Đề tài Vi sinh vật trong quá trình xử lý nước thải sinh học kị khí

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KT CÔNG NGHỆ TP. HCMKHOA MÔI TRƯỜNG VÀ CN SINH HỌCBỘ MÔN VI SINH VẬT MÔI TRƯỜNG GVHD : Lê Thị Vu Lan Nhóm thực hiện: 1. Trần Nghĩa Thắng 2. Trương Phước Long 3. Nguyễn Thị Thiệp 4. Trần Thị Thanh Thúy Lớp: 11HMT12 GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC CÁC QUÁ TRÌNH PHÂN HỦY CÁC CÔNG TRÌNH ĐẶC TRƯNG CÁC YẾU TỐ KIỂM SOÁT QTKK ƯU, NHƯỢC ĐIỂM NỘI DUNG CHÍNH 1.Giới thiệu sơ lược Hiện nay trong xử lý chất thải nói chung và xử lý nước thải nước riêng, người ta thường sử dụng phương pháp xử lý sinh học hoặc kết hợp phương pháp xử lý hóa lý để xử lý nhằm nâng cao hiệu quả xử lý . Do phương pháp xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học có nhiều ưu điểm như giảm chi phí vận hành, giảm chi phí hóa chất nên được áp dụng rộng rãi trong xử lý nước thải. 1.Giới thiệu sơ lược Trong xử lý nước thải gồm 4 bước: + Xử lý sơ bộ - loại bỏ cặn và những vật liệu thô + Xử lý bậc một - những quá trình vật lý (sàng, lọc) + Xử lý bậc hai - quá trình xử lý sinh học + Xử lý bậc ba – loại bỏ BOD, chất dinh dưỡng, VSV …. 1.Giới thiệu sơ lược Quá trình xử lý sinh học nhằm mục đích: + Giảm hàm lượng chất hữu cơ của nước thải (ví dụ: giảm BOD) + Loại bỏ/ giảm bớt chất dinh dưỡng (N, P) + Loại bỏ hoặc bất hoặc nhưng vi sinh gây bệnh hoặc ký sinh trùng. 1.Giới thiệu sơ lược Các quá trình sinh học áp dụng trong xử lý nước thải có thể gồm 3 nhóm: + Quá trình hiểu khí (Aerobic) + Quá trình kỵ khí (Anaerobic) + Quá trình hồ sinh vật (Stabbilization ponds) 1.Giới thiệu sơ lược Một số thuật ngữ liên quan: Quá trình hiếu khí Quá trình kỵ khí Quá trình tăng trưởng lơ lửng Quá trình tăng trưởng dính bám Loại bỏ các chất dinh dương sinh học Loại bỏ BOD carbon. 2.Các quá trình phân hủy - Có nhiều nhóm vi khuẩn khác nhau tham gia vào quá trình kỵ khí. - Phản ứng chung của quá trình: Chất hữu cơ CH4 + CO2 + H2 + NH3 + H2S - Có 4 loại vi sinh vật tham gia vào quá trình chuyển hóa hỗn hợp chất hữu cơ phức tạp thành CH4 và CO2 2.Các quá trình phân hủy Quá trình phân hủy kỵ khí được chia làm 4 quá trình và mỗi quá trình có một loại vi sinh tham gia: Quá trình thuỷ phân (Hydrolysis) Quá trình acid hoá (Acidogenesis) Quá trình acetate hoá (Acetogenesis) Quá trình methane hoá (Methanogenesis) 2.Các quá trình phân hủy Quá trình thuỷ phân (QTTP) (Hydrolysis) Vi khuẩn thủy phân (Hydrolytic bacteria) tham gia quá trình này: Ecoli và B.subtilus Nhóm này phân hủy các phân tử hữu cơ phức tạp thành những đơn phân. Quá trình thủy phân được xúc tác các enzim ngoại bào: cellulase, protease, lipase. Tuy nhiên QTTP xảy ra chậm và có thể giới hạn khả năng phân hủy kỵ khí 2.Các quá trình phân hủy Quá trình thuỷ phân (QTTP) (Hydrolysis) Vi khuẩn Ecoli 2.Các quá trình phân hủy Quá trình thuỷ phân (QTTP) (Hydrolysis) Vi khuẩn B.subtilus 2.Các quá trình phân hủy 2. Quá trình acid hoá (Acidogenesis) - Nhóm vi khuẩn lên men (Fermentative acidogenic bacteria) acid tham gia quá trình này. Thường gặp: Clostridium spp,Lactobacilus spp, Desulfovibrio spp, Corynebacterium spp, Actinomyces, Staphylococcus, Escheruchia coli 2.Các quá trình phân hủy 2. Quá trình acid hoá (Acidogenesis) Vi khuẩn Clostridium spp 2.Các quá trình phân hủy 2. Quá trình acid hoá (Acidogenesis) Vi khuẩn Desulfovibrio spp 2.Các quá trình phân hủy 2. Quá trình acid hoá (Acidogenesis) Vi khuẩn Corynebacterium spp 2.Các quá trình phân hủy 2. Quá trình acid hoá (Acidogenesis) Vi khuẩn Corynebacterium spp 2.Các quá trình phân hủy 2. Quá trình acid hoá (Acidogenesis) Vi khuẩn Staphylococcus 2.Các quá trình phân hủy 2. Quá trình acid hoá (Acidogenesis) Chuyển hóa đường, a.amin, a.béo tạo thành acetic, propionic, formic… Acetat là sp chính của QT lên men carbonhydrat. Sản phẩm sinh ra khác nhau tuy vào loại vi khuẩn và đk nuôi cấy 2.Các quá trình phân hủy 3. Quá trình acetate hoá (Acetogenesis) Nhóm vi khuẩn acetic: Syntrobater wolini và Syntrophomonas wolfei tham gia quá trình. Chuyển hóa a.béo, ancol thành acetat, hydrogen và CO2 Nhóm này đòi hỏi thế H2 để chuyển hóa a.béo thấp vì vậy phải giảm sát nồng độ H2 2.Các quá trình phân hủy 3. Quá trình acetate hoá (Acetogenesis) - Dưới áp suất riêng phần của H2 khá cao, sự tạo thành acetat bị giảm và cơ chất chuyển thành acid propionic, butyric và athanol hơn metan. - Do vậy có mối quan hệ cộng sinh giữa vi khuẩn acetogenic và vi khuẩn metan. 2.Các quá trình phân hủy 3. Quá trình acetate hoá (Acetogenesis) Ethanol, a.proponic và butyric chuyển hóa thành a.acetic bởi nhóm VK acetogenic. CH3CH2OH + CO2 CH3COOH + 2H2 CH3CH2COOH+2H2O CH3COOH+CO2+2H2 CH3CH2CH2COOH+2H2O 2CH3COOH+2H2 2.Các quá trình phân hủy 4. Quá trình methane hoá (Methanogenesis) Nhóm vi khuẩn metan: Methanocaterium, Methannosacrina, Methannococus, Methannobrevibacter, Methannothrix Vi khuẩn metan tăng trưởng chậm trong nước thải và thời gian thế hệ 3 ngày ở 350C Vi khuẩn metan chia làm 2 nhóm phụ: + Vi khuẩn metan hydrogenotrophic nghĩa là sử dụng H2 hóa tự dưỡng: chuyển hóa H2 và CO2 thành metan 2.Các quá trình phân hủy 4. Quá trình methane hoá (Methanogenesis) Vi khuẩn Methannosacrina Vi khuẩn Methannococus 2.Các quá trình phân hủy 4. Quá trình methane hoá (Methanogenesis) Vi khuẩn Methannobrevibacter Vi khuẩn Methannothrix 2.Các quá trình phân hủy 4. Quá trình methane hoá (Methanogenesis) CO2 + 4H2 CH4 + 2H2O Nhóm này duy trì áp suất riêng phần thấp cần thiết chuyển hóa acid và alcol thành acetat. + Vi khuẩn metan hydrogenotrophic nghĩa là sử dụng H2 hóa tự dưỡng: chuyển hóa H2 và CO2 thành metan. CH3COOH CH4 + CO2 3.Các công trình đặc trưng Quá trình sinh học kỵ khí Quá trình sinh học lơ lửng Quá trình sinh học dính bám Kỵ khí tự nhiên: hồ sinh học kỵ khí. Kỵ khí nhân tạo:UASB, USBF+Imhoff, UAF, lắng 2 vỏ, hầm tự hoại, biogas. Kỵ khí tự nhiên:bãi lọc, cánh đồng lọc Kỵ khí nhân tạo: UASB có vật liệu, BAT, BATAF (hầm tự hoại có vật liệu), AB (Aerotank + Biofor) 3.Các công trình đặc trưng Bể UASB 3.Các công trình đặc trưng Bể USBF+ Imhoff 3.Các công trình đặc trưng Bể lắng 2 vỏ 3.Các công trình đặc trưng Hầm Biogas 3.Các công trình đặc trưng Hầm tự hoại 3.Các công trình đặc trưng Bãi lọc (Hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt bằng công nghệ thấm lọctại thị trấn Me (Gia Viễn - Ninh Bình) 4.Các yếu tố kiểm soát 1. Nhiệt độ - Nhiệt độ tối ưu là 30 - 350 C cho vi khuẩn mesophilic. 2. Thời gian lưu - Tùy thuộc vào nước thải và điều kiện môi trường, thời gian đủ lâu mới xảy ra các hđ trao đổi chất kỵ khí. - Bể phân hủy kỵ khí tăng trưởng dính bám có HTR:1 - 10 ngày, lơ lửng là 10-60 ngày. 4.Các yếu tố kiểm soát 3. pH - Vi khuẩn metan hoạt động pH 6.7 - 7.4, tối ưu 7.0 - 7.2, quá trình thất bại pH = 6 - Vi khuẩn acidogenic tạo các acid làm cho bể phản ứng có khuynh hướng pH thấp. + ĐK bình thường sẽ có tác dụng đệm của bicarbonate do vi khuẩn metan tao ra. + ĐK xấu, tác dụng đệm bị mất và làm ngừng quá trình sinh metan. 4.Các yếu tố kiểm soát 3. pH - Độ acid sẽ ức chế vi khuẩn metan nhiều hơn vi khuẩn acidogenic. - Như vậy sự tạo thành VFA trong chừng mực nào đó sẽ là chỉ thị cho hệ thống. Tỷ số giữa VFA và độ kiềm được đề nghị duy trì thấp hơn 0.1 để đảm bảo hệ thống vận hành bình thường. (VFA: Acid béo bay hơi) 4.Các yếu tố kiểm soát 4. Cạnh tranh giữa vi khuẩn metan và vi khuẩn khử sulfate - Vi khuẩn metan và vi khuẩn khử sulfate rất cạnh tranh ở tỷ số COD/SO4 1.7 - 2.7 - Tăng tỷ số này thì có lợi cho vi khuẩn metan 4.Các yếu tố kiểm soát 5. Các yêu tố gây độc - Oxy - Cyanide - Ammonia - Sulfide - Hydrocarbon có clo - Tannin - Hợp chất vòng benzen - Độ mặn - Formadehyd - Acid bay hơi - Acid béo mạch dài - Các kim loại 5.ƯU ĐIỂM, NHƯỢC ĐIỂM 1. Ưu điểm - Quá trình kỵ khí sử dụng CO2 một yếu tố làm giảm chi phí xử lý nước thải. - Quá trình kỵ khí sản xuất lượng bùn ít hơn từ 3 – 20 lần so với quá trình hiếu khí. Bởi vì sự sản sinh năng lượng từ các quá trình kỵ khí tương đối thấp 5.ƯU ĐIỂM, NHƯỢC ĐIỂM 1. Ưu điểm - Quá trình kỵ khí sản sinh khí có ích là metan - Quá trình xử lý kỵ khí thích hợp cho các loại nước thải ô nhiễm nặng. - Bể phản ứng kỵ khí có thể hoạt động ở chế độ tải trọng cao. - Hệ thống kỵ khí có thể phân hủy sinh học các hợp chất tổng hợp 5.ƯU ĐIỂM, NHƯỢC ĐIỂM 2. Nhược điểm - Quá trình kỵ khí diễn ra chậm hơn so với quá trình hiếu khí - Nhạy cảm hơn trong việc phân hủy các chất độc - Quá trình khởi động cần nhiều thời gian hơn. - Xem xét khía cạnh phân hủy sinh học thì quá trình kỵ khí đòi hỏi nồng độ cơ chất ban đầu tương đối cao