2.3. Xử lý nước thải
bằng phương pháp sinh học
1
Giới thiệu
Loại trừ BOD:
Quá trình xử lý sự phát triển các dạng huyền phù xử lý sinh học
Xử lý hiếu khí và xử lý kỵ khí
2
Điều kiện áp dụng xử lý nước thải bằng con đường sinh hoc
COD / BOD 2 hay BOD / COD 0,5
Xử lý hiếu khí
Nếu COD lớn hơn BOD nhiều lần, trong đó có nhiều cellulose,
hemicellulose, protein, tinh bột chưa tan xử lý kỵ khí
3
Điều kiện áp dụng xử lý nước thải bằng con đường hiếu khí
Đủ lượng oxy ( 2 mg/L)
Nồng độ chất hữu cơ thấp hơn ngưỡng cho phép (100 – 150 mg/L)
Chất dinh dưỡng đủ và cân bằng
(BOD:N:P = 100:5:1) ; ngoài ra còn tính đến lượng các vi chất K, Ca, S, ...
4
XỬ LÝ SINH HỌC
5
Chuyển hóa chất hữu cơ thành thể khí và VSV
Tạo bông cặn sinh học
Loại bông cặn bằng lắng
Hệ vi sinh vật lên men hiếu khí
6
vi khuẩn
nấm men, nấm mốc
động vật hạ đẳng
dòi, giun
những vi sinh vật khác
Họ Pseudomonadineae
7
chiếm 50 – 80% lượng vi khuẩn
bao gồm :
Methanomonas
Nitrosomonas
Hydrogenomonas
Sulfomonas, Thiobacillus
Nước thải
(C, H, O, N, S) 95 – 98% BOD
30 – 40% N
30% P
Nitrat hoá Khử nitơ
O 2
Thiếu O
2Khử photpho
Phương pháp xử lý hiếu khí
Trong điều kiện tự nhiên
Cánh đồng tưới, bãi lọc
Hồ sinh học
Trong công trình nhân tạo
Bể bùn hoạt tính (sinh trưởng lơ lửng)
Bể lọc nhỏ giọt, đĩa sinh học (sinh trưởng gắn kết trên vật liệu lọc)
9
Cánh đồng tưới và bãi lọc
Thường sử dụng cho xử lý nước thải sinh hoạt do chứa N:P:K phù hợp cho phát triển thực vật (5:1:2)
Nhằm xử lý nước thải đồng thời tận dụng nước thải làm nguồn phân bón
Nguyên tắc hoạt động : dựa trên khả năng giữ cặn trên mặt đất, nước thấm qua đất như đi qua lọc, trong đất chứa VSV hiếu khí, với lượng oxy có trong các lổ hỏng và mao quản của lớp đất mặt, sẽ hoạt động và phân huỷ chất hữu cơ nhiễm bẩn
10
Bể bùn hoạt tính
Sử dụng vi sinh vật sống lơ lửng để loại BOD hay những chất rắn lơ lửng.
Quá trình này diễn ra trong bể có sục
khí và sau đó được chuyển qua bể lắng.
11
Các quá trình sinh học trong Aerotank
12
Hấp thụ các chất hữu cơ trên bề mặt
bùn hoạt tính và khoáng hóa các chất dễ bị oxy hoá với sự tiêu thụ mãnh liệt oxy
Oxy hóa bổ sung các chất khó bị oxy
hoá, tái sinh bùn hoạt tính. Giai đoạn này
tiêu thụ oxy chậm
Lưu ý trong xử lý hiếu khí
13
Nước thải không chứa lượng hạt lơ lửng quá 150 mg/L.
BOD 5 500 mgO 2 /L
Nhiệt độ nước thải trong khoảng 6 – 30°C
BOD:N:P = 100:5:1
14
Điều chỉnh pH và bổ sung dinh dưỡng
pH = 6,5 – 7,5
Lọc nhỏ giọt - Vật liệu lọc cố định
Hoạt động của vsv :
Bơi tự do (bể lọc bùn hoạt tính)
Kết hợp với vật liệu lọc (vật liêu lọc cố định)
Vật liệu lọc cố định : sử dụng vsv gắn kết lên các vật liệu lọc (đá, nhựa, kim loại…) . VSV sống bám trên các vật liệu lọc mà không cần được lưu chuyển trong hệ thống mà thay vào đó nước thải sẽ lưu chuyển qua các vật liệu lọc có gắn vsv.
Vật liệu lọc hoạt động tương tự những lớp rêu chứa vsv trên những dãy đá ở những dòng sông sạch. VSV này có khả năng giữ lại và tiêu thụ BOD hay ammonia trong nước.
15
Quá trình hô hấp yếm khí
Trong điều kiện yếm khí (không có oxy), vi khuẩn yếm khí sẽ phân hủy chất hữu cơ như sau:
(COHNS) + VK yếm khí
CO 2 + H 2 S + NH 3 + CH 4 + các chất khác +
(COHNS) + VK yếm khí +
C 5 H 7 O 2 N (tb vi khuẩn mới)
16
Vi sinh vật hô hấp yếm khí
Aerobacter, Aeromonas, Alcaligenes, Bacillus, Bacteroides, Clostridium, Eschericia,Klebsiella, Leptospira, Micrococcus, Neisseria,
Paracolobacterium, Proteus, Pseudomonas,
Rhodopseudomonas, Sarcina, Serratia, Streptococcus and Streptomyces, Methanobacterium omelianskii, Mb. formicium, Mb. sohngenii, Methanosarcina
barkerii, Ms. methanica, Mc. mazei ,…
17
Quá trình hô hấp kỵ khí
4 giai đoạn
Hydro hóa : Những hợp chất hữu cơ phức tạp bị phân hủy thành những hợp chất hữu cơ hòa tan đơn giản
Lên men/acid hóa: Phân hủy các hợp chất
carbohydrate bằng enzyme, vi khuẩn, nấm men, nấm mốc trong điều kiện không có oxy.
Quá trình acetat hoá (Acetogenesis): Sản phẩm lên men được chuyển hóa thành acetate, hydrogen và carbon dioxide bởi vi khuẩn acetogenic.
Quá trình sinh metan (Methanogenesis): Methan được hình thành từ acetate và hydrogen/carbon dioxide bởi vi khuẩn methanogenic.
18
Quá trình hô hấp kỵ khí
19
Cơ chất hữu cơ
(Hydrat carbon, protein, béo) Các phân tử hữu cơ hoà tan (đường, acid amin, acid béo)
Acid béo bay hơi
CH 3 COOH H 2 CO 3
CH 4 + CO 2
Hydro hóa
Lên men
Acetat hoá
Điều kiện áp dụng xử lý nước thải bằng con đường kỵ khí
Tuyệt đối không có oxy
Chất dinh dưỡng đủ và cân bằng
Nhiệt độ thích hợp :
cao (45 – 65°C); trung bình (20 – 45°C)***
Thuận lợi cho VK sinh metan
thấp (<20°C)
• pH = 6,5 – 7,5
• Không có các hợp chất độc hại
20
Các loại hầm ủ kỵ khí
21
Hầm ủ với nắp vòm cố định
Hầm ủ với nắp vòm di động
Hầm ủ nắp vòm cố định với chuông chứa khí riêng biệt
UASB – Lớp bùn kỵ khí dòng hướng lên (sinh trưởng lơ lửng)
Cột lọc hiếm khí (sinh trưởng gắn kết)
Ưu điểm của xử lý UASB
22
Ít tiêu tốn năng lượng vận hành
Ít bùn dư nên giảm chi phí xử lý bùn
Bùn sinh ra dễ tách nước
Nhu cầu dinh dưỡng thấp nên giảm chi phí bổ sung dinh dưỡng
Có khả năng thu hồi khí metan
Bùn kỵ khí có thể hồi phục và hoạt động lại được
sau một thời gian ngưng nạp liệu
Lợi ích của hô hấp kỵ khí
Nước thải được chuyển thành methane, carbon dioxide và một lượng nhỏ phân vi sinh.
Ngoài ra lượng phân vi sinh cũng chắc hơn so với lượng phân vi sinh trong quá trình hiếu khí.
23
Lợi ích của hô hấp kỵ khí (tt)
Lên men cặn tạo thành trong xử lý nước thải sản xuất và xử lý bậc một nước thải đậm đặc (BOD 5 = 4 – 5g/L)
Trong điều kiện lên men ấm, thời gian lưu của nước thải là 7 – 15 ngày đêm
Kết hợp với xử lý hiếu khí
24
Nguyên lý công nghệ biogas
Nước thải Lên men kỵ khí sinh mê tan
Khí metan
Mùn (chế biến phân bón) Bổ sung giống
VSV
Sử dụng
Đem sử dụng hoặc xử lý hiếu khí tiếp
Bùn thải Tái sử dụng
Nước ra
Nước ra
25
Sử dụng Biogas
26
1m 3 Biogas tương đương với 0,4 kg dầu diesel, 0,6 kg dầu hỏa, 0,8 kg than
chạy một động cơ 1 ngựa trong 2 giờ
cung cấp một điện năng khoảng 1.25 KWh
cung cấp năng lượng để nấu ăn ngày 3 buổi cho gia đình 5 người
thắp sáng trong vòng 6 giờ (độ sáng tương đương đèn 60 W)
chạy 1 tủ lạnh 1 m 3 trong 1 giờ
chạy một lò úm 1 m 3 trong nửa giờ
Hesse (1982) nêu bởi Lê Hoàng Việt - Trung Tâm Năng Lượng Mới 8/13/2010
HO THI NGUYET THU - DHNLtpHCM
So sánh cân bằng COD giữa hô hấp hiếu khí và hô hấp kỵ khí
Kỵ khí: COD trong nước thải phần lớn được chuyển thành methane, loại khí đốt có giá trị. Một lượng rất nhỏ COD được chuyển thành bùn.
Không đòi hỏi đầu tư ở khâu đầu vào để hệ thống hoạt động.
Hiếu khí: COD trong nước thải phần lớn được chuyển thành bùn,đắt trong khâu xử lý bùn "waste sludge factory“ ( 3 – 20 lần)
xục khí đắt trong việc cung cấp năng lượng.
28
CÁC CÔNG TRÌNH XỬ LÝ PHỤ KHÁC
29
KHỬ TRÙNG
Bằng phương pháp vật lý : nhiệt, tia cực tím, siêu âm
Bằng phương pháp hóa học : Clor,
ozon, …
CÁC CÔNG TRÌNH XỬ LÝ PHỤ KHÁC
30
XỬ LÝ CẶN
Hầm tự hoại
Sân phơi bùn
Máy ép lọc hoặc quay ly tâm
Công nghệ xử lý nước thải thủy sản
Bậc xử lý Quá trình xử lý
Sơ bộ Tách rác, lắng cát, cân bằng, tuyển nổi
Bậc 1 Xử lý kỵ khí trong bể UASB Bậc 2 Xử lý hiếu khí Aerotank
Bậc 3 Keo tụ, lắng lọc, khử trùng
Dây chuyền công nghệ XLNT / nhà máy bia
Nước thải Lưới tách rác Bể gom
Bể tuyển nổi Bể điều hòa
Bể kỵ khí
Bể bùn hoạt tính Bể lắng Ngăn khử trùng
Nước sau xử lý loại A
(TCVN 5945:2005)
Thảo luận nhóm
33
1. Nhận định về các qui định về chất lượng nước trong lãnh thổ Việt Nam
2. Các kiểu xử lý nước trước khi sử dụng
3. Công nghệ xử lý nước sạch chào bán trên thị trường
4. Các phương pháp xử lý cơ học đ/với nước thải
5. Các phương pháp xử lý sinh học đ/v nước thải
Thảo luận nhóm (tt)
34
6. Các phương pháp xử lý hóa lý
7. Xử lý nước thải nhà máy thuỷ sản 8. Xử lý nước thải nhà máy bia, cồn 9. Xử lý nước thải nhà bột ngọt
10. Xử lý nước thải nhà máy sữa
Thảo luận nhóm (tt)
35
11. Xử lý nước thải nhà máy đường
12. Xử lý nước thải nhà máy chế biến thịt 13. Cơ sở chọn phương pháp xử lý nước
thải tại các xí nghiệp công nghiệp
