23 trang 3 lượt tải

Phân tích Xử lý Nước Thải Sinh Học Hiếu Khí | Các phương pháp xử lý nước và nước thải | Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội

6

Ngày nay, tốc độ tăng trưởng 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. Tài liệu được sưu tầm và soạn thảo dưới dạng file PDF để gửi tới các bạn cùng tham khảo, ôn tập đầy đủ kiến thức, chuẩn bị cho các buổi học thật tốt. Mời bạn đọc đón xem!

Môn: Các phương pháp xử lý nước và nước thải (HUS) 10 tài liệu

Trường: Trường Đại học Khoa học tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội 687 tài liệu

Tác giả:

Profile

Mai Nguyệt

1 tuần trước
Danh sách Quiz
/23
LỜI MỞ ĐẦU
Ngày nay, tốc độ tăng trưởng 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
Hiện nay trên lĩnh vực xử lý nước thải bằng những công nghệ tiên tiến nhất
như là các công nghệ xử lý nước thải bằng phương pháp cơ học hoặc các
phương pháp xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học và các phương pháp
truyền thống khác. Nhìn chung thì đối với khí hậu và thời tiết tại Việt Nam
hiện nay, thì việc xử lý nước thải bằng làphương pháp sinh học hiếu khí
một khái niệm hiện nay được rất nhiều doanh nghiệp, công ty sản xuất kinh
doanh quan tâm, muốn ứng dụng vào quá trình xử lý nước thải cho doanh
nghiệp và công ty của mình. Với những ưu điểm trong việc xử lý nước thải
bằng phương pháp sinh học hiếu khí sẽ phần nào tạo được sự hài lòng với các
doanh nghiệp so với các phương pháp xử lý nước thải khác.
MỤC LỤC
2
LỜI MỞ ĐẦU...........................................................................................................2
MỤC LỤC.................................................................................................................3
DANH MỤC HÌNH ẢNH.........................................................................................4
PHẦN 1: CƠ SỞ CỦA QUÁ TRÌNH XỬ LÝ SINH HỌC.......................................5
1.1. Khái niệm.......................................................................................................5
1.2. Nguyên tắc.....................................................................................................5
1.3. Các yếu tố ảnh hưởng tới sự phát triển của sinh vật.......................................5
PHẦN 2: TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG
PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC HIẾU KHÍ.................................................................5
2.1. Khái niệm quá trình sinh học hiếu khí............................................................6
2.2. Nguyên tắc.....................................................................................................6
2.3. Các giai đoạn của xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học hiếu khí........7
2.4. Ưu và nhược điểm của phương pháp xử lý nước thải sinh học hiếu khí.........8
PHẦN 3. CÁC PHƯƠNG PHÁP HIẾU KHÍ............................................................9
3.1. Xử lý nước thải trong các công trình nhân tạo................................................9
3.1.1. Xử lý trong các bể Aeroten.....................................................................9
3.1.2. Lọc sinh học..........................................................................................14
3.2. Xử lý nước thải trong điều kiện tự nhiên......................................................17
3.2.1. Hồ sinh học...........................................................................................17
3.2.1.1. Phân loại........................................................................................17
3.2.1.2. Nguyên lý kết cấu và làm việc của loại hồ hiếu -yếm khí..............18
3.2.2. Hồ xử lý cấp 3.......................................................................................20
3.2.3. Cánh đồng tưới nông nghiệp.................................................................21
KẾT LUẬN.............................................................................................................22
TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................................23
3
DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1: Sơ đồ hệ thống khí sinh học................................................................9
Hình 2: Các phương án thực hiện quá trình hoạt hóa bùn..............................12
Hình 3: Các quá trình trong bể sinh học.........................................................14
Hình 4: Một số sơ đồ điển hình của hệ thống lọc sinh học............................15
Hình 5: Sơ đồ hệ thống đĩa sinh học..............................................................17
Hình 6: Sơ đồ các quá trình sinh học chính trong hồ hiếu-yếm khí...............18
Hình 7: Mặt chiếu từ trên hồ xuống của hồ sinh học.....................................19
4
PHẦN 1: CƠ SỞ CỦA QUÁ TRÌNH XỬ LÝ SINH HỌC
1.1. Khái niệm
Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học là phương pháp dựa trên sự hoạt
động của vi sinh vật để phân hủy các chất hữu cơ gây nhiễm bẩn trong nước
thải.
1.2. Nguyên tắc
- Vi sinh vật chuyển hóa chất hữu cơ và ion vô cơ thành bùn trong quá trình
sinh trưởng của nó
- Các phản ứng xảy ra:
+ Dị hóa
+ Đồng hóa
1.3. Các yếu tố ảnh hưởng tới sự phát triển của sinh vật
- Nhiệt độ
- pH
- Dinh dưỡng
- Hàm lượng oxy trong nước
- Các độc tố
PHẦN 2: TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI
BẰNG PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC HIẾU KHÍ
Các quá trình của phương pháp hiếu khí có thể xảy ra ở điều kiện tự nhiên
hoặc trong các điều kiện xử lý nhân tạo. Trong các công trình xử lý nhân tạo
người ta tạo ra các điều kiện tối ưu cho quá trình oxy hóa sinh hóa nên quá
trình xử lý có tốc độ và hiệu suất cao hơn rất nhiều.
5
2.1. Khái niệm quá trình sinh học hiếu khí
Quá trình sinh học hiếu khí là quá trình oxy hóa các chất hữu cơ chứa cacbon
dễ bị phân hủy sinh học (thường biểu thị bằng chỉ tiêu: BOD, COD, TOC –
tổng cacbon hữu cơ) với sự tham gia của các vi sinh vật hiếu khí trong điều
kiện có oxy.
2.2. Nguyên tắc
- Nguyên tắc của xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học hiếu khí: là sử
dụng các vi sinh vật hiếu khí phân hủy các chất hữu trong nước thải có đầy đủ
oxy hòa tan ở nhiệt độ, pH… thích hợp.
- Quá trình phân hủy chất hữu cơ của vi sinh vật hiếu khí có thể mô tả bằng
phản ứng:
(CHO)
n
NS + O -> CO + H O + NH + H S + Tế bào vi sinh vật + … ΔH
2 2 2 4 2
Trong điều kiện hiếu khí NH và H S bị phân hủy nhờ quá trình nitrat hóa,
4
+
2
sunfat hóa bởi vi sinh vật tự dưỡng:
NH
4
+
+ 2O -> NO + 2H + H O + ΔH;
2 3
– +
2
H
2
S + 2O -> SO + 2H + ΔH
2 4
+ +
- Hoạt động của vi sinh vật hiếu khí bao gồm:
● Quá trình dinh dưỡng: vi sinh vật sử dụng các chất hữu cơ, các chất
dinh dưỡng và nguyên tố vi lượng kim loại để xây dựng tế bào mới
tăng sinh khối và sinh sản.
● Quá trình phân hủy: vi sinh vật oxy hóa các chất hữu cơ hòa tan hoặc ở
dạng các hạt keo phân tán nhỏ thành nước và CO hoặc tạo ra các chất
2
khí khác
6
2.3. Các giai đoạn của xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học hiếu
khí
- Quá trình phân hủy chất bẩn hữu cơ bằng công nghệ sinh học hiếu khí là quá
trình lên men bằng vi sinh vật trong điều kiện có oxy để cho sản phẩm là CO ,
2
H
2
O, NO và SO . Trong quá trình xử lý hiếu khí các chất bẩn phức tạp như
3
-
4
2-
protein, tinh bột, chất béo… sẽ bị phân hủy bởi các men ngoại bào cho các
chất đơn giản là các axit amin, các axit hữu cơ… Các chất đơn giản này sẽ
thấm qua màng tế bào và bị phân hủy tiếp tục hoặc chuyển hóa thành các vật
liệu xây dựng tế bào mới bởi quá trình hô hấp nội bào cho sản phẩm cuối
cùng là CO và H O. Cơ chế quá trình hiếu khí gồm 3 giai đoạn:
2 2
Giai đoạn 1: Oxy hóa toàn bộ chất hữu cơ có trong nước thải để đáp ứng nhu
cầu năng lượng của tế bào:
C
x
H O N
y z T
+ O →CO + H O + NH
2 2
₂
3
+ ∆H
Trong các bể xử lý sinh học, các vi khuẩn đóng vai trò quan trọng hàng đầu
vì nó chịu trách nhiệm phân hủy các thành phần hữu cơ trong nước thải.
Trong các bể bùn hoạt tính, một phần chất hữu cơ sẽ được các vi khuẩn hiếu
khí và hiếu khí không bắt buộc sử dụng để lấy năng lượng để tổng hợp các
chất hữu cơ còn lại thành tế bào vi khuẩn mới.
- Vì vi khuẩn đóng một vai trò quan trọng hàng đầu. Do đó trong các bể này
chúng ta phải duy trì một mật độ vi khuẩn cao tương thích với lượng các chất
ô nhiễm đưa vào bể. Trong quá trình thiết kế chúng ta phải tính toán chính
xác thời gian lưu tồn lưu của vi khuẩn trong bể xử lý và thời gian này phải đủ
lớn để các vi khuẩn có thể sinh sản được. Trong quá trình vận hành, các điều
kiện cần thiết cho quá trình tăng trưởng của vi khuẩn (pH, chất dinh dưỡng,
nhiệt độ, khuấy trộn…) phải được điều chỉnh ở mức thuận lợi nhất cho vi
khuẩn.
7
Giai đoạn 2: (Quá trình đồng hóa): Tổng hợp để xây dựng tế bào
C
x
H O N H NO
y z T
+ NH +O → CO + C
3 2 2 5 7 2
+ H
2
O + ∆H
Giai đoạn 3: (Quá trình dị hóa): Phân hủy nội bào
C H NO
5 7 2
+ O → CO + NH + H O+ ∆H
2 2 3 2
Trong đó:
• C : Chất hữu cơ trong nước thải
x
H O N
y z T
• C : Công thức tỷ lệ trung bình các nguyên tố chính trong tế bào
5
H NO
7 2
• ∆H: Năng lượng.
Khi không đủ cơ chất, quá trình chuyển hóa các chất của tế bào bắt đầu xảy ra
bằng sự tự oxy hóa chất liệu tế bào.
Các quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học hiếu khí có thể xảy
ra ở điều kiện tự nhiên hoặc nhân tạo. Tùy theo từng loại VSV khác nhau mà
quá trình sinh học hiếu khí nhân tạo được chia thành:
● Xử lý sinh học hiếu khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng lơ lửng
● Xử lý sinh học hiếu khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng dính bám
2.4. Ưu và nhược điểm của phương pháp xử lý nước thải sinh học hiếu
khí
* Ưu điểm:
- Quá trình xử lý đầy đủ hơn, hiệu quả xử lý cao hơn và triệt để hơn
- Không gây ô nhiễm thứ cấp như phương pháp hóa học và hóa lý
* Nhược điểm:
8
- Thể tích công trường lớn và chiếm nhiều mặt bằng hơn
- Chi phí xây dựng công trình và đầu tư thiết bị lớn
- Không có khả năng thu hồi năng lượng
- Không chịu được những thay đổi đột ngột về tải trọng hữu cơ
- Xử lý nước thải có tải trọng không cao
- Sinh ra một lượng bùn lớn
PHẦN 3. CÁC PHƯƠNG PHÁP HIẾU KHÍ
3.1. Xử lý nước thải trong các công trình nhân tạo
Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học hiếu khí thường bao gồm: bể
thông khí sinh học (bể aeroten), lọc sinh học hoặc đĩa sinh học.
3.1.1. Xử lý trong các bể Aeroten
- Aerotank là công trình xử lý nước thải có dạng bể được thực hiện nhờ bùn
hoạt tính và cấp oxy bằng khí nén hoặc làm thoáng và khuấy đảo liên tục.
a. Mô tả quá trình
Trong quá trình xử lý hiếu khí các vi sinh vật sinh trưởng ở trạng thái huyền
phù. Quá trình làm sạch trong aeroten diễn ra theo mức dòng chảy qua của
hỗn hợp nước thải và bùn hoạt tính được sục khí. Việc sục khí ở đây đảm bảo
các yêu cầu của quá trình làm nước được bão hòa oxy và duy trì bùn hoạt tính
ở trạng thái lơ lửng. Sơ đồ hệ thống thiết bị được trình bày:
9
Hình 1: Sơ đồ hệ thống khí sinh học
- Huyền phù lỏng của các vi sinh vật trong bể thông khí được gọi chung là
chất lỏng hỗn hợp và sinh khối được gọi là chất rắn huyền phù của chất lỏng
hỗn hợp.
* Tốc độ sử dụng oxy hòa tan phụ thuộc vào các yếu tố sau:
- Tỉ số giữa lượng chất dinh dưỡng và số vi sinh vật (F/M)
- Nhiệt độ
- Tốc độ sinh trưởng và hoạt động sinh lý của vi sinh vật
- Nồng độ sản phẩm độc tích tụ trong quá trình trao đổi chất
- Lượng các chất cấu tạo tế bào
- Hàm lượng oxy hòa tan
* Phân loại bể aeroten
Bể thông khí thường được chế tạo bằng bê tông cốt thép. Yêu cầu chung của
các bể là đảm bảo bề mặt tiếp xúc lớn giữa không khí, nước thải và bùn.
- Không khí được cấp vào nước thải bằng các cách sau:
+ Nén khí qua bộ phận khuếch tán ngập trong nước bằng sục khí
10
+ Dùng khuấy cơ học thổi không khí vào chất lỏng bằng thông khí cơ
học.
Có nhiều cách phân loại các bể aeroten:
- Dựa vào chế độ thủy động lực ta có: aerotank khuấy trộn, aeroten trung
gian.
- Theo phương pháp tái sinh bùn hoạt tính người ta chia thành: loại có tái
sinh tách riêng và loại không có tái sinh tách riêng.
- Theo tải lượng bùn người ta chia thành: loại tải trọng cao, tải trọng trung
bình và tải trọng thấp.
- Theo số bậc ta có bể aeroten: một bậc 2 bậc nhiều bậc.
- Theo chiều dẫn nước thải vào ta có loại xuôi chiều, ngược chiều…
Quá trình hoạt hóa bùn là quá trình nuôi cấy ở trạng thái lơ lửng với sự tuần
hoàn của bùn. Quá trình này có thể được tiến hành theo mô hình khuấy trộn
hoàn toàn hay dòng đẩy.
* Các vấn đề xem xét trong thiết kế và vận hành
Trong thực tế thường sử dụng nhiều phương án khác nhau trong việc ứng
dụng các mô hình hệ thống khuấy trộn hoàn toàn và dòng đẩy.
- Có thể chia các phương án tiến hành quá trình thông khí sinh học thành các
loại chính sau:
+ Thông khí thông thường và theo bậc
+ Ổn định tiếp xúc
+ Thông khí với tốc độ cao
11
● : Trong hệ thống thông khí thông thường, việcThông khí thông thường
sục khí và khuấy trộn đạt được khá đều dọc theo chiều dài của bể
aeroten. Tuy nhiên, nồng độ oxy thấp ở đầu vào có thể gây bất lợi cho
các vi sinh vật, nhưng ở đầu ra lượng oxy được cấp có thể dư thừa so
với nhu cầu
● Thông khí theo bậc: Thông khí theo bậc có thể thực hiện theo 2 phương
án sau:
+ Phương án 1: Cấp không khí đều dọc theo chiều dài bể, còn nước thải
cũng được đưa vào cách đoạn. Cấp không khí theo phương án này đạt
được cấp dư oxy một chút dọc theo suốt cả aeroten.
+ Phương án 2: Cấp khí giảm dần dọc theo chiều dài bể, đảm bảo cho
nước thải thô và bùn hoạt tính tuần hoàn ở đầu vào được thông khí
mạnh nhất, vì ở đây hàm lượng chất hữu cơ lớn nhất.
● : trong phương án này quá trình phân hủy các chất hữuỔn định tiếp xúc
cơ được tách riêng thành 2 công đoạn
12
Hình 2: Các phương án thực hiện quá trình hoạt hóa bùn
a, thông khí theo phương thức thông thường b, thông khí theo bậc
c, thông khí giảm dần theo chiều dài aeroten d, hoạt hóa bùn với tốc độ
cao
Ở đây nước thải thô vào tiếp xúc với bùn hoạt tính được tính trong thời gian
ngắn từ 0,5 đến một giờ chỉ đủ cho vi sinh vật hấp thụ các chất hữu cơ hòa tan
chứ không đủ để chúng phân hủy, bùn hoạt tính lắng xuống được đưa trở về
bể ổn định. Ở đây hỗn hợp lỏng huyền phù được thông khí từ 2 đến 3 giờ cho
phép các vi sinh vật phân hủy các chất hữu cơ đã bị hấp thụ. Như vậy chỉ cần
thông khí lượng bùn lắng nhỏ hơn rất nhiều so với tổng thể tích dòng nước
13
thải, do vậy giảm được tổng kích thước thiết bị chỉ bằng 50% thể tích bể
aeroten trong phương án thông khí thông thường và theo bậc.
Quá trình này được ứng dụng và làm việc có hiệu suất cao trong xử lý nước
thải sinh hoạt. Tuy nhiên, để áp dụng vào xử lý nước thải công nghiệp hoặc
hỗn hợp nước thải công nghiệp và sinh hoạt, cần tiến hành thử nghiệm trong
phòng thí nghiệm.
● : để giảm chi phí xây dựng thiết bị xử lý, người taThông khí tốc độ cao
đã phát triển một hệ thống có tải trọng xử lý BOD cao và thời gian
thông khí ngắn bằng vận hành hệ thống ở tỉ số F/M cao, giảm tuổi của
bùn, trong khi đó tăng hàm lượng hỗn hợp lỏng và chất rắn lơ lửng
trong bể lên tới 4000 đến 5000 mg/l.
Cũng có thể đạt được mục đích trên bằng cách thay không khí bằng oxy tinh
khiết.
- So với thông khí thường, thông khí bằng oxy tinh khiết có ưu điểm sau:
+ Tăng được tải trọng theo BOD và giảm được thời gian sục khí
+ Thải bùn dễ dàng vì nồng độ chất rắn cao, tổng lượng nhỏ
+ Kiểm soát vấn đề mùi một cách dễ dàng
* Ưu điểm khi sử dụng Bể Aerotank
- Hiệu suất xử lý trung bình từ 90 - 95%
- Loại bỏ các chất hữu cơ một cách hiệu quả, nhanh chóng
- Ít bị ảnh hưởng bởi nhiệt.
* Nhược điểm khi sử dụng Bể Aerotank:
- Đội ngũ nhân viên, kỹ thuật viên vận hành phải được đào tạo bài bản
14
- Tiêu tốn khá nhiều năng lượng do cần cung cấp nồng độ oxy hòa tan
cần thiết để vận hành bể
- Tích tụ nhiều bùn
3.1.2. Lọc sinh học
Bể lọc sinh học là một thiết bị phản ứng sinh học trong đó các vi sinh vật
sinh trưởng cố định trên lớp màng bám trên lớp vật liệu lọc (môi trường lọc).
Thường nước thải được tưới từ trên xuống dưới qua lớp vật liệu lọc bằng đá
hoặc các vật liệu khác, vì vậy người ta còn gọi hệ thống này là bể lọc nhỏ
giọt.
* Cơ chế quá trình lọc sinh học
Màng sinh học gồm các vi khuẩn, nấm và động vật bậc thấp được nạp vào hệ
thống cùng với nước thải. Mặc dù lớp màng này rất mỏng song cũng có 2 lớp:
lớp yếm khí ở sát bề mặt đệm và lớp hiếu khí ở ngoài.
Hình 3: Các quá trình trong bể sinh học
Khi dòng nước thải chảy trùm lên lớp màng nhớt này, các chất hữu cơ được vi
sinh vật chiết ra còn sản phẩm của quá trình trao đổi chất CO2 sẽ được thải
qua màng chất lỏng. Oxy hòa tan được bổ sung bằng hấp thụ từ không khí.
15
Theo chiều sâu từ mặt xuống dưới đáy bể lọc, nồng độ chất hữu cơ trong
nước thải giảm dần và tại một vùng nào đó các vi sinh vật ở trạng thái đói
thức ăn. Thường BOD được chiết ra chủ yếu ở 1,8m phần trên lớp đệm, phần
sinh khối vi sinh vật thừa sẽ bị tróc ra, theo nước ra ngoài bể lọc.
Nước thải được phun đều lên lớp đệm tạo ra lớp màng nhớt gọi là màng sinh
học, phủ trên các đệm. Quá trình oxy hóa xảy ra như cơ chế nói trên, sinh
khối vi sinh vật tách ra khỏi lướt trong thiết bị lắng thứ cấp.
Bể lọc sinh học có thể được vận hành theo một bậc hay nhiều bậc như sau:
Hình 4: Một số sơ đồ điển hình của hệ thống lọc sinh học
a, lọc bậc tốc độ cao b, lọc bậc hai
Hiệu suất làm sạch nước thải trong các bể lọc sinh học phụ thuộc vào các chỉ
tiêu sinh hóa, trao đổi khối, chế độ thủy lực và kết cấu thiết bị. Trong đó cần
chú ý các chỉ tiêu sau:
16
BOD của nước cần làm sạch, bản chất các hợp chất hữu cơ, tốc độ oxy hóa,
cường độ hô hấp của các vi sinh vật, chiều dày màng sinh học, thành phần các
vi sinh vật sống trong màng, cường độ sục khí, diện tích và chiều cao bể lọc...
* Phân loại:
- Theo đặc điểm kết cấu của các bể lọc sinh học được chia thành: thiết bị lọc
với đệm hình khối, thiết bị lọc với đệm hình tấm.
- Người ta còn phân bể lọc thành các loại: lọc loại giọt, lọc tải lượng cao và
tháp lọc.
* Ưu điểm và nhược điểm
- Ưu điểm:
+ Đơn giản, tải lượng theo chất gây ô nhiễm thay đổi trong giới hạn rộng
trong ngày, thiết bị cơ khí đơn giản
+ Tiêu hao ít năng lượng
- Nhược điểm: Hiệu suất quá trình phụ thuộc rõ rệt vào nhiệt độ không
khí.
Một hệ thống sinh học sinh trưởng cố định trong màng sinh học khác lag đĩa
sinh học. Hệ thống này gồm một loạt các đĩa tròn lắp trên cùng một trục cách
nhau một khoảng cách nhỏ. Khi quay, một phần đĩa ngập trong máng chứa
nước thải còn phần còn lại tiếp xúc với không khí. Các vi khuẩn bám trên các
đĩa chiết các chất hữu cơ của nước thải.
17
Hình 5: Sơ đồ hệ thống đĩa sinh học
3.2. Xử lý nước thải trong điều kiện tự nhiên
Quá trình làm sạch nước thải ở điều kiện tự nhiên được tiến hành bằng cách
tưới nước thải ở dạng phun mưa trên các cánh đồng được chuẩn bị riêng cho
mục đích này đồng thời cho cả canh tác, hay lọc nước thải qua cánh đồng lọc
và trong các hồ sinh học.
3.2.1. Hồ sinh học
Hồ sinh học hay còn gọi là hồ oxy hóa hoặc hồ ổn định. Đó là một chuỗi gồm
từ 3 đến 5 hồ. Nước thải chảy qua hệ thống hồ trên với một vận tốc không
lớn. Trong hồ nước thải được làm sạch bằng các quá trình tự nhiên bao gồm
cả tảo và các vi khuẩn lên tốc độ oxy hóa chậm, đòi hỏi thời gian lưu thủy học
lớn từ 30 đến 50 ngày. Các vi sinh vật sử dụng oxy sinh ra trong quá trình
quang hợp của tảo và oxy được hấp thụ từ không khí để phân hủy các chất
thải hữu cơ. Còn tảo đến lượt mình sử dụng CO2, NH4 , photphat được giải
+
phóng ra trong quá trình phân hủy các chất hữu cơ để thực hiện quá trình
quang hợp. Để hồ sinh học làm việc bình thường cần duy trì pH và nhiệt độ ở
giá trị tối ưu.
3.2.1.1. Phân loại
- Hồ sinh học được phân thành các loại sau:
+ Hồ oxy hoá cấp ba hoặc hồ làm sạch lần cuối
+ Hồ thông khí nhân tạo hay còn gọi là hồ được sục khí
18
+ Hồ oxy hoá hiếu -yếm khí hay còn gọi là hồ oxy tùy tiện.
3.2.1.2. Nguyên lý kết cấu và làm việc của loại hồ hiếu -yếm khí
Hình 6: Sơ đồ các quá trình sinh học chính trong hồ hiếu-yếm khí
- Trong hồ xảy ra các quá trình sau:
+ Oxy hóa các chất hữu cơ bởi các vi sinh vật hiếu khí ở lớp nước phía
trên của hồ.
+ Quang hợp của tảo ở lớp nước phía trên.
+ Phân hủy các chất hữu cơ của các vi khuẩn yếm khí ở đáy hồ.
Trong điều kiện tự nhiên, gió và nhiệt độ là những yếu tố quan trọng ảnh
hưởng tới mức độ khuấy trộn nước trong hồ. Ở đây khuấy trộn có 2 chức
năng: giảm mức độ tối thiểu, rút ngắn thời gian lưu và các vùng chết trong hồ;
phân bố đều các chất dinh dưỡng cho tảo, O2 và vi sinh vật. Vì quá trình
quang hợp chỉ xảy ra ở độ sâu từ 150 đến 300mm dưới bề mặt thoáng của
nước. Do đó không có khuấy trộn phần lớn nước trong hồ nằm trong vùng tối.
Chiều sâu tối thiểu của nước trong hồ cân bằng 0,6m để phòng ngừa sự phát
triển của các loài thực vật có rễ. Còn chiều sâu tối đã của nước trong hồ cần
19
khống chế ở mức 1,5m để phòng ngừa vấn đề mũi do quá trình yếm khí gây
ra, vì khi chiều sâu lớn hơn 1,5m quá trình yếm khí sẽ chiếm ưu thế.
Hồ sinh học có kết cấu điển hình như hình vẽ.
Hình 7: Mặt chiếu từ trên hồ xuống của hồ sinh học
1: hộp phân phối dòng vào 2: ống dẫn nước thải vào 3: ống và van nối 2
hồ
4: cửa xả nước ra có bộ phận kiểm soát dòng tràn
Thường mặt trong của hồ được lát đá để tránh tác động của sóng làm lở bờ.
Nếu đáy hồ là loại đất dễ thấm thì cần được gia cố chống thấm bằng lớp đất
sét hoặc bằng rải lớp vải nhựa để phòng ngừa ô nhiễm cho nước ngầm. Khu
vực hồ có những ưu điểm là chi phí xây lắp và bảo dưỡng thiết bị thấp, hiệu
suất khử fecal coliform cao và là phương pháp rất thích hợp với các vùng khí
hậu nóng.
Hồ sinh học thường được sử dụng để xử lý thứ cấp trong xử lý nước thải ở
những thị trấn khoảng 10000 dân hoặc khu nông thôn.
20
3.2.2. Hồ xử lý cấp 3
Hồ xử lý cấp là các hồ dùng để xử lý dòng nước thải từ xử lý thứ cấp như các
bể hoạt hóa bùn, lọc sinh học, vv… trong hồ này xảy ra quá trình xử lý để tiếp
tục khử các chất hữu cơ, giảm SS, N và fecal coliforms. Để đạt được tiêu
chuẩn dòng thải có hàm lượng BOD nhỏ hơn 25mg/l, cần hai hồ nối tiếp nhau
với thời gian lưu ở mỗi hồ bằng 7 ngày khi BOD bằng 75mg/l (Mara. D
1978).
* Ứng dụng
- Cánh đồng tưới công cộng và bãi lọc
+ Trong nước thải sinh hoạt chứa một hàm lượng N, P, K khá đáng kể.
Như vậy, nước thải là một nguồn phân bón tốt có lượng N thích hợp
với sự phát triển của thực vật.
+ Tỷ lệ các nguyên tố dinh dưỡng trong nước thải thường là 5:1:2 =
N:P:K.
+ Để sử dụng nước thải làm phân bón, đồng thời giải quyết xử lý nước
thải theo điều kiện tự nhiên người ta dùng cánh đồng tưới công cộng và
cánh đồng lọc.
+ Nguyên tắc hoạt động: Dựa trên khả năng giữ các cặn nước ở trên mặt
đất, nước thấm qua đất như đi qua lọc, nhờ có oxy trong các lỗ hổng và
mao quản của lớp đất mặt, các VSV hiếu khí hoạt động phân hủy các
chất hữu cơ nhiễm bẩn. Càng sâu xuống, lượng oxy càng ít và quá trình
oxy hóa các chất hữu cơ càng giảm xuống dần. Cuối cùng đến độ sâu ở
đó chỉ xảy ra quá trình khử nitrat. Đã xác định được quá trình oxy hóa
nước thải chỉ xảy ra ở lớp đất mặt sâu tới 1.5m. Vì vậy các cánh đồng
tưới và bãi lọc thường được xây dựng ở những nơi có mực nước nguồn
thấp hơn 1,5 so với mặt đất.
21

Tài liệu khác của Trường Đại học Khoa học tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội

Preview text:

LỜI MỞ ĐẦU
Ngày nay, tốc độ tăng trưởng 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.
Hiện nay trên lĩnh vực xử lý nước thải bằng những công nghệ tiên tiến nhất
như là các công nghệ xử lý nước thải bằng phương pháp cơ học hoặc các
phương pháp xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học và các phương pháp
truyền thống khác. Nhìn chung thì đối với khí hậu và thời tiết tại Việt Nam
hiện nay, thì việc xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học hiếu khí là
một khái niệm hiện nay được rất nhiều doanh nghiệp, công ty sản xuất kinh
doanh quan tâm, muốn ứng dụng vào quá trình xử lý nước thải cho doanh
nghiệp và công ty của mình. Với những ưu điểm trong việc xử lý nước thải
bằng phương pháp sinh học hiếu khí sẽ phần nào tạo được sự hài lòng với các
doanh nghiệp so với các phương pháp xử lý nước thải khác. MỤC LỤC 2
LỜI MỞ ĐẦU...........................................................................................................2
MỤC LỤC.................................................................................................................3
DANH MỤC HÌNH ẢNH.........................................................................................4
PHẦN 1: CƠ SỞ CỦA QUÁ TRÌNH XỬ LÝ SINH HỌC.......................................5
1.1. Khái niệm.......................................................................................................5
1.2. Nguyên tắc.....................................................................................................5
1.3. Các yếu tố ảnh hưởng tới sự phát triển của sinh vật.......................................5
PHẦN 2: TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG
PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC HIẾU KHÍ.................................................................5
2.1. Khái niệm quá trình sinh học hiếu khí............................................................6
2.2. Nguyên tắc.....................................................................................................6
2.3. Các giai đoạn của xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học hiếu khí........7
2.4. Ưu và nhược điểm của phương pháp xử lý nước thải sinh học hiếu khí.........8
PHẦN 3. CÁC PHƯƠNG PHÁP HIẾU KHÍ............................................................9
3.1. Xử lý nước thải trong các công trình nhân tạo................................................9
3.1.1. Xử lý trong các bể Aeroten.....................................................................9
3.1.2. Lọc sinh học..........................................................................................14
3.2. Xử lý nước thải trong điều kiện tự nhiên......................................................17
3.2.1. Hồ sinh học...........................................................................................17
3.2.1.1. Phân loại........................................................................................17
3.2.1.2. Nguyên lý kết cấu và làm việc của loại hồ hiếu -yếm khí..............18
3.2.2. Hồ xử lý cấp 3.......................................................................................20
3.2.3. Cánh đồng tưới nông nghiệp.................................................................21
KẾT LUẬN.............................................................................................................22
TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................................23 3 DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1: Sơ đồ hệ thống khí sinh học................................................................9
Hình 2: Các phương án thực hiện quá trình hoạt hóa bùn..............................12
Hình 3: Các quá trình trong bể sinh học.........................................................14
Hình 4: Một số sơ đồ điển hình của hệ thống lọc sinh học............................15
Hình 5: Sơ đồ hệ thống đĩa sinh học..............................................................17
Hình 6: Sơ đồ các quá trình sinh học chính trong hồ hiếu-yếm khí...............18
Hình 7: Mặt chiếu từ trên hồ xuống của hồ sinh học.....................................19 4
PHẦN 1: CƠ SỞ CỦA QUÁ TRÌNH XỬ LÝ SINH HỌC 1.1. Khái niệm
Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học là phương pháp dựa trên sự hoạt
động của vi sinh vật để phân hủy các chất hữu cơ gây nhiễm bẩn trong nước thải. 1.2. Nguyên tắc
- Vi sinh vật chuyển hóa chất hữu cơ và ion vô cơ thành bùn trong quá trình sinh trưởng của nó - Các phản ứng xảy ra: + Dị hóa + Đồng hóa
1.3. Các yếu tố ảnh hưởng tới sự phát triển của sinh vật - Nhiệt độ - pH - Dinh dưỡng
- Hàm lượng oxy trong nước - Các độc tố
PHẦN 2: TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI
BẰNG PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC HIẾU KHÍ
Các quá trình của phương pháp hiếu khí có thể xảy ra ở điều kiện tự nhiên
hoặc trong các điều kiện xử lý nhân tạo. Trong các công trình xử lý nhân tạo
người ta tạo ra các điều kiện tối ưu cho quá trình oxy hóa sinh hóa nên quá
trình xử lý có tốc độ và hiệu suất cao hơn rất nhiều. 5
2.1. Khái niệm quá trình sinh học hiếu khí
Quá trình sinh học hiếu khí là quá trình oxy hóa các chất hữu cơ chứa cacbon
dễ bị phân hủy sinh học (thường biểu thị bằng chỉ tiêu: BOD, COD, TOC –
tổng cacbon hữu cơ) với sự tham gia của các vi sinh vật hiếu khí trong điều kiện có oxy. 2.2. Nguyên tắc
- Nguyên tắc của xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học hiếu khí: là sử
dụng các vi sinh vật hiếu khí phân hủy các chất hữu trong nước thải có đầy đủ
oxy hòa tan ở nhiệt độ, pH… thích hợp.
- Quá trình phân hủy chất hữu cơ của vi sinh vật hiếu khí có thể mô tả bằng phản ứng:
(CHO)nNS + O2 -> CO2 + H2O + NH4 + H2S + Tế bào vi sinh vật + … ΔH
Trong điều kiện hiếu khí NH +
4 và H2S bị phân hủy nhờ quá trình nitrat hóa,
sunfat hóa bởi vi sinh vật tự dưỡng: NH + – +
4 + 2O2 -> NO3 + 2H + H2O + ΔH; H + + 2S + 2O2 -> SO4 + 2H + ΔH
- Hoạt động của vi sinh vật hiếu khí bao gồm:
● Quá trình dinh dưỡng: vi sinh vật sử dụng các chất hữu cơ, các chất
dinh dưỡng và nguyên tố vi lượng kim loại để xây dựng tế bào mới
tăng sinh khối và sinh sản.
● Quá trình phân hủy: vi sinh vật oxy hóa các chất hữu cơ hòa tan hoặc ở
dạng các hạt keo phân tán nhỏ thành nước và CO2 hoặc tạo ra các chất khí khác 6
2.3. Các giai đoạn của xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học hiếu khí
- Quá trình phân hủy chất bẩn hữu cơ bằng công nghệ sinh học hiếu khí là quá
trình lên men bằng vi sinh vật trong điều kiện có oxy để cho sản phẩm là CO2, H - 2-
2O, NO3 và SO4 . Trong quá trình xử lý hiếu khí các chất bẩn phức tạp như
protein, tinh bột, chất béo… sẽ bị phân hủy bởi các men ngoại bào cho các
chất đơn giản là các axit amin, các axit hữu cơ… Các chất đơn giản này sẽ
thấm qua màng tế bào và bị phân hủy tiếp tục hoặc chuyển hóa thành các vật
liệu xây dựng tế bào mới bởi quá trình hô hấp nội bào cho sản phẩm cuối
cùng là CO2 và H2O. Cơ chế quá trình hiếu khí gồm 3 giai đoạn:
Giai đoạn 1: Oxy hóa toàn bộ chất hữu cơ có trong nước thải để đáp ứng nhu
cầu năng lượng của tế bào:
CxHyOzNT + O2 →CO2 + H O + NH ₂ 3+ ∆H
Trong các bể xử lý sinh học, các vi khuẩn đóng vai trò quan trọng hàng đầu
vì nó chịu trách nhiệm phân hủy các thành phần hữu cơ trong nước thải.
Trong các bể bùn hoạt tính, một phần chất hữu cơ sẽ được các vi khuẩn hiếu
khí và hiếu khí không bắt buộc sử dụng để lấy năng lượng để tổng hợp các
chất hữu cơ còn lại thành tế bào vi khuẩn mới.
- Vì vi khuẩn đóng một vai trò quan trọng hàng đầu. Do đó trong các bể này
chúng ta phải duy trì một mật độ vi khuẩn cao tương thích với lượng các chất
ô nhiễm đưa vào bể. Trong quá trình thiết kế chúng ta phải tính toán chính
xác thời gian lưu tồn lưu của vi khuẩn trong bể xử lý và thời gian này phải đủ
lớn để các vi khuẩn có thể sinh sản được. Trong quá trình vận hành, các điều
kiện cần thiết cho quá trình tăng trưởng của vi khuẩn (pH, chất dinh dưỡng,
nhiệt độ, khuấy trộn…) phải được điều chỉnh ở mức thuận lợi nhất cho vi khuẩn. 7
Giai đoạn 2: (Quá trình đồng hóa): Tổng hợp để xây dựng tế bào
CxHyOzNT+ NH3 +O2 → CO2 + C5H7NO2+ H2O + ∆H
Giai đoạn 3: (Quá trình dị hóa): Phân hủy nội bào
C5H7NO2 + O2 → CO2 + NH3+ H2O+ ∆H Trong đó:
• CxHyOzNT: Chất hữu cơ trong nước thải
• C5H7NO2: Công thức tỷ lệ trung bình các nguyên tố chính trong tế bào • ∆H: Năng lượng.
Khi không đủ cơ chất, quá trình chuyển hóa các chất của tế bào bắt đầu xảy ra
bằng sự tự oxy hóa chất liệu tế bào.
Các quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học hiếu khí có thể xảy
ra ở điều kiện tự nhiên hoặc nhân tạo. Tùy theo từng loại VSV khác nhau mà
quá trình sinh học hiếu khí nhân tạo được chia thành: ●
Xử lý sinh học hiếu khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng lơ lửng ●
Xử lý sinh học hiếu khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng dính bám
2.4. Ưu và nhược điểm của phương pháp xử lý nước thải sinh học hiếu khí * Ưu điểm:
- Quá trình xử lý đầy đủ hơn, hiệu quả xử lý cao hơn và triệt để hơn
- Không gây ô nhiễm thứ cấp như phương pháp hóa học và hóa lý * Nhược điểm: 8
- Thể tích công trường lớn và chiếm nhiều mặt bằng hơn
- Chi phí xây dựng công trình và đầu tư thiết bị lớn
- Không có khả năng thu hồi năng lượng
- Không chịu được những thay đổi đột ngột về tải trọng hữu cơ
- Xử lý nước thải có tải trọng không cao
- Sinh ra một lượng bùn lớn
PHẦN 3. CÁC PHƯƠNG PHÁP HIẾU KHÍ
3.1. Xử lý nước thải trong các công trình nhân tạo
Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học hiếu khí thường bao gồm: bể
thông khí sinh học (bể aeroten), lọc sinh học hoặc đĩa sinh học.
3.1.1. Xử lý trong các bể Aeroten
- Aerotank là công trình xử lý nước thải có dạng bể được thực hiện nhờ bùn
hoạt tính và cấp oxy bằng khí nén hoặc làm thoáng và khuấy đảo liên tục. a. Mô tả quá trình
Trong quá trình xử lý hiếu khí các vi sinh vật sinh trưởng ở trạng thái huyền
phù. Quá trình làm sạch trong aeroten diễn ra theo mức dòng chảy qua của
hỗn hợp nước thải và bùn hoạt tính được sục khí. Việc sục khí ở đây đảm bảo
các yêu cầu của quá trình làm nước được bão hòa oxy và duy trì bùn hoạt tính
ở trạng thái lơ lửng. Sơ đồ hệ thống thiết bị được trình bày: 9
Hình 1: Sơ đồ hệ thống khí sinh học
- Huyền phù lỏng của các vi sinh vật trong bể thông khí được gọi chung là
chất lỏng hỗn hợp và sinh khối được gọi là chất rắn huyền phù của chất lỏng hỗn hợp.
* Tốc độ sử dụng oxy hòa tan phụ thuộc vào các yếu tố sau:
- Tỉ số giữa lượng chất dinh dưỡng và số vi sinh vật (F/M) - Nhiệt độ
- Tốc độ sinh trưởng và hoạt động sinh lý của vi sinh vật
- Nồng độ sản phẩm độc tích tụ trong quá trình trao đổi chất
- Lượng các chất cấu tạo tế bào - Hàm lượng oxy hòa tan
* Phân loại bể aeroten
Bể thông khí thường được chế tạo bằng bê tông cốt thép. Yêu cầu chung của
các bể là đảm bảo bề mặt tiếp xúc lớn giữa không khí, nước thải và bùn.
- Không khí được cấp vào nước thải bằng các cách sau:
+ Nén khí qua bộ phận khuếch tán ngập trong nước bằng sục khí 10
+ Dùng khuấy cơ học thổi không khí vào chất lỏng bằng thông khí cơ học.
Có nhiều cách phân loại các bể aeroten:
- Dựa vào chế độ thủy động lực ta có: aerotank khuấy trộn, aeroten trung gian.
- Theo phương pháp tái sinh bùn hoạt tính người ta chia thành: loại có tái
sinh tách riêng và loại không có tái sinh tách riêng.
- Theo tải lượng bùn người ta chia thành: loại tải trọng cao, tải trọng trung
bình và tải trọng thấp.
- Theo số bậc ta có bể aeroten: một bậc 2 bậc nhiều bậc.
- Theo chiều dẫn nước thải vào ta có loại xuôi chiều, ngược chiều…
Quá trình hoạt hóa bùn là quá trình nuôi cấy ở trạng thái lơ lửng với sự tuần
hoàn của bùn. Quá trình này có thể được tiến hành theo mô hình khuấy trộn hoàn toàn hay dòng đẩy.
* Các vấn đề xem xét trong thiết kế và vận hành
Trong thực tế thường sử dụng nhiều phương án khác nhau trong việc ứng
dụng các mô hình hệ thống khuấy trộn hoàn toàn và dòng đẩy.
- Có thể chia các phương án tiến hành quá trình thông khí sinh học thành các loại chính sau:
+ Thông khí thông thường và theo bậc + Ổn định tiếp xúc
+ Thông khí với tốc độ cao 11
● Thông khí thông thường: Trong hệ thống thông khí thông thường, việc
sục khí và khuấy trộn đạt được khá đều dọc theo chiều dài của bể
aeroten. Tuy nhiên, nồng độ oxy thấp ở đầu vào có thể gây bất lợi cho
các vi sinh vật, nhưng ở đầu ra lượng oxy được cấp có thể dư thừa so với nhu cầu
● Thông khí theo bậc: Thông khí theo bậc có thể thực hiện theo 2 phương án sau:
+ Phương án 1: Cấp không khí đều dọc theo chiều dài bể, còn nước thải
cũng được đưa vào cách đoạn. Cấp không khí theo phương án này đạt
được cấp dư oxy một chút dọc theo suốt cả aeroten.
+ Phương án 2: Cấp khí giảm dần dọc theo chiều dài bể, đảm bảo cho
nước thải thô và bùn hoạt tính tuần hoàn ở đầu vào được thông khí
mạnh nhất, vì ở đây hàm lượng chất hữu cơ lớn nhất.
● Ổn định tiếp xúc: trong phương án này quá trình phân hủy các chất hữu
cơ được tách riêng thành 2 công đoạn 12
Hình 2: Các phương án thực hiện quá trình hoạt hóa bùn
a, thông khí theo phương thức thông thường b, thông khí theo bậc
c, thông khí giảm dần theo chiều dài aeroten d, hoạt hóa bùn với tốc độ cao
Ở đây nước thải thô vào tiếp xúc với bùn hoạt tính được tính trong thời gian
ngắn từ 0,5 đến một giờ chỉ đủ cho vi sinh vật hấp thụ các chất hữu cơ hòa tan
chứ không đủ để chúng phân hủy, bùn hoạt tính lắng xuống được đưa trở về
bể ổn định. Ở đây hỗn hợp lỏng huyền phù được thông khí từ 2 đến 3 giờ cho
phép các vi sinh vật phân hủy các chất hữu cơ đã bị hấp thụ. Như vậy chỉ cần
thông khí lượng bùn lắng nhỏ hơn rất nhiều so với tổng thể tích dòng nước 13
thải, do vậy giảm được tổng kích thước thiết bị chỉ bằng 50% thể tích bể
aeroten trong phương án thông khí thông thường và theo bậc.
Quá trình này được ứng dụng và làm việc có hiệu suất cao trong xử lý nước
thải sinh hoạt. Tuy nhiên, để áp dụng vào xử lý nước thải công nghiệp hoặc
hỗn hợp nước thải công nghiệp và sinh hoạt, cần tiến hành thử nghiệm trong phòng thí nghiệm.
● Thông khí tốc độ cao: để giảm chi phí xây dựng thiết bị xử lý, người ta
đã phát triển một hệ thống có tải trọng xử lý BOD cao và thời gian
thông khí ngắn bằng vận hành hệ thống ở tỉ số F/M cao, giảm tuổi của
bùn, trong khi đó tăng hàm lượng hỗn hợp lỏng và chất rắn lơ lửng
trong bể lên tới 4000 đến 5000 mg/l.
Cũng có thể đạt được mục đích trên bằng cách thay không khí bằng oxy tinh khiết.
- So với thông khí thường, thông khí bằng oxy tinh khiết có ưu điểm sau:
+ Tăng được tải trọng theo BOD và giảm được thời gian sục khí
+ Thải bùn dễ dàng vì nồng độ chất rắn cao, tổng lượng nhỏ
+ Kiểm soát vấn đề mùi một cách dễ dàng
* Ưu điểm khi sử dụng Bể Aerotank
- Hiệu suất xử lý trung bình từ 90 - 95%
- Loại bỏ các chất hữu cơ một cách hiệu quả, nhanh chóng
- Ít bị ảnh hưởng bởi nhiệt.
* Nhược điểm khi sử dụng Bể Aerotank:
- Đội ngũ nhân viên, kỹ thuật viên vận hành phải được đào tạo bài bản 14
- Tiêu tốn khá nhiều năng lượng do cần cung cấp nồng độ oxy hòa tan
cần thiết để vận hành bể - Tích tụ nhiều bùn
3.1.2. Lọc sinh học
Bể lọc sinh học là một thiết bị phản ứng sinh học trong đó các vi sinh vật
sinh trưởng cố định trên lớp màng bám trên lớp vật liệu lọc (môi trường lọc).
Thường nước thải được tưới từ trên xuống dưới qua lớp vật liệu lọc bằng đá
hoặc các vật liệu khác, vì vậy người ta còn gọi hệ thống này là bể lọc nhỏ giọt.
* Cơ chế quá trình lọc sinh học
Màng sinh học gồm các vi khuẩn, nấm và động vật bậc thấp được nạp vào hệ
thống cùng với nước thải. Mặc dù lớp màng này rất mỏng song cũng có 2 lớp:
lớp yếm khí ở sát bề mặt đệm và lớp hiếu khí ở ngoài.
Hình 3: Các quá trình trong bể sinh học
Khi dòng nước thải chảy trùm lên lớp màng nhớt này, các chất hữu cơ được vi
sinh vật chiết ra còn sản phẩm của quá trình trao đổi chất CO2 sẽ được thải
qua màng chất lỏng. Oxy hòa tan được bổ sung bằng hấp thụ từ không khí. 15
Theo chiều sâu từ mặt xuống dưới đáy bể lọc, nồng độ chất hữu cơ trong
nước thải giảm dần và tại một vùng nào đó các vi sinh vật ở trạng thái đói
thức ăn. Thường BOD được chiết ra chủ yếu ở 1,8m phần trên lớp đệm, phần
sinh khối vi sinh vật thừa sẽ bị tróc ra, theo nước ra ngoài bể lọc.
Nước thải được phun đều lên lớp đệm tạo ra lớp màng nhớt gọi là màng sinh
học, phủ trên các đệm. Quá trình oxy hóa xảy ra như cơ chế nói trên, sinh
khối vi sinh vật tách ra khỏi lướt trong thiết bị lắng thứ cấp.
Bể lọc sinh học có thể được vận hành theo một bậc hay nhiều bậc như sau:
Hình 4: Một số sơ đồ điển hình của hệ thống lọc sinh học
a, lọc bậc tốc độ cao b, lọc bậc hai
Hiệu suất làm sạch nước thải trong các bể lọc sinh học phụ thuộc vào các chỉ
tiêu sinh hóa, trao đổi khối, chế độ thủy lực và kết cấu thiết bị. Trong đó cần chú ý các chỉ tiêu sau: 16
BOD của nước cần làm sạch, bản chất các hợp chất hữu cơ, tốc độ oxy hóa,
cường độ hô hấp của các vi sinh vật, chiều dày màng sinh học, thành phần các
vi sinh vật sống trong màng, cường độ sục khí, diện tích và chiều cao bể lọc... * Phân loại:
- Theo đặc điểm kết cấu của các bể lọc sinh học được chia thành: thiết bị lọc
với đệm hình khối, thiết bị lọc với đệm hình tấm.
- Người ta còn phân bể lọc thành các loại: lọc loại giọt, lọc tải lượng cao và tháp lọc.
* Ưu điểm và nhược điểm - Ưu điểm:
+ Đơn giản, tải lượng theo chất gây ô nhiễm thay đổi trong giới hạn rộng
trong ngày, thiết bị cơ khí đơn giản
+ Tiêu hao ít năng lượng
- Nhược điểm: Hiệu suất quá trình phụ thuộc rõ rệt vào nhiệt độ không khí.
Một hệ thống sinh học sinh trưởng cố định trong màng sinh học khác lag đĩa
sinh học. Hệ thống này gồm một loạt các đĩa tròn lắp trên cùng một trục cách
nhau một khoảng cách nhỏ. Khi quay, một phần đĩa ngập trong máng chứa
nước thải còn phần còn lại tiếp xúc với không khí. Các vi khuẩn bám trên các
đĩa chiết các chất hữu cơ của nước thải. 17
Hình 5: Sơ đồ hệ thống đĩa sinh học
3.2. Xử lý nước thải trong điều kiện tự nhiên
Quá trình làm sạch nước thải ở điều kiện tự nhiên được tiến hành bằng cách
tưới nước thải ở dạng phun mưa trên các cánh đồng được chuẩn bị riêng cho
mục đích này đồng thời cho cả canh tác, hay lọc nước thải qua cánh đồng lọc
và trong các hồ sinh học.
3.2.1. Hồ sinh học
Hồ sinh học hay còn gọi là hồ oxy hóa hoặc hồ ổn định. Đó là một chuỗi gồm
từ 3 đến 5 hồ. Nước thải chảy qua hệ thống hồ trên với một vận tốc không
lớn. Trong hồ nước thải được làm sạch bằng các quá trình tự nhiên bao gồm
cả tảo và các vi khuẩn lên tốc độ oxy hóa chậm, đòi hỏi thời gian lưu thủy học
lớn từ 30 đến 50 ngày. Các vi sinh vật sử dụng oxy sinh ra trong quá trình
quang hợp của tảo và oxy được hấp thụ từ không khí để phân hủy các chất
thải hữu cơ. Còn tảo đến lượt mình sử dụng CO2, NH4+, photphat được giải
phóng ra trong quá trình phân hủy các chất hữu cơ để thực hiện quá trình
quang hợp. Để hồ sinh học làm việc bình thường cần duy trì pH và nhiệt độ ở giá trị tối ưu. 3.2.1.1. Phân loại
- Hồ sinh học được phân thành các loại sau:
+ Hồ oxy hoá cấp ba hoặc hồ làm sạch lần cuối
+ Hồ thông khí nhân tạo hay còn gọi là hồ được sục khí 18
+ Hồ oxy hoá hiếu -yếm khí hay còn gọi là hồ oxy tùy tiện.
3.2.1.2. Nguyên lý kết cấu và làm việc của loại hồ hiếu -yếm khí
Hình 6: Sơ đồ các quá trình sinh học chính trong hồ hiếu-yếm khí
- Trong hồ xảy ra các quá trình sau:
+ Oxy hóa các chất hữu cơ bởi các vi sinh vật hiếu khí ở lớp nước phía trên của hồ.
+ Quang hợp của tảo ở lớp nước phía trên.
+ Phân hủy các chất hữu cơ của các vi khuẩn yếm khí ở đáy hồ.
Trong điều kiện tự nhiên, gió và nhiệt độ là những yếu tố quan trọng ảnh
hưởng tới mức độ khuấy trộn nước trong hồ. Ở đây khuấy trộn có 2 chức
năng: giảm mức độ tối thiểu, rút ngắn thời gian lưu và các vùng chết trong hồ;
phân bố đều các chất dinh dưỡng cho tảo, O2 và vi sinh vật. Vì quá trình
quang hợp chỉ xảy ra ở độ sâu từ 150 đến 300mm dưới bề mặt thoáng của
nước. Do đó không có khuấy trộn phần lớn nước trong hồ nằm trong vùng tối.
Chiều sâu tối thiểu của nước trong hồ cân bằng 0,6m để phòng ngừa sự phát
triển của các loài thực vật có rễ. Còn chiều sâu tối đã của nước trong hồ cần 19
khống chế ở mức 1,5m để phòng ngừa vấn đề mũi do quá trình yếm khí gây
ra, vì khi chiều sâu lớn hơn 1,5m quá trình yếm khí sẽ chiếm ưu thế.
Hồ sinh học có kết cấu điển hình như hình vẽ.
Hình 7: Mặt chiếu từ trên hồ xuống của hồ sinh học
1: hộp phân phối dòng vào 2: ống dẫn nước thải vào 3: ống và van nối 2 hồ
4: cửa xả nước ra có bộ phận kiểm soát dòng tràn
Thường mặt trong của hồ được lát đá để tránh tác động của sóng làm lở bờ.
Nếu đáy hồ là loại đất dễ thấm thì cần được gia cố chống thấm bằng lớp đất
sét hoặc bằng rải lớp vải nhựa để phòng ngừa ô nhiễm cho nước ngầm. Khu
vực hồ có những ưu điểm là chi phí xây lắp và bảo dưỡng thiết bị thấp, hiệu
suất khử fecal coliform cao và là phương pháp rất thích hợp với các vùng khí hậu nóng.
Hồ sinh học thường được sử dụng để xử lý thứ cấp trong xử lý nước thải ở
những thị trấn khoảng 10000 dân hoặc khu nông thôn. 20
3.2.2. Hồ xử lý cấp 3
Hồ xử lý cấp là các hồ dùng để xử lý dòng nước thải từ xử lý thứ cấp như các
bể hoạt hóa bùn, lọc sinh học, vv… trong hồ này xảy ra quá trình xử lý để tiếp
tục khử các chất hữu cơ, giảm SS, N và fecal coliforms. Để đạt được tiêu
chuẩn dòng thải có hàm lượng BOD nhỏ hơn 25mg/l, cần hai hồ nối tiếp nhau
với thời gian lưu ở mỗi hồ bằng 7 ngày khi BOD bằng 75mg/l (Mara. D 1978). * Ứng dụng
- Cánh đồng tưới công cộng và bãi lọc
+ Trong nước thải sinh hoạt chứa một hàm lượng N, P, K khá đáng kể.
Như vậy, nước thải là một nguồn phân bón tốt có lượng N thích hợp
với sự phát triển của thực vật.
+ Tỷ lệ các nguyên tố dinh dưỡng trong nước thải thường là 5:1:2 = N:P:K.
+ Để sử dụng nước thải làm phân bón, đồng thời giải quyết xử lý nước
thải theo điều kiện tự nhiên người ta dùng cánh đồng tưới công cộng và cánh đồng lọc.
+ Nguyên tắc hoạt động: Dựa trên khả năng giữ các cặn nước ở trên mặt
đất, nước thấm qua đất như đi qua lọc, nhờ có oxy trong các lỗ hổng và
mao quản của lớp đất mặt, các VSV hiếu khí hoạt động phân hủy các
chất hữu cơ nhiễm bẩn. Càng sâu xuống, lượng oxy càng ít và quá trình
oxy hóa các chất hữu cơ càng giảm xuống dần. Cuối cùng đến độ sâu ở
đó chỉ xảy ra quá trình khử nitrat. Đã xác định được quá trình oxy hóa
nước thải chỉ xảy ra ở lớp đất mặt sâu tới 1.5m. Vì vậy các cánh đồng
tưới và bãi lọc thường được xây dựng ở những nơi có mực nước nguồn
thấp hơn 1,5 so với mặt đất. 21

Tài liệu liên quan: