Bài giảng Công nghệ sinh học môi trường - Chương 2: Xử lý nước thải sinh hoạt bằng Công nghệ sinh học - Lê Quốc Tuấn

Nội dung text: Bài giảng Công nghệ sinh học môi trường - Chương 2: Xử lý nước thải sinh hoạt bằng Công nghệ sinh học - Lê Quốc Tuấn

1. Các giai đoạn xử lý nước thải Tiền xử Xử lý sơ Xử lý cấp Xử lý cấp lý cấp II III Nước thải Lắng sơ Oxy hóa Lắng thứ cấp sinh học cấp Song chắn Ao hiếu khí Ao sinh học rác Lọc sinh học Chlore hóa Đệm cát Bùn hoạt tính Lọc cát Bùn sơ Bùn cấp Thải / Sử dụng Phân hủy kỵ khí
2. Các giai đoạn xử lý nước thải ¾Xử lý cấp 1: cho phép lắng từ 1.5 – 2.5 giờ để loại SS và làm giảm BOD5 từ 40 – 60%. ¾Xử lý cấp 2: nước thải từ XLC1 chứa 40-50% chất rắn lơ lững. Trong giai đoạn này các quá trình sinh học diễn ra để loại thải chất hữu cơ ¾Quá trình kỵ khí và hiếu khí, xử lý hiếu khí thường nhanh và được ứng dụng nhiều. ¾Quá trình xử lý kỵ khí hoặc hiếu khí thường được sử dụng như ao sinh học, lọc nhỏ giọt, bùn hoạt tính, bể tiếp xúc sinh học quay và phân hủy kỵ khí. ¾Xử lý cấp 3: loại thải phosphate, nitrate và vi sinh vật nhằm làm cho nước có thể uống được và ngăn cản phú dưỡng. ¾Kết tủa hóa học, khủ trùng bằng chlorine, lọc qua cát và sử dụng ao lắng.
3. Mô hình mô tả các giai đoạn xử lý nước thải XL cấp 1 XL cấp 2 XL cấp 3
4. Hồ sinh học ¾Thường áp dụng cho những vùng có nhiều ánh sáng ¾Ao tùy nghi thường nông (1-2.5 m) và các quá trình sinh học diễn ra như ở hình (làm sạch nước thải bằng vi tảo và vi sinh vật). ¾Ao hiếu khí nông hơn ao tùy nghi, thường 1 m để ánh sáng có thể chiếu xuyên đến đáy được. ¾Ao sinh học tốc độ cao nhằm bảo đảm quá trình đồng hóa của tảo diễn ra mạnh tăng sinh khối tảo.
5. Quá trình làm sạch nước thải bằng tảo và vi sinh vật theo W. J. Oswald (1977) Sản phẩm phụ được sử dụng Ô nhiễm hữu cơ Carbon Oxygen Sinh khối tảo Nitrogen phosphore Vi khuẩn Vi tảo C68H95O27N4 C106H181O45N16P Nước thải được xử lý Sinh khối vi Thức ăn đồng khuẩn hóa trực tiếp Bức xạ mặt trời + 3- CO2, NH4 , PO4 CO2 trong không khí
6. ¾Ao lắng có kết cấu giống với ao tùy nghi nhưng được sử dụng ở giai đoạn 3 với thời gian lưu nước lâu hơn từ 7 – 15 ngày cho phép chất rắn có thể được lắng trước khi nước được thải ra ngoài. ¾Ao kỵ khí chủ yếu được sử dụng để xử lý nước thải trước khi đi vào ao tùy nghi. Các ao thích hợp cho giá trị BOD cao 300 mg/l. 9Các điều kiện kỵ khí được duy trì bằng cách tăng độ sâu của ao từ 1 – 7m và tăng tải lượng BOD. Thời giai lưu nước từ 2 – 160 ngàyvới khả năng loại thải BOD từ 70 – 80% 9Ao kỵ khí không giống các ao khác được sử dụng trong xử lý cấp I của nước thải sinh hoạt và nước thải công nghiệp.
7. ThThứứ ttựự cacácùc aoao dudùngøng chocho xxửử lylýù nnưươớcùc thathảiûi Ao kỵ khí Ao tùy nghi Ao lắng BOD giảm 50-70% trong 1- 5 ngày 20-40 ngày 1-7 ngày Nước thải Nước đầu ra Giai đoạn II Giai đoạn III (BOD < 25mg/l) Giai đoạn sơ cấp (BOD trên(BOD 300 mg/l)
8. Ao kỵ khí
9. Các dạng ao hiếu khí
10. So sánh hiệu quả xử lý nước thải trước và sau khi áp dụng Ao hiếu khí
11. Ao tùy nghi
12. Các thông số đối với ao tùy nghi Thông số Đơn vị Giá trị Độ sâu m 1 – 3 Thời gian lưu nước ngày 7 – 50 Tải lượng BOD kg/acre/ngày 9 – 22 BOD5 được xử lý % 70 – 95 Nồng độ tảo mg/l 10 – 100 Nồng độ chất rắn lơ mg/l 100 - 350 lững đầu ra
13. Lọc nhỏ giọt ™Hầu hết vi sinh vật trong tự nhiên thường bám vào bề mặt chất rắn và được biết là màng sinh học. ™Màng sinh học phát triển trên bề mặt vật liệu, được cấu tạo chủ yếu là vi khuẩn và nấm. ™Màng sinh học ngày càng dày thêm, các lớp sẽ được tách ra và những chất rắn lơ lững này được thu lại trong một bể lắng.
14. Lọc nhỏ giọt ™Các hệ thống lọc được sử dụng rộng rãi cho xử lý cấp II bởi vì 9 Chi phí xây, vận hành và bảo dưỡng thấp 9Thích ứng với sự thay đổi của các thành phần nước thải. ™Lọc sinh học được sử dụng trong một quá trình đơn, cho nước đầu ra có tiêu chuẩn cao.
15. CấuHình tạo 2.3 Bể. Bể lọc lọc sinh sinh học học nhỏ nhỏ giọt giọt Vật liệu lọc
16. Lọc nhỏ giọt
17. Ứng dụng lọc nhỏ giọt ngoài thực tế
18. Quá trình bùn hoạt tính Trong quá trình này chất thải được đưa vào trong bể tiếp xúc với nồng độ vi sinh vật cao trong điều kiện hiếu khí Chất thải từ giai đoạn I chảy liên tục vào trong bể hiếu khí để tạo nên dòng chảy nơi mà sự đồng hóa sinh khối các thành phần hữu cơ, tạo nên nhiều tế bào hơn và sinh khối . Sự vận hành bình thường và hệ thống dòng chảy trong một bể hình chữ nhật, thường rộng 6 – 10 m và dài 30 –100 m sâu 4 – 5 m .
19. Nguyên tắc quá trình bùn hoạt tính Nước đã Cấp khí xử lý Nước thải Bể lắng Bể sục khí Tuần hoàn bùn Bùn Thải Xử lý bùn
20. Các cơ chế phản ứng trong quá trình bùn hoạt tính Vùng 1 Vùng 2 Vùng 3 Kỵ khí Thiếu khí Hiếu khí
21. Liên kết với các quá trình khác
22. Membrane Activated Sludge Process / Membrane Bio- Reactors
23. Tích hợp các quá trình bùn hoạt tính
24. Ứng dụng trong thực tế
25. Thời gian lưu nước, bùn Thời gian lưu nước ở bể hiếu khí ít nhất là 5 giờ Tải lượng hữu cơ đối với lọc nhỏ giọt từ 0.4 – 1.2 kg BOD/m3/ngày. Tải lượng bùn là tỉ số giữa chất hữu cơ phân hủy được so với sinh khối hoạt hóa Lưu lượng x BOD Tải lượng bùn = Thể tích x sinh khối Tải lượng bùn giao động trong khoảng 0.15, nhưng đối với hệ thống bùn hoạt tính có thể lên đến 0.6. Độ tuổi của bùn 2-3 ngày và thời gian lưu nước từ 5 – 14 giờ
26. Sục khí Vì bùn hoạt tính là một quá trình hiếu khí được xem là hiệu quá khi được tăng cường cung cấp oxygen và tránh giới hạn oxygen Khí được cấp qua các hệ thống lỗ mịn và có thể được phun với áp suất cao, với mục đích đánh tan các chất rắn dính bám trên bề mặt thiết bị . Giai đoạn tiếp xúc thường 0.5 – 1.0 giờ, chất thải được ổn định và trở lại bề sục khí khoảng 5 giờ để hoàn tất quá trình oxy hóa
27. Sục khí Các hệ thống luân phiên của quá trình bùn hoạt tính gồm: hiếu khí truyền thống, sục khí giảm, ổn định tiếp xúc, hiếu khí từng bước, bùn tăng cường Những thuận lợi của hệ thống là sự sục khí tăng cường, cho phép tăng tải lượng BOD, và có khả năng chịu đựng sốc BOD. Sự không thuận lợi là bùn sinh ra khó ổn định hơn
28. Sục khí truyền thống Sục khí giảm dần
29. Ổn định tiếp xúc
30. Sục khí từng bước
31. Bùn tăng cường
32. Những chỉnh sửa cho các quá trình đang tồn tại
33. Thápsinhhọc Ống đưa nước vào nước
34. Trục quay tiếp xúc sinh học
35. Phản ứng qua lớp dịch lỏng Khí sinh học Nước đã xử lý Dịch lỏng Hoàn lưu bùn Đĩa phân phối Nước thải vào
36. Phản ứng trục sâu
37. Bể sinh học màng vi lọc
38. Màng vi lọc chìm trong nước
39. MBR là một công trình đơn vị trong cụm công trình xử lý nước thải
40. Loại thải hợp chất có chứa nitrogen
41. Quá trình amôn hóa ™Amôn hóa urê. Thực hiện bởi VSV: Planosarcina urea, Micrococcus urea, Bacillus amylovorum, Proteus vulgaris CO(NH2)2 + 2 H2O (NH4)2CO3 (NH4)2CO3 2NH3 + CO2 + H2O ™Amôn hóa protein. Thực hiện bởi VK: Bacillus mycoides, B. subtilis, Pseudomonas fluorescens, Xạ khuẩn Streptomyces griseus Vi nấm có Aspergillus oryzae, Penicilium camemberti R-CH(NH2)COOH R=CHCOOH + NH3 R-CH(NH2)COOH + H2O R-CH2OH-COOH + CO2 + NH3 R-CH(NH2)COOH + ½ O2 R-CO-COOH + NH3
42. Quá trình nitrate hóa ™Giai đoạn nitrite hóa. Thực hiện bởi VSV: Nitrosomonas, Nitrosocystis, Nitrosolobus và Nitrosospira chúng đều thuộc loại tự dưỡng bắt buộc. + - NH4 + 3/2 O2 NO2 + H2O + 2 H + Q 9 Năng lượng sinh ra trong quá trình này dùng để đồng hóa CO2 thành chất hữu cơ. ™Amôn hóa protein. Thực hiện bởi VK: Nitrobacter, Nitrospira và Nitrococcus. - - NO2 + ½ O2 NO3 + Q
43. Quá trình phản nitrate hóa ™Thực hiện phản ứng khử nitrate thành khí nitơ. Amôn hoá nitrate NH2OH NH3 NO 3 NO 2 NO N2O N2 Phản nitrate hoá ™Thuộc nhóm tự dưỡng hoá năng có Thiobacillus denitrificans, Hydrogenomonas agilis ™Thuộc nhóm dị dưỡng có Pseudomonas denitrificans, Micrococcus denitrificanas, Bacillus licheniformis sống trong điều kiện kỵ khí, trong những vùng đất ngập nước. ™Năng lượng tạo ra dùng để tổng hợp ATP
44. Sơ đồ phản ứng phản chuyểnhóa nitrogen
45. Sơ đồ phản ứng loại thải nitrogen
46. Sơ đồ phản ứng loại thải nitrogen
47. Sơ đồ phản ứng loại thải nitrogen
48. Xử lý bùn —Quá trình bùn hoạt tính sinh ra một lượng lớn bùn. —Lượng bùn này chủ yếu là sinh khối của vi sinh vật —Sinh khối của vi sinh vật chiếm đến 50% về khối lượng của bùn hoạt tính. Khoảng 20% được tái tuần hoàn cho các công trình tiền xử lý. —Hiện nay có một số phương pháp xử lý bùn được áp dụng để xử lý lượng bùn dư được tạo ra: —Chôn trong lòng biển —Bãi chôn lấp —Đốt —Làm khô —Làm phân —Phân huỷ kỵ khí.
49. Quá trình xử lý bùn điển hình
50. Bể nén bùn
51. Máyépbùn
52. Ứng dụng ngoài thực tế
53. Phânhủykỵkhí —Chất thải lỏng đã được xử lý kỵ khí từ lâu trong các ao hồ tự nhiên hoặc nhân tạo. —Thuận lợi của phân hủy kỵ khí là tạo ra ít bùn, sinh khí methane và không cần phải sục khí —Bất tiện của phân hủy kỵ khí là phải có hệ thống trộn tốt, nhiệt độ yêu cầu là 370C, BOD cao 1.2 – 2 g/L, thời gian lưu nước dài 30 – 60 ngày. —Phân hủy kỵ khí là một quá trình hoàn chỉnh liên quan đến một loạt các phản ứng với 3 nhóm vi sinh vật và qua 4 giai đoạn
54. Phânhủykỵkhí Chất béo Carbonhydrates Protein Pha thủy phân 4% 76% Đường Các giai Acid béo Amino Pha acid đoạn phân acid hóa hủy kỵ khí 24% chất thải CO2 H2 Chất béo Pha acid Acid acetic acetic 52% 28% Acid acetic Pha 72% methane hóa Methane H2S
55. Phânhủykỵkhí —Nhóm sinh vật methane hóa liên quan với nhóm sinh vật acetate hóa. —Vi khuẩn methane chuyển hóa H2, CO2, thành methane Butyric acid Acid béo Rượu CO2 Acetate Pha Acetate Pha Methane H2 Acetate Methane
56. Bể phân hủy kỵ khí
57. Khí sinh học Khí sinh học Nước Nước sạch sạch Bể lắng Bể lắng Nước thải Nước thải Tuần hoàn bùn Tuần hoàn bùn Bể kỵ khí có dòng chảy ngược Bể kỵ khí có dòng chảy ngược qua lớp vật liệu cố định qua lớp vật liệu lơ lững