Tìm hiểu công nghệ xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học kỵ khí

Trường Đại học Mỏ - Địa chất Hà Nội
Khoa Môi Trường
Môn Quản lý chất thải rắn

TIỂU LUẬN
Đề tài: Tìm hiểu xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học kỵ khí

Giáo viên hướng dẫn:

Sinh viên thực hiện:

………………….

Hà Nội – 2014


Mở đầu
09
Th8
Ngày nay, tốc độ tăng trường kinh tế ngày một cao hơn, việc sử dụng tài
nguyên cũng tăng hơn, đặc biệt là nhu cầu về nước. Nhu cầu về nước ngày càng
tăng, lượng nước thải sinh hoạt và lượng nước thải công nghiệp đã và đang gây ô
nhiễm đáng kể nếu chưa xử lý mà thải ra môi trường. Do đó, không chỉ xử lý nước
thải bằng phương pháp sinh học (xử lý bằng vi sinh) mà còn sử dụng các loại hóa
chất khác.
Xử lý nước thải là loại bỏ các chất ô nhiễm ra khỏi nước bằng các phương
pháp vật lý, hóa học, và phương pháp sinh học để đưa nước thải thành chất lỏng
không độc hại với môi trường. Hiện nay, có rất nhiều phương pháp xử lý nước thải.
Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học là phương pháp được rất nhiều người
quan tâm và sử dụng nhiều. Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học giúp giảm
khả năng tái ô nhiễm môi trường, điều có thể xảy ra khi sử dụng các biện pháp

khác. Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học đóng vai trò rất lớn, quyết định
quy mô, chi phí đầu tư so với phương pháp vật lý và phương pháp hóa học.


I. Vậy công nghệ xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học là gì?
Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học (hay còn gọi là xử lý nước thải
bằng vi sinh) là phương pháp xử lý dựa trên hoạt động sống của vi sinh vật, chủ
yếu là sinh vật hoại sinh có trong nước thải.
Vi sinh vật có trong nước thải sẽ liên tục chuyển hóa các chất hữu cơ bằng
cách duy nhất là tổng hợp thành tế bào mới. Vi sinh vật có thể hấp thụ lượng lớn
các chất hữu cơ qua bề mặt tế bào. Khi hấp thụ xong, nếu các chất hữu cơ không
được đồng hóa thành tế bào chất thì khả năng hấp thụ sẽ về 0. Một phần chất hữu
cơ thấp thụ được dành cho việc kiến tạo tế bào. Một phần chất hữu cơ được oxy
hóa để tạo năng lượng cung cấp cho việc tổng hợp.
Cơ chế xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học (xử lý nước bằng vi
sinh) là vi sinh vật có trong nước thải sử dụng các hợp chất hữu cơ và một số chất
khoáng làm nguồn dinh dưỡng và tạo ra năng lượng. Sản phẩm của các quá trình
phân hủy này là khí CO2, H2O, N2, ion sulfite.
Mục đích của xử lý nước thải bằng vi sinh là khử các chất hữu cơ COD,
BOD,…với nồng độ cao ở trong nước về nồng độ cho phép, ở mức không gây hại
tới môi trường.
Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học (xử lý nước bằng vi sinh) có rất
nhiều ưu điểm, cụ thể:
 Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học (xử lý nước bằng vi sinh) với
chi phí đầu tư ít
 Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học (xử lý nước bằng vi sinh) dễ
vận hành
 Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học (xử lý nước bằng vi sinh) là
phương pháp xử lý thân thiện với môi trường.


Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học (xử lý nước bằng

vi sinh) hiệu suất xử lý cao.


Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học


II. Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học kỵ khí
Quá trình phân hủy các chất hữu cơ trong điều kiện kỵ khí là do sự hoạt
động của các vi sinh vật trong môi trường mà không cần sự có mặt của oxi không
khí và sản phẩm cuối cùng tạo ra gồm CH4, CO2, N2, H2,… và trong đó khí
CH4(metan) chiếm tới 65%. Quá trình này còn có thể gọi là quá trình lên men
metan. Quá trình phân hủy kỵ khí có thể mô tả bằng sơ đồ tổng quát:
(CHO)nNS → CO2 +H2O + CH4 + NH4 + H2 + H2S + tế bào vi sinh
Quá trình xử lý kỵ khí trong điều kiện nhân tạo có thể được áp dụng để xử lý
các loại cặn bã chất thải công nghiệp có hàm lượng chất bẩn hữu cơ cao BOD 1030(g/l).
Quá trình phân hủy kỵ khí chất bẩn là quá trình diễn ra hàng loạt các phản
ứng sinh hóa phức tạp và có thể họp thành 4 giai đoạn, xảy ra đồng thời trong quá
trình phân hủy các chất thải hữu cơ như sau:


Trong 3 giai đoạn đầu thì lượng COD hầu như không giảm, COD chủ yếu
chỉ giảm trong giai đoạn metan hóa.
Trong xử lý kỵ khí cần lưu ý đến 2 yếu tố quan trọng:
 Duy trì sinh khối vi khuẩn càng nhiều càng tốt
 Tạo tiếp xúc đủ giữa nước thải với sinh khối vi sinh vật.
III. Các công trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học kỵ khí
1. Hầm biogas

Biogas là khí sinh học do một số vi khuẩn phân giải kỵ khí chất hữu cơ tạo
ra. Các chất hữu cơ được ủ trong điều kiện kỵ khí để sinh ra các chất khí như H2S,
CO2, N2 và CH4, trong đó CO2 và CH4 có thể cháy được.
Hầm biogas là một hệ thống tự động, khi mà khí được sinh ra trong điều
kiện kỵ khí sẽ đẩy cặn bã vào bể áp lực và ống nạp nhiên liệu. Khi mở van thì các
cặn bã trong bể áp lực và ống nạp nhiên liệu sẽ đẩy khí ra để sử dụng.
Hầm biogas được chia làm ba phần liên tiếp với nhau:
 Ngăn trộn là nơi để trộn các chất hữu cơ với nước trước khi đổ vào hầm
phân hủy.
 Hầm phân hủy là nơi nước và chất hữu cơ bị phân hủy lên men. Khí
CH4 và các loại khí khác sẽ được sinh ra ở đây và những chất khí này sẽ
đẩy bùn cặn ở đáy bể lên bể áp lực.
 Bể áp lực: là nơi chứa các bùn cặn. Khi mở van thì các cặn bã trong này
sẽ đẩy ngược các chất khí ra để sử dụng.
2. Bể tự hoại
Bể tự hoại là công trình xử lý nước thải bậc I (xử lý sơ bộ) có nhiệm vụ làm
sạch sơ bộ hoặc hoàn toàn nước thải trước khi thải ra sông, hồ hay mạng lưới thoát
nước bên ngoài.
Bể tự hoại hoạt động theo nguyên lý tạo ra trong hai quá trình là quá trình
lắng nước thải và quá trình lên men cặn lắng. Bể tự hoại thường được dùng trong


các hộ gia đình có thể thống cấp thoát nước bên trong nhưng bên ngoài là hệ thống
thoát nước chung không có trạm xử lý, thời gian lưu nước trong bể từ 1 đến 3 ngày.
Bể tự hoại cũng được sử dụng trong xử lý cặn bùn của hệ thống xử lý nước thải
chế biến thủy sản, với thời gian lưu bùn từ 1-2 tháng. Bùn được nâng nhiệt đến
350C và có van tháo cặn dưới đáy bể.
Nguyên lý hoạt động của bể tự hoại:
 Quá trình thứ 1: Nguyên lý hoạt động của bể tự hoại trong quá trình
lắng cặn trong bể có thể xem như quá trình lắng tĩnh. Dưới tác dụng

trọng lượng, các hạt cặn sẽ rơi xuống dưới đáy bể và nước sau khi ra khỏi
bể sẽ trong. Cặn rơi xuống bể ở đây có các chất hữu cơ sẽ bị phân hủy
nhờ hoạt động của vi sinh vật yếm khí.
 Quá trình thứ hai: Nguyên lý hoạt động của bể tự hoại trong quá
trình lên men. Sau khi các hạt cặn lắng xuống đáy bể và các chất hữu cơ
sẽ bị phân hủy nhờ có các vi sinh vật yếm khí, cặn sẽ lên men, mất mùi
hôi và giảm thể tích. Tốc độ lên men của căn nhanh hay chậm phụ thuộc
vào nhiệt độ, độ PH của nước thải, lượng vi sinh vật trong cặn, nhiệt độ
càng cao thì tốc độ lên men càng nhanh.
Bể tự hoại có dạng hình chữ nhật hay dạng hình tròn trên mặt bằng, xây
dựng bằng gạch, bê tông cốt thép hay bằng vật liệu composit. Bể thường được chia
thành 2-3 ngăn và có chiều sâu 1,5-3m.


Bể tự hoại 3 ngăn
Hiệu quả lắng cặn trong bể tự hoại có thể được từ 40-60% phục thuộc vào
nhiệt độ và chế độ quản lý, vận hành bể. Qua thời gian từ 3-6 tháng, cặn lắng lên
men kỵ khí. Quá trình lên men chủ yếu diễn ra trong giai đoạn đầu là lên men axit.
Ngoài ra còn có bể tự hoại 5 ngăn, trong đó:
 Ngăn thứ nhất của bể có vai trò làm ngăn lắng- lên men kỵ khí, đồng thời
điều hòa lưu lượng và nồng độ chất bẩn trong dòng nước thải.
 Nhờ các vách ngăn hướng dòng, ở những ngăn tiếp theo, nước thải
chuyển động theo chiều từ dưới lên trên, tiếp xúc với các VSV kỵ khí
trong lớp bùn được hình thành dưới đáy bể trong điều kiện động, các chất
hữu cơ được các VSV hấp thụ và chuyển hóa, đồng thời cho phép tách
riêng 2 pha (lên men axit và lên men kiềm).


 Các ngăn cuối cùng là ngăn lọc kị khí, có tác dụng làm sạch bổ sung nước
thải, nhờ các VSV kị khí gắn bám trên bề mặt các hạt vật liệu lọc và năng

cặn lơ lửng trôi theo nước.
3. Bể bùn kỵ khí dòng chảy ngược – UASB (Upflow Anaerobic Blanket
reactor)
UASB là một trong những phương pháp xử lý nước thải bằng phương pháp
sinh học kỵ khí được ứng dụng rộng rãi nhờ các đặc điểm sau:
 Cả 3 quá trình: Phân hủy – Lắng bùn – Tách khí được đặt chung trong
một công trình.
 Tạo thành các loại hạt bùn kỵ khí có mật độ VSV cao và tốc độ lắng vượt
xa do có lớp bùn hiếu khí lơ lửng
Bể UASB được chia làm 2 vùng:
 Vùng lắng: được đặt nằm trên vùng phân hủy kỵ khí. Nước thải sau khi
phân hủy sẽ di chuyển lên vùng này để lắng cặn.
 Vùng chứa bùn phân hủy kỵ khí (không chiếm quá 60% thể tích bể): là
lớp bùn chứa các VSV kỵ khí có khả năng phân hủy các hợp chất hữu cơ,
nước thải được chảy vào vùng này để xử lý.
Nhờ có các VSV trong bùn hoạt tính mà các chất bẩn trong nước thải khi di
chuyển từ dưới lên, xuyên qua lớp bùn bị phân hủy. Trong bể, các VSV liên kết
nhau và hình thành các hạt bùn đủ lớn để tránh bị cuốn trôi ra khỏi bể. Đồng thời
các loại khí được tạo ra trong điều kiện kỵ khí sẽ tạo ra dòng tuần hoàn cục bộ giúp
cho việc tạo thành những hạt bùn hoạt tính và giữ cho chúng được ổn định. Các bọt
khí và hạt bùn có khí bám vào sẽ nổi lên trên mặt tạo thành hỗn hợp trên bể. Khi
hỗn hợp này va phải lớp lưới chắn phía trên, các bọt khí sẽ vỡ ra và các hạt bùn
được tách ra sẽ lắng xuống dưới bể.


Bể UASB được sử dụng để xử lý nước thải có hàm lượng chất hữu cơ cao.
 Ưu điểm:
 Chi phí đầu tư và vận hành thấp
 Lượng hóa chất cần bổ sung ít
 Không đòi hỏi cấp khí, do đó ít tiêu hao năng lượng, có thể thu hồi và tái

sử dụng năng lượng từ biogas
 Lượng bùn sinh ra ít, cho phép vận hành với tải trọng cao, giảm diện tích
công trình
 Nhược điểm:
 Giai đoạn xây dựng lâu
 Dễ bị sốc tải khi chất lượng nước vào biến động
 Bị ảnh hưởng bởi các chất độc hại
 Khó hồi phục sau thời gian ngừng hoạt động

Bể UASB


4. Lọc kỵ khí bám dính cố định – AFR (Anaerobic filter reactor)
Hệ thống lọc kỵ khí bám dính cố định sử dụng các VSV bám dính trên các
vật liệu lọc được đặt trong bể với dòng chảy của nước thải là từ dưới lên hoặc là từ
trên xuống và màng VSV bám dính này không bị rửa trôi trong quá trình xử lý.

Bể AFR
Dòng thải nước vào và dòng tuần hoàn ra được phân bố từ bên này sang bên
kia bể phản ứng sinh học, chảy cắt ngang hoặc là chảy ngược qua màng sinh học.
Qúa trình xử lý được xảy ra là kết quả của bùn lơ lửng và hòa trộn sinh khối bị giữ
lại bởi màng lọc. Dòng chảy ra ở phần trên của màng là tập hợp của các tác nhân bị
đào thải. Dòng chảy ra được tuần hoàn lại để duy trì việc nạp nước trong bể phản
ứng. Phần khí ở dưới đáy bể sẽ được thu hồi và chuyển đến nơi khác để sử dụng
lại. Thời gian lưu nước trung bình trong bể khoảng từ 0,5-4 ngày với tải trọng thể
tích chất hữu cơ từ 5-15 kg COD/m3/ngày.


KẾT LUẬN
Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học thường nước thải sinh hoạt,

nước thải đô thị, nước thải của một số ngành nghề như: thực phẩm, thủy sản, chế
biến nông sản,…có chứa nhiều các chất hữu cơ hòa tan gồm: hydratcacbon,
protein và các hợp chất chứa N phân hủy từ
protein, các chất béo……chất vô cơ như sulphit, H2S, amoniac,….
Điều tiên quyết là nước thải phải là môi trường sống của quần thể sinh vật
phân hủy các chất hữu cơ có trong nước thải. Xử lý nước thải bằng phương pháp
sinh học cần thỏa mãn những điều kiện sau:
 Không có chất độc làm chết hoặc ứng chế hoàn toàn hệ sinh vật trong
nước thải.
 Hàm lượng kim loại nặng có trong nước thải. Muối của các kim loại nặng
ảnh hưởng nhiều đến hoạt động sống của vi sinh vật.
 Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học chỉ tiêu cần bận tâm là COD
và BOD, nếu tỉ số của 2 thông số này phải là: COD/BOD ≤ 2 hoặc
BOD/COD ≥ 0.5 thì việc xử lý mới diễn ra tốt. Khi COD lớn hơn BOD
nhiều lần, trong đó gồm có xenlulozo, hemixenlulozo, protein, tinh bột
chưa tan thì phải qua xử lý sinh học
kỵ khí.