Chuong4 1 QTSH DH nov2010

BK
TPHCM

BÀI GIẢNG

CÁC QUÁ TRÌNH SINH HỌC TRONG
CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG
Chương IV: QUÁ TRÌNH SINH TRƯỞNG BÁM DÍNH-P1

(Attached-Growth Treatment Processes)
(Biofilm reactor)

GVHD: TS. Lê Hoàng Nghiêm
Email:



BK
TPHCM

GI I THI U QUAÙ TRÌNH SINH TRÖÔÛNG BAÙM DÍNH

Quá trình sinh h c bám dính (STBD) là quá trình trong
đó màng sinh h c (biological slimes) hình thành trên
các giá th (media) đ đ ng hóa (assimilate) và oxy
hóa (oxidize) các ch t ô nhi m trong n c th i.
2

TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM

BK
TPHCM

QUA
ƯỞNG
ÍNH (STBD)
QUÁÙ TRÌNH SINH TR
TRƯỞ
NG BA
BÁÙM D
DÍNH

Trong quá trình STBD, VSV bám dính (màng
sinh học) trên các giá thể trơ sẽ chuyển hóa
và khử hợp chất hữu cơ hoặc chất dinh
dưỡng.
Quá trình STBD có thể họat động như quá trình
hiếu khí hay kò khí.
Giá thể cố đònh có thể đặt ngập trong nước
hoặc không đặt ngập.
Biofilm đ c s d ng trong các cơng trình l c
sinh h c, RBC, hi u khí ti p xúc (contact
aerator), l c ng p (SAF), MBBR.
3

TS.LÊ HỒNG NGHIÊM


BK
TPHCM

QUA
Ử LY
ƯỞNG
ÍNH
QUÁÙ TRÌNH X
XỬ
LÝÙ SINH TR
TRƯỞ
NG BA
BÁÙM D
DÍNH

Màng sinh học gồm có những VSV, cặn/hạt, và
polymer ngoại bào bám dính và bao phủ bề mặt giá
thể (nhựa, đá) .
Độ dày màng sinh học = 100 m đến 10mm.
Trong thực tế lớp màng sinh học rất phức tạp, cấu
trúc không đồng đều.
Nồng độ VSS của màng sinh học có thể khoảng từ 40
– 100 g/L.
Không có sự phát triển đồng đều của MSH trong lớp
giá thể vật liệu, bởi vì chúng sẽ bò bong ra khỏi giá
thể theo đònh kì.

4

TS.LÊ HỒNG NGHIÊM

QUA
Ử LY
ƯỞNG
ÍNH HIE
QUÁÙ TRÌNH X
XỬ
LÝÙ SINH TR
TRƯỞ
NG BA
BÁÙM D
DÍNH
HIẾÁU KH
KHÍÍ
(AEROBIC ATTACHED
-GROWTH TREATMENT PROCESSES)
ATTACHED-GROWTH

BK
TPHCM

Quá trình tăng trưởng hiếu khí bám dính được sử
dụng đễ khử chất hữu cơ và thực hiện quá trình nitrat
hóa.
Các công trình sử dụng quá trình này bao gồm:
Lọc sinh học nhỏ giọt (trickling filter)
Lọc sinh học cao tải (roughing filter)
Bể sinh học tiếp xúc quay (rotating biological contactor RBC)
Bể nitrat hóa màng dính bám (fix-film nitrification reactor)
Bể lọc sinh học ngập nước hiếu khí (Submerged aerated
biofilter)

Các công trình này có thể chòu được tải trọng shock
và sự thay đổi nhiệt độ.
5

TS.LÊ HỒNG NGHIÊM


BK
TPHCM

PHÂN LOA
LOẠÏI BE
BỂÅ SINH HO
HỌÏC STBD HIE
HIẾÁU KH
KHÍÍ

CƠNG TRÌNH SINH H C T NG
CƠNG TRÌNH SINH H C
TR
NG BÁM DÍNH
T NG TR
NG L L NG
•L c sinh h c
CƠNG TRÌNH LAI H P
•Bùn ho t tính
•B sinh h c ti p quay (RBC)
•L c sinh h c bùn ho t tính.
•SBR

•B sinh h c hi u khí ti p xúc •L c sinh h c hi u khí v t li u ng p
•MBR
(submerged aerated biofilter – SAF)
(contact aerator).
•M ng oxy hóa (OD)
•B sinh h c t ng giá th đ ng
(moving bed bioreactor - MBBR)

6

TS.LÊ HỒNG NGHIÊM


Cấu tạo màng vi sinh vật

BK
TPHCM

Nước thải
Lớp nước tónh

Q, S

Giá thể

Màng vi sinh vật

z
Chất hữu cơ
O2

Sản phẩm
sau cùng

Nước thải

7

Q, S+( S/ z)dz

CO2

Lớp màng vi sinh vật
chia thành hai lớp: Lớp
màng kò khí ở bên trong
và lớp màng hiếu khí ở
bên ngoài.
Màng vi sinh luôn tồn tại
đồng thời vi sinh vật kò khí
và vi sinh vật hiếu khí

Oxy hoà tan trong nước
chỉ khuếch tán vào gần
z + dz
bề mặt màng
TS.LÊ HỒNG NGHIÊM


Cấu tạo màng vi sinh vật

BK

TPHCM

Nước thải

Giá thể

z

Màng vi sinh vật

Lớp nước tónh

Q, S

Chất hữu cơ

Sb

0

L
x

8

O2

dx

− De As

x + Δx

x + dx

Ss
Sản phẩm
sau cùng

z + dz

− D e As

dS f

dS f
dx

x

x

CO2

Nước thải
Q, S+( S/ z)dz

Hình vẽ: Mô hình hóa lớp màng vi sinh vật

TS.LÊ HỒNG NGHIÊM

DO
DOỉỉNG
NG Cễ CHA
CHAT TRONG MA
MAỉỉNG
NG SINH HO
HOẽẽC

BK
TPHCM

Dũng c ch t xuyờn qua l p n c t nh l m t hm s c a
h s khu ch tỏn c ch t v n ng c ch t:

( Sb Ss )
dS
Dw
= Dw
(4.1)
dx
L
S
n

d ng d u (-) vỡ n ng c ch t gi m d n d c theo l p
c t nh v c ch t c lo i b t kh i ch t l ng

Dw = h s khu ch tỏn c ch t trong n

c, m2/ngy

dS/dx = gradient n ng c ch t, g/m3.m
Sb = n ng c ch t trong kh i ch t l ng, g/m3
Ss = n ng c ch t trờn b m t mng sinh h c, g/m3
L
9

=

dy hi u qu c a mng nh y, m
TS.Lấ HONG NGHIấM


BK
TPHCM

DO
DOỉỉNG
NG Cễ CHA
CHAT TRONG MA
MAỉỉNG
NG SINH HO
HOẽẽC

Qỳa trỡnh truy n kh i trong mng sinh h c c mụ t b i
nh lu t Ficks cho s khu ch tỏn trong dung d ch:

rbf = De

S f

(4.2)

x

rbf = T c dũng c ch t trong mng sinh h c do truy n kh i, g/m2.ngy
De = H s khu ch tỏn trong mng sinh h c, m2/ngy
Sf/x = gradient n ng c ch t, g/m3.m

T c s d ng c ch t trong mng sinh h c

rsu =

kS f X
Ks + S f

m i i m:

(4.3)

rsu = T c s d ng c ch t trong mng sinh h c, g/m2.ngy
10
S

f

= N ng c ch t

1 i m trong mng sinh h c, g/m3

TS.Lấ HONG NGHIấM


CÂN BA
ƯNG
BẰÈNG
NG KHO
KHỐÁI LLƯ
NG CƠ CHA
CHẤÁT CHO MA
MÀØNG
NG SINH HO
HỌÏC

BK
TPHCM

Cân b ng kh i l ng c ch t cho vi phân th
quanh (dx) trong màng sinh h c:
T c đ tích = T c đ dòng c ch t vào
l y c ch t
trong ph n
ph n vi phân
vi phân

tích xung

T c đ dòng + t c đ s d ng c
ch t trong ph n vi

c ch t ra
kh i ph n vi
phân
phân

Trong đi u ki n n đ nh, cân b ng kh i l

ng là:

Tích l y = vào - ra + phát sinh

⎛ kS f X
0 = − De As
+ De As
− ΔxAs ⎜
⎜K +S
dx x + Δx
dx x
f
⎝ s
dS f

dS f

⎞
⎟ (4.4)
⎟
⎠

As = Di n tích MSH ti p xúc v i dòng c ch t, m2

x = Kho ng bi n thiên, m
11

TS.LÊ HỒNG NGHIÊM


CÂN BA
ƯNG
BẰÈNG
NG KHO
KHỐÁI LLƯ
NG CƠ CHA
CHẤÁT CHO MA
MÀØNG
NG SINH HO
HỌÏC

BK
TPHCM

Chia 2 v cho As và dx, và l y biên t
x đ n 0 thu
đ c ph ng trình cho s thay đ i n ng đ c ch t trong
MSH.

⎛ kS f X
De
−⎜
2
⎜K +S

dx
f
⎝ s
d 2S f

gi i ph

⎞
⎟ = 0 (4.5)
⎟
⎠

ng trình trên c n 2 đi u ki n biên:

Dòng c ch t b m t màng sinh h c b ng v i dòng c
ch t xun qua l p màng t nh
Khơng có dòng

b m t giá th .

dS f
dx
12

= 0 (4.6)
x =L
TS.LÊ HỒNG NGHIÊM


BK

TPHCM

BE
BỂÅ LO
LỌÏC SINH HO
HỌÏC (TRICKLING FILTER)

Bể l c SH nhỏ giọt ứng dụng quá trình STBD,
nước thải được phân phối đều khắp diện tích
bề mặt của bể chứa những giá thể cố đònh
không đặt ngập.
Những vật liệu cố đònh có thể bằng đá, nhựa
plastic, xỉ than được thiết kế sao cho chiếm
kho ng 90 – 95% thể tích của tháp gồm có
những khe hở.

13

TS.LÊ HỒNG NGHIÊM


B L C SINH H C

BK
TPHCM

Secondary treatment

Primary treatment
disposal

screenings

grit

Recycled flow
scum

Primary
sedimentation
tank

Raw
sewage
Fine bar
screens

Qr

Treated
effluent
Q, S

Q, So
Grit chamber
Primary sludge

High rate
trickling filter
Disinfectant
(chlorine)

Sludge
thickening

Anaerobic
digestion

Secondary
sedimentation
tank

Belt press or
sludge lagoon

Sludge disposal

Sludge treatment
14

TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM


BK
TPHCM

B L C SINH H C

Vòi phun

B L C SINH H C

V t li u l c

Lô thông h i

sàn thu n

c
B L NG II

Vào
Ra
T i x ly bun

15

Màng nh y vi sinh v t phu lên bê m t v t li u l c. Màng nh y là qu n thê vi
sinh chu y u VK di d ng hi u khi oxy hóa CHC khi NT đi qua.
V t li u l c: a, s i, nh a t ng h p
Khi màng VS phát tri n dày l p màng VS bên trong thi u oxy va ch t dinh
d ng
gi m t c đô oxy hóa
tê bao ch t, m t kha n ng bám dính
màng VS tróc ra kh i VL l ng l i bê l ng II
Áp d ng: T ng t BHT
Thu n l i: Tiêu thu n ng l ng th p, chi phí QL va VH th p
TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM
B t l i: òi h i di n tích r ng, có mùi hôi.

BK
TPHCM

16

Caỏu taùo maứng vi sinh vaọt

TS.Lấ HONG NGHIấM


BE
BEÅÅ LO
LOÏÏC SINH HO
HOÏÏC

BK
TPHCM

17

TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM


BE
BEÅÅ LO
LOÏÏC SINH HO
HOÏÏC

BK
TPHCM

18

TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM


BK
TPHCM

19

GIAÙ THEÅ TRONG BEÅ LOÏC SINH HOÏC

TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM


BK
TPHCM

ƯNG BE
ẶC TR
THÔNG SO
SỐÁ Đ
ĐẶ
TRƯNG
BỂÅ LO
LỌÏC SINH HO
HỌÏC
Tải trọng thuỷ lực hay tải trọng bề mặt (Hydraulic
loading rate - HRT):

Lưu lượng nước thải Q + Qr ⎡ m 3 ⎤
=
Tải trọng bề mặt =
⎢ 2
⎥ (4.18)
A ⎣ m ngay ⎦
Diện tích bể lọc

Tỉ số tuần hoàn (Recirculation ratio):

Qr
(4.19)
R=
Q
Tải trọng hữu cơ (Organic loading rate - OLR):

Tải trọng BOD Q × So
=
Tải trọng hữu cơ =
V
Thể tích bể lọc

20

⎡ kgBOD ⎤
⎢ m 3ngay ⎥ (4.20)
⎣
⎦
TS.LÊ HỒNG NGHIÊM

BK
TPHCM

PHAN LOAẽI BE LOẽC SINH HOẽC

B l c sinh h c c phõn lo i b ng t i
tr ng th y l c (HRT) hay t i tr ng h u c
(OLR).
B l c sinh h c s d ng ỏ lm v t li u
l c c phõn lo i thnh t i tr ng th p,
t i tr ng trung bỡnh v t i tr ng cao.
B l c sinh h c s d ng v t li u plastic
c tr ng cho b l c sinh h c cao t i. Tuy
nhiờn, giỏ th ti p xỳc plastic c ng c
ng d ng cho t i tr ng h u c th p.
21

TS.Lấ HONG NGHIấM


BK
TPHCM

PHÂN LOẠI BỂ LỌC SINH HỌC

L c t i tr ng th p (Trickling filter) (1)
L c t i tr ng th p t ng đ i t ng gi n, b l c có hình
d ng tròn ho c hình ch nh t. Thơng th ng, l u
l ng đ c cung c p t b tr n n c th i vào và dòng

tu n hồn.
B tr n nh , th ng th i gian l u n c ch 2 phút d a
trên l u l ng thi t k trung bình,
nh ng h th ng
nh , l u l ng vào ban đêm ít l ng n c đ u vào b
gián đo n và dòng tu n hồn c n thi t đ gi đ
m
cho giá th ti p xúc (US.EPA, 1974).
N u dòng vào b l c ng ng lâu h n 1 ho c 2 gi , hi u
qu c a x lý c a b l c kém h n vì tính ch t ch t nh n
sinh h c thay đ i do thi u đ m.
22

TS.LÊ HỒNG NGHIÊM


BK
TPHCM

PHÂN LOẠI BỂ LỌC SINH HỌC
L c t i tr ng th p (Trickling filter) (2)

Ph n l n l c sinh h c t i tr ng th p, giá th ti p xúc
cao nh t kho ng 0,6 đ n 1,2 m s có ch t nh n sinh
h c đáng k . K t qu là nh ng vi trí phía d i c a v t
li u l c có th là n i c trú c a nh ng vi khu n t
d ng nitrat hố, oxi hố ammonia thành d ng nitrit và
nitrat.
N u m t đ VK nitrat hố đã thích nghi t t, và n u đi u
ki n khí h u và đ c tính n c th i thu n l i thì l c t i

tr ng th p ho t đ ng t t có th x lý BOD và nitrat hố
hi u qu cao.
Mùi là v n đ c n quan tâm, đ c bi t n u n c th i ơi
ho c gây th i, ho c n u th i ti t m. L c sinh h c t i
tr ng th p khơng nên đ c nh ng v trí mà mùi s gây
nên mùi khó ch u.
23

TS.LÊ HỒNG NGHIÊM


BK
TPHCM

PHÂN LOẠI BỂ LỌC SINH HỌC

L c t c đ cao và trung bình
L c t i tr ng cao c ng s d ng đá ho c giá th ti p xúc
plastic. L c th ng đ c tu n hồn và l u l ng vào
liên t c.
Tu n hồn đ u ra c a l c hay đ u ra cu i cùng v i t i
tr ng h u c cao, cung c p l u l ng cao cho l c đ
c i thi n s phân b n c th i; đi u khi n chi u dày
l p nh n, cung c p nhi u oxi trong l u l ng n c
th i đ u vào; và tu n hồn nh ng vi sinh v t có th t n
t i.
Tu n hồn c ng giúp ng n ch n và làm gi m mùi và
ru i (US.EPA, 1974).
L c sinh h c t i tr ng cao và trung bình có th đ
thi t k là q trình 1 ho c 2 b c.

24

c

TS.LÊ HỒNG NGHIÊM


BK
TPHCM

PHAN LOAẽI BE LOẽC SINH HOẽC
L c thụ

L c thụ l d ng l c t i tr ng cao x lý t i l ng h u c l n
h n 1,6 kg/m3.ngy v t i l ng th y l c trờn 190
m3/m2.ngy.
Trong ph n l n tr ng h p, l c thụ c ng d ng x lý
n c th i tr c khi n x lý b c 2. Ph n l n l c thụ c
thi t k s d ng giỏ th ti p xỳc plastic (WPCF, 1998).
M t trong nh ng thu n l i l c thụ l nhu c u n ng l ng
th p cho vi c kh BOD c a n c th i n ng cao c ng nh
so v i bựn ho t tớnh.
L ng BOD kh trờn n v n ng l ng truy n t ng.
Nhu c u n ng l ng i v i l c thụ kho ng t 2 n 4 kg
BOD5/kWh so v i 1,2 n 2,4 kg BOD5/kWh i v i x lý bựn
ho t tớnh.
25

TS.Lấ HONG NGHIấM