Bài giảng Các quá trình sinh học trong kỹ thuật môi trường - Chương 4: Quá trình sinh trưởng bám dính (Phần 1) - Lê Hoàng Nghiêm
BK
TPHCM
BAØI GIAÛNG
CAÙC QUAÙ TRÌNH SINH HOÏC TRONG
COÂNG NGHEÄ MOÂI TRÖÔØNG
Chöông IV: QUAÙ TRÌNH SINH TRÖÔÛNG BAÙM DÍNH-P1
(Attached-Growth Treatment Processes)
(Biofilm reactor)
GVHD: TS. Leâ Hoaøng Nghieâm
Email: [email protected]
BK
TPHCM
GIỚI THIỆU QUAÙ TRÌNH SINH TRÖÔÛNG BAÙM DÍNH
Quá trình sinh học bám dính (STBD) là quá trình trong
đó màng sinh học (biological slimes) hình thành trên
các giá thể (media) để đồng hóa (assimilate) và oxy
hóa (oxidize) các chất ô nhiễm trong nước thải.
TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM
2
BK
TPHCM
QUAÙ TRÌNH SINH TRÖÔÛNG BAÙM DÍNH (STBD)
Ù
Ù
Û
Û
Ù
Ù
Trong quaù trình STBD, VSV baùm dính (maøng
sinh hoïc) treân caùc giaù theå trô seõ chuyeån hoùa
vaø khöû hôïp chaát höõu cô hoaëc chaát dinh
döôõng.
Quaù trình STBD coù theå hoïat ñoäng nhö quaù trình
hieáu khí hay kò khí.
Giaù theå coá ñònh coù theå ñaët ngaäp trong nöôùc
hoaëc khoâng ñaët ngaäp.
Biofilm được sử dụng trong các công trình lọc
sinh học, RBC, hiếu khí tiếp xúc (contact
aerator), lọc ngập (SAF), MBBR.
TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM
3
BK
TPHCM
QUAÙ TRÌNH XÖÛ LYÙ SINH TRÖÔÛNG BAÙM DÍNH
Û Ù
Û Ù
Ù
Û
Ù
Ù
Ù
Û
Maøng sinh hoïc goàm coù nhöõng VSV, caën/haït, vaø
polymer ngoaïi baøo baùm dính vaø bao phuû beà maët giaù
theå (nhöïa, ñaù) .
Ñoä daøy maøng sinh hoïc = 100μm ñeán 10mm.
Trong thöïc teá lôùp maøng sinh hoïc raát phöùc taïp, caáu
truùc khoâng ñoàng ñeàu.
Noàng ñoä VSS cuûa maøng sinh hoïc coù theå khoaûng töø 40
– 100 g/L.
Khoâng coù söï phaùt trieån ñoàng ñeàu cuûa MSH trong lôùp
giaù theå vaät lieäu, bôûi vì chuùng seõ bò bong ra khoûi giaù
theå theo ñònh kì.
TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM
4
BK
QUAÙ TRÌNH XÖÛ LYÙ SINH TRÖÔÛNG BAÙM DÍNH HIEÁU KHÍ
Ù
Û Ù
Û Ù
Û
Ù
Á
Á
Ù
Û
Ù
TPHC(M AEROBIC ATTACHED-GROWTH TREATMENT PROCESSES)
Quaù trình taêng tröôûng hieáu khí baùm dính ñöôïc söû
duïng ñeã khöû chaát höõu cô vaø thöïc hieän quaù trình nitrat
hoùa.
Caùc coâng trình söû duïng quaù trình naøy bao goàm:
9 Loïc sinh hoïc nhoû gioït (trickling filter)
9 Loïc sinh hoïc cao taûi (roughing filter)
9 Beå sinh hoïc tieáp xuùc quay (rotating biological contactor -
RBC)
9 Beå nitrat hoùa maøng dính baùm (fix-film nitrification reactor)
9 Beå loïc sinh hoïc ngaäp nöôùc hieáu khí (Submerged aerated
biofilter)
Caùc coâng trình naøy coù theå chòu ñöôïc taûi troïng shock
vaø söï thay ñoåi nhieät ñoä.
TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM
5
BK
TPHCM
PHAÂN LOAÏI BEÅ SINH HOÏC STBD HIEÁU KHÍ
Ï Å
Ï Å
Â
Ï
Á
Á
Â
Ï
CÔNG TRÌNH SINH HỌC TĂNG
TRƯỞNG BÁM DÍNH
CÔNG TRÌNH SINH HỌC
TĂNG TRƯỞNG LƠ LỮNG
•Lọc sinh học
CÔNG TRÌNH LAI HỢP
•Bùn hoạt tính
•SBR
•Bể sinh học tiếp quay (RBC)
•Lọc sinh học bùn hoạt tính.
•Lọc sinh học hiếu khí vật liệu ngập
(submerged aerated biofilter – SAF)
•Bể sinh học hiếu khí tiếp xúc
(contact aerator).
•MBR
•Mương oxy hóa (OD)
•Bể sinh học tầng giá thể động
(moving bed bioreactor - MBBR)
TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM
6
BK
TPHCM
Caáu taïo maøng vi sinh vaät
Nöôùc thaûi
Lôùp maøng vi sinh vaät
chia thaønh hai lôùp: Lôùp
maøng kò khí ôû beân trong
vaø lôùp maøng hieáu khí ôû
beân ngoaøi.
Maøng vi sinh luoân toàn taïi
ñoàng thôøi vi sinh vaät kò khí
vaø vi sinh vaät hieáu khí
Q, S
Lôùp nöôùc tónh
z
Chaát höõu cô
O2
CO2
Saûn phaåm
sau cuøng
Oxy hoaø tan trong nöôùc
chæ khueách taùn vaøo gaàn
beà maët maøng
z + dz
Nöôùc thaûi
Q, S+(ΔS/∆z)dz
TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM
7
BK
TPHCM
Caáu taïo maøng vi sinh vaät
Nöôùc thaûi
Q, S
Lôùp nöôùc tónh
dSf
dx
dSf
− De As
z
− De As
Chaát höõu cô
dx
x
x+Δx
O2
Sb
x + dx
x
Ss
Saûn phaåm
sau cuøng
CO2
0
z + dz
L
Nöôùc thaûi
x
Q, S+(ΔS/∆z)dz
TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM
8
Hình veõ: Moâ hình hoùa lôùp maøng vi sinh vaät
BK
TPHCM
DOØNG CÔ CHAÁT TRONG MAØNG SINH HOÏC
Ø
Á
Ø
Ï
Ï
Ø
Á
Ø
Dòng cơ chất xuyên qua lớp nước tĨnh là một hàm số của
hệ số khuếch tán cơ chất và nồng độ cơ chất:
dS (Sb − Ss )
− Dw = −Dw
(4.1)
dx
L
Sử dụng dấu (-) vì nồng độ cơ chất giảm dần dọc theo lớp
nước tĩnh và cơ chất được loại bỏ từ khối chất lỏng
Dw = hệ số khuếch tán cơ chất trong nước, m2/ngày
dS/dx = gradient nồng độ cơ chất, g/m3.m
Sb = nồng độ cơ chất trong khối chất lỏng, g/m3
Ss = nồng độ cơ chất trên bề mặt màng sinh học, g/m3
L = Độ dày hiệu quả của màng nhầy, m
TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM
9
BK
TPHCM
DOØNG CÔ CHAÁT TRONG MAØNG SINH HOÏC
Ø
Á
Ø
Ï
Ï
Ø
Á
Ø
Qúa trình truyền khối trong màng sinh học được mô tả bởi
định luật Fick’s cho sự khuếch tán trong dung dịch:
∂Sf
rbf = −De (4.2)
∂x
rbf = Tốc độ dòng cơ chất trong màng sinh học do truyền khối, g/m2.ngày
De = Hệ số khuếch tán trong màng sinh học, m2/ngày
∂Sf/∂x = gradient nồng độ cơ chất, g/m3.m
Tốc độ sử dụng cơ chất trong màng sinh học ở mọi điểm:
kSf X
Ks + Sf
r = −
(4.3)
su
rsu = Tốc độ sử dụng cơ chất trong màng sinh học, g/m2.ngày
1S0 f = Nồng độ cơ chất ở 1 điểm trong màng sinh học, g/m3
TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM
BK
CAÂN BAÈNG KHOÁI LÖÔÏNG CÔ CHAÁT CHO MAØNG SINH HOÏC
TPHCM
Â
È
Á
Ï
Á
Ø
Ï
Ï
Â
È
Á
Ï
Á
Ø
Cân bằng khối lượng cơ chất cho vi phân thể tích xung
quanh (dx) trong màng sinh học:
Tốc độ tích = Tốc độ dòng - Tốc độ dòng + tốc độ sử dụng cơ
lũy cơ chất
trong phần
vi phân
cơ chất vào
phần vi phân
cơ chất ra
khỏi phần vi
phân
chất trong phần vi
phân
Trong điều kiện ổn định, cân bằng khối lượng là:
Tích lũy = vào - ra + phát sinh
⎛
⎜
⎜
⎝
⎞
⎟
⎟
⎠
dSf
dx
dSf
dx
kSf X
Ks + Sf
0 = −De As
+ De As
− ΔxAs
(4.4)
x
x+Δx
As = Diện tích MSH tiếp xúc với dòng cơ chất, m2
∆x = Khoảng biến thiên, m
TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM
11
BK
CAÂN BAÈNG KHOÁI LÖÔÏNG CÔ CHAÁT CHO MAØNG SINH HOÏC
TPHCM
Â
È
Á
Ï
Á
Ø
Ï
Ï
Â
È
Á
Ï
Á
Ø
Chia 2 vế cho As và dx, và lấy biên từ ∆x đến 0 Î thu
được phương trình cho sự thay đổi nồng độ cơ chất trong
MSH.
d2Sf
kSf X
⎛
⎞
⎟
⎟
⎠
⎜
De
−
= 0 (4.5)
2
⎜
dx Ks + Sf
⎝
Để giải phương trình trên cần 2 điều kiện biên:
9Dòng cơ chất ở bề mặt màng sinh học bằng với dòng cơ
chất xuyên qua lớp màng tĩnh
9Không có dòng ở bề mặt giá thể.
dSf
dx
= 0 (4.6)
x=L
TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM
12
BK
TPHCM
BEÅ LOÏC SINH HOÏC (TRICKLING FILTER)
Å Ï
Å Ï
Ï
Ï
Beå lọc SH nhoû gioït öùng duïng quaù trình STBD,
nöôùc thaûi ñöôïc phaân phoái ñeàu khaép dieän tích
beà maët cuûa beå chöùa nhöõng giaù theå coá ñònh
khoâng ñaët ngaäp.
Nhöõng vaät lieäu coá ñònh coù theå baèng ñaù, nhöïa
plastic, xæ than ñöôïc thieát keá sao cho chieám
khoảng 90 – 95% theå tích cuûa thaùp goàm coù
nhöõng khe hôû.
TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM
13
BK
TPHCM
BỂ LỌC SINH HỌC
Secondary treatment
Primary treatment
disposal
Recycled flow
screenings
grit
scum
Primary
sedimentation
tank
Secondary
sedimentation
tank
Qr
Raw
Treated
effluent
Q, S
sewage
Q, So
Fine bar
screens
Grit chamber
Primary sludge
High rate
trickling filter
Disinfectant
(chlorine)
Sludge
thickening
Belt press or
Anaerobic
digestion
sludge lagoon
Sludge disposal
Sludge treatment
TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM
14
BK
TPHCM
BỂ LỌC SINH HỌC
Vòi phun
BỂ LỌC SINH HỌC
Vật liệu lọc
sàn thu nước
BỂ LẮNG II
Lỗ thông hơi
̃
Vào
Ra
Tới xử lý bun
̉ ́
̀
̀
Màng nhầy vi sinh vật phu
sinh chu yếu VK di dưỡng hiếu khi
Vật liệu lọc: Đa, sỏi, nhựa tổng hợp
Khi màng VS phát triển dày lớp màng VS bên trong thiếu oxy va
̉
lên bê
̀
mặt vật liệu lọc. Màng nhầy là quần thê
̉ vi
̉
̣
́
oxy hóa CHC khi NT đi qua.
́
̀
chất dinh
dưỡng → giảm tốc đô
màng VS tróc ra khỏi VL lắng lại ở bê
Áp dụng: Tương tư BHT
Thuận lợi: Tiêu thu năng lượng thấp, chi phí QL va
Bất lợi: Đòi hỏi diện tích rộng, có mùi hôi.
̣
oxy hóa → tê
́
bao chết, mất kha
̉
năng bám dính
̀
̉
lắng II
̣
̣
̀ VH thấp
TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM
15
BK
TPHCM
Caáu taïo maøng vi sinh vaät
TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM
16
BK
TPHBCMEÅ LOÏC SINH HOÏC
Å Ï
Å Ï
Ï
Ï
TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM
17
BK
TPHBCMEÅ LOÏC SINH HOÏC
Å Ï
Å Ï
Ï
Ï
TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM
18
BK
TPHCM
GIAÙ THEÅ TRONG BEÅ LOÏC SINH HOÏC
Ù Å
Å Ï
Ï
TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM
19
BK
TPHCM
THOÂNG SOÁ ÑAËC TRÖNG BEÅ LOÏC SINH HOÏC
Á Ë
Å Ï
Á Ë Å Ï
Â
Â
Ï
Ï
Taûi troïng thuyû löïc hay taûi troïng beà maët (Hydraulic
loading rate - HRT):
m3
⎡
⎢
⎤
Löu löôïng nöôùc thaûi Q +Qr
Taûi troïng beà maët =
=
(4.18)
⎥
⎦
Dieän tích beå loïc
A m2ngay
⎣
Tæ soá tuaàn hoaøn (Recirculation ratio):
Qr
R = (4.19)
Q
Taûi troïng höõu cô (Organic loading rate - OLR):
⎡
⎤
Taûi troïng BOD Q×So kgBOD
Taûi troïng höõu cô =
=
(4.20)
⎢
⎥
Theå tích beå loïc V m3ngay
⎣
⎦
TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM
20
Tải về để xem bản đầy đủ
30 trang
15181
Free
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Các quá trình sinh học trong kỹ thuật môi trường - Chương 4: Quá trình sinh trưởng bám dính (Phần 1) - Lê Hoàng Nghiêm", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- bai_giang_cac_qua_trinh_sinh_hoc_trong_ky_thuat_moi_truong_c.pdf
