Giới thiệu một số công trình xử lý nước thải bằng vi sinh vật hiếu khí trong điều kiện nhân tạo

* GVBM: ThS. Lê Thị Vu Lan Nhóm 25 Nguyễn Thị Hương Giang Nguyễn Thị Y Mon Bùi Thị Ngọc Thuỷ Văn Chân Lý NỘI DUNG CHÍNH 1 NỘI DUNG CHÍNH Chương 1:Giới thiệu một số công trình xử lý nước thải bằng vi sinh vật hiếu khí trong điều kiện nhân tạo Chương 2: Giới thiệu công trình sục khí Aerotank Chương 3: Các vấn đề khi vận hành bể Aerotank ĐIỀU KIỆN THỰC HIỆN QUÁ TRÌNH XỬ LÝ SINH HỌC HIẾU KHÍ Đảm bảo liên tục cung cấp oxy Lượng các nguyên tố dinh dưỡng cần thiết cho quá trình sinh hóa xảy ra trong quá trình lên men Nồng độ các chất hữu cơ cho phép quá trình lên men Nồng độ cho phép của các chất độc hại pH thích hợp Nhiệt độ nước thải trong khoảng hoạt động của vi sinh vật NGUYÊN LÝ CHUNG CỦA QUÁ TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP HIẾU KHÍ Oxy hóa các chất hữu cơ CxHyOz + O2--(enzym) ----> CO2+ H2O +Q Tổng hợp để xây dựng tế bào CxHyOz + NH3+ O2--(enzym) ---> TB vi khuẩn + CO2+H2O + C5H7NO2- Q  Oxy hóa chất liệu tế bào (tự oxy hóa) Tế bào vi khuẩn + O2+ C5H7NO2--(enzym)---> CO2+ H2O+ NH3+ Q CÁC CÔNG TRÌNH THƯỜNG ĐƯỢC SỬ DỤNG Bể lọc sinh học 1. Đĩa quay sinh học RBC Mương oxy hoá BỂ LỌC SINH HỌC KHÁI NIỆM – CẤU TẠO Bể lọc sinh học là công trình nhân tạo, trong đó chất thải được lọc qua lớp vật liệu lọc rắn có bao bọc lớp màng vi sinh vật Bể lọc sinh học bao gồm các bộ phận chính sau: phần chứa vật liệu lọc, hệ thống phân phối nước trên toàn bộ bề mặt bể, hệ thống thu và dẫn nước sau khi lọc, hệ thống dẫn và phân phối khí cho bể lọc BỂ LỌC SINH HỌC Lọc sinh học có lớp vật liệu không ngập trong nước (lọc phun hay lọc nhỏ giọt) Phân Loại Lọc sinh học có lớp vật liệu ngập trong nước (lọc cao tải) BỂ LỌC SINH HỌC Lọc sinh học có lớp vật liệu không ngập trong nước Một vài thông số phải được duy trì trong quá trình hệ thống lọc sinh học đang vận hành pH : 7 Độ ẩm Nhiệt độ : 30-40º C Mức Oxy Bể lọc sinh học nhỏ giọt Bể lọc sinh học cao tải Lọc sinh học có lớp vật liệu không ngập trong nước Ưu điểm: Giảm việc trông coi Tiết kiệm năng lượng Nhược điểm: Hiệu suất làm sạch nhỏ hơn với cùng một tải lượng khối Dễ bị tắc nghẽn Rất nhạy cảm với nhiệt độ Không khống chế được quá trình thông khí, dễ bốc mùi Chiều cao hạn chế Bùn dư không ổn định Khối lượng vật liệu tương đối nặng nên giá thành xây dựng cao Lọc sinh học có lớp vật liệu ngập trong nước Ưu điểm Chiếm ít diện tích vì không cần bể lắng trong Đơn giản, dễ dàng cho việc bao, che công trình, khử độc hại, đảm bảo mĩ quan Không cần phải rửa lọc, vì quần thể VSV được cố định trên giá đỡ cho phép chống lại sự thay đổi tải lượng của nước thải Lọc sinh học có lớp vật liệu ngập trong nước Ưu điểm Dễ dàng phù hợp với nước thải pha loãng, đưa vào hoạt động rất nhanh, ngay cả sau 1 thời gian dừng làm việc kéo dài hàng tháng Có cấu trúc modun và dễ dàng tự động hoá Lọc sinh học có lớp vật liệu ngập trong nước Nhược điểm Làm tăng tổn thất tải lượng, giảm lượng nước thu hồi Tổn thất khí cấp cho qúa trình, vì phải tăng lưu lượng khí không chỉ đáp ứng cho nhu cầu của VSV mà còn cho nhu cấu có thuỷ lực Phun khí mạnh tạo nên dòng chuyển động xoáy làm giảm khả năng giữ huyền phù ĐĨA QUAY SINH HỌC RBC Lọc sinh học RBC (Rotating Biological Contactor) là công nghệ tiên tiến trong xử lý nước thải nhằm giảm thiểu các chất ô nhiễm cacbon (BOD) hoặc BOD/nitrat hoá đồng thời là công nghệ tiết kiệm năng lượng, tiết kiệm chi phí xử lý RBC được nghiên cứu và phát triển tại Đức vào những năm 1960, đến nay hệ thống RBC được ứng dụng rộng rãi tại 140 quốc gia trên thế giới các loại nước thải thích hợp cho hệ thống là nước thải có nguồn gốc sinh hoạt như nước thải tại các toà nhà, khu dân cư, bệnh viện … và nước thải một số ngành sản xuất công nghiệp Nguyên Lý Hoạt Động Dựa vào nguyên lý tiếp xúc của hệ vi sinh vật bám dính trên đĩa quay (màng sinh học) đối với nước thải và ôxy có trong không khí. Khi khối đĩa quay lên, các vi sinh vật lấy ôxy để oxy hoá các chất hữu cơ và giải phóng CO2. Khi khối đĩa quay xuống, vi sinh vật nhận chất nền (chất dinh dưỡng) có trong nước. Quá trình tiếp diễn như vậy cho đến khi hệ vi sinh vật sinh trưởng và phát triển sử dụng hết các hữu cơ có trong nước thải Ưu Điểm Thiết bị làm việc đạt hiệu quả xử lý chất hữu cơ (BOD) trên 90%; chất dinh dưỡng (N, P) đạt trên 35% Không yêu cầu tuần hoàn bùn. Không yêu cầu cấp khí cưỡng bức. Hoạt động ổn định, ít nhạy cảm với sự biến đổi lưu lượng đột ngột và tác nhân độc với vi sinh Tự động vận hành. Không yêu cầu lao động có trình độ cao Ưu Điểm Không gây mùi, độ ồn thấp, tính thẩm mỹ cao Thiết kế theo đơn nguyên, dễ dàng thi công theo từng bậc, tiết kiệm sử dụng mặt bằng Phạm Vi Sử Dụng RBC được sử dụng với các loại nước thải chứa hàm lượng ô nhiễm chất hữu cơ BOD5 £ 500 mg/l, dinh dưỡng N tổng £ 100 mg/l Ở Việt nam, thiết bị này đã được đưa vào xử lý nước thải tại một số ngành công nghiệp thực phẩm và các khu dân cư sinh thái, các bệnh viện khách sạn … Thiết bị được đánh giá là một giải pháp tiết kiệm chi phí trong xử lý nước thải hiện nay Hình ảnh đĩa quay sinh học RBC MƯƠNG OXY HOÁ Mương oxy hóa là một dạng cải tiến của Aerotank khuấy trộn hoàn chỉnh làm việc trong điều kiện hiếu khí kéo dài với bùn hoạt tính Gồm hai vùng Vùng hiếu khí : khử BOD và oxy hoá NH4 thành NO3 Vùng thiếu khí : khử NO3 thành N2 Xử lý nước thải có độ nhiễm bẩn cao BOD20 = 1000-5000mg/l Bùn được khoáng ngay trong mương-> bùn giảm khoảng 2,8 lần  Hình ảnh mương oxy hoá  Hình ảnh mương oxy hoá BỂ AEROTANK Bể Aerotank thường được đặt sau bể lắng 1 và trước bể lắng 2 Nước thải chảy qua suốt chiều dài của bể và được sục khí , khuấy đảo nhằm tăng cường lượng oxy hoà tan và quá trình oxy hoá chất bẩn hữu cơ trong nước bẩn CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU CÔNG TRÌNH SỤC KHÍ AEROTANK 2.1. Giới thiệu bể Aerotank 2.1.1.Khái niệm: Bể Aerotank là công trình nhân tạo xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học hiếu khí trong đó người ta cung cấp Ôxi và khuấy trộn nước thải với bùn hoạt tính. VỊ TRÍ BỂ KẾT CẤU Cho phép vi sinh phát triển liên tục ở giai đoạn “bùn trẻ”. Bảo đảm lượng oxy cần thiết cho vi sinh ở mọi điểm của aerotank Bùn trẻ PHÂN LOẠI Theo nguyên lý làm việc Bể thông thường: công suất lớn Bể xử lý sinh hóa không hoàn toàn (BOD20 ra 60_80mg/l) Bể xử lý sinh hóa hoàn toàn(BOD20 ra 15_20mg/l) Bể sức chứa cao:BOD20>500mg/l Theo sơ đồ công nghệ Aerotank 1 bậc Aerotank 2 bậc PHÂN LOẠI Theo cấu trúc dòng chảy PHÂN LOẠI Theo phương pháp làm thoáng Bằng khí nén Khuấy cơ học Quạt gió Thoáng kết hợp Các Dạng Sơ Đồ Bể Aerotank Aerotank 1 bậc, không có ngăn phục hồi bùn Thiết bị và quản lý đơn giản Sơ đồ 1 Sơ Đồ Áp Dụng Rộng Rãi Sơ đồ 2 Sơ đồ 3 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN HOẠT ĐỘNG CỦA CÔNG TRÌNH  Loại bể phản ứng  Thời gian lưu của nước thải trong bế phản ứng  Chê độ nạp nước thải và các chất hữu cơ  Hiệu suất sục khí Thời gian lưu trữ vi sinh vật trong bể phản ứng Tỉ lệ thức ăn / vi sinh vật (F/M) Tỉ lệ bùn bơm hoàn lưu về bể phản ứng Các chất dinh dưỡng Các yếu tố môi trường ( nhiệt đô,pH) CÁC QUÁ TRÌNH SINH HOÁ XẢY RA TRONG BỂ AEROTANK Quá trình tăng sinh khối VK thích nghi, sau đó tăng sinh khối. Nhu cầu oxy tăng dần Quá trình chuyển hoá cơ chất VSV phát triển ổn định, tốc độ tiêu thụ oxy ít thay đổi, Chất hữu cơ ít bị phân hủy mạnh Quá trình khử nitơ và phospho Tốc độ oxy hóa ít thay đổi sau đó giảm dần, tốc độ tiêu thụ oxy tăng do quá trình nitrat hóa. Nếu thời gian lưu nước quá dài, VSV trong bùn chứa protein,chất béo, hydratcarbon sẽ bị tự phân hủy gây ô nhiễm thứ cấp. Quá trình khử nitơ và nitrat hoá Quá trình khử photpho CHƯƠNG 3: CÁC VẤN ĐỀ KHI VẬN HÀNHBỂ AEROTANK Bọt váng Bùn nổi Bùn không kết dính được Bùn phân tán Bùn tạo khối BÙN PHÂN TÁN Hiện tượng: không tạo bông được, phân tán thành từng cụm nhỏ đường kính từ 10-20 µm >> khó lắng   BÙN KHÔNG KẾT DÍNH ĐƯỢC Hiện tượng: bông bùn hình cầu nhỏ, đường kính 50-100µm -> lắng kém Nguyên nhân: Thiếu thức ăn Vắng mặt VSV dạng sợi Khắc phục: tăng dinh dưỡng   BÙN TẠO KHỐI Hiện tượng: bùn nổi, khó lắng trong bể lắng 2, trôi ra theo dòng nước, khó duy trì nồng độ bùn trong bể Aerotank Nguyên nhân: sự phát triển của VSV dạng sợi như: VSV dạng sợi (Sphaerotilus, Cladothrix) Thực vật phân nhánh (Zooglea ramigeras, các loại nấm nước) BÙN TẠO KHỐI Khắc phục pH thấp (dưới 6) >> chỉnh pH Đảm bảo DO tối thiểu 2mg/L (DO giảm khi nhiệt độ tăng) Thiếu dinh dưỡng >> thêm chất dinh dưỡng,đảm bảo N vô cơ > 1mg/L PO43- > 0.2 mg/L Diệt vi sinh dạng sợi: dùng clo, H2O2 Dùng polymer hữu cơ tổng hợp, vôi, muối Fe để tăng tính lắng của bùn (đắt tiền) BÙN TẠO KHỐI Hiện tượng: bùn tạo khối không do VSV dạng sợi (ít gặp) Nguyên nhân: bùn chứa quá nhiềupolymer ngoại bào (polysaccharide) (Zooglea) Bùn xốp, loãng bùn Tăng SS, BOD đầu ra  Khắc phục: dùng clo BÙN NỒI Hiện tượng: Bùn lắng tốt, nhưng sau đó nổi lên bề mặt trong thời gian ngắn (dưới 1 h) Nguyên nhân: do sự khử Nitrat, N2 tạo ra kéo bùn lên mặt nước Khắc phục: Tăng tốc độ tuần hoàn bùn, giảm thời gian lưu bùn Giảm thông khí BỌT VÁNG Hiện tượng: có bọt, tạo váng trên bề mặt bể Gây mùi hôi Tăng SS, BOD đầu ra BỌT VÁNG Nguyên nhân: sự phát triển của Nocardia và Microthrix parvicella Microthrix parvicella BỌT VÁNG Khắc phục: Gạn bọt Giảm dầu mỡ trong nước thải (tăng hiệu quả thiết bị lọc dầu mỡ) Phun clo (3g/kg bùn cho Microthrix parvicella) Dùng chất keo tụ: FeCl3, phèn nhôm -> Nocardia dính chặt vào bông bùn