm trung gian và phản ứng trung gian. Tuy nhiên,phương
Trình phản ứng sinh hóa trong điều kiện kỵ khí có thể biểu diễn đơn giản như
sau:
(CHO)nNS => CH4 + CO2 +NH3 +H2S + tế bào mới

Quá trình phân hủy kỵ khí xảy ra theo 4 giai đoạn:

-Giai đoạn 1: Thủy phân,cắt mạch
các hợp chất cao phân tử.
- Giai đoạn 2: Acid hoá;
- Giai đoạn 3: Acetate hoá;
- Giai đoạn 4: Methane hoá

Tuỳ theo trạng thái của bùn, có thể chia quá trình xử lý kỵ khí thành:
 - Quá trình xử lý kỵ khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng lơ lửng.
- Quá trình xử lý kỵ khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng dính bám


Xử lý nước thải bằng công nghệ sinh học

3.2.1 Công nghệ bể xử lý ki khí (UASB - Upflow Anaerobic
Bludge Blanket)



Trong quá trình xử lý nước thải bằng công nghệ kỵ khí, các chất hữu cơ trong nước thải được chuyển hoá thành
mêtan và khí cacbonic, quá trình được thực hiện không có mặt của oxy. Hệ thống xử lý kỵ khí có thể là các ao kỵ khí
hoặc các dạng khác nhau của bình phản ứng tải trọng cao.



Hồ kỵ khí được sử dụng để xử lý nước thải có nồng độ chất hữu cơ và hàm lượng cặn cao. Độ sâu hồ kỵ khí phải
lớn 2,4 m (8 ft), có thể đạt đến 9,1 m với thời gian lưu nước dao động trong khoảng 20–50 ngày.



Quá trình ổn định nước thải trong hồ xảy dưới tác dụng kết hợp của quá trình kết tủa và quá trình chuyển hoá chất
hữu cơ thành CO2, CH4, các khí khác, các acid hữu cơ và tế bào mới. Hiệu suất chuyển hoá BOD5 có thể đạt đến
70 – 80 %.



Xử lý nước thải bằng công nghệ sinh học

3.2.2 Công nghệ sinh học kỵ khí UASB
Nguyên tắc: Sử dụng bể USAB là bể xử lý sinh học dòng chảy ngược qua
tầng bùn kỵ khí bể được thiết kế cho nước thải có nồng độ chất hữu cơ
cao,ô nhiễm cao và thành phần chất rắn thấp.