Bài giảng Các quá trình sinh học trong kỹ thuật môi trường - Chương 5: Hồ sinh học và các hệ thống xử lý tự nhiên - Lê Hoàng Nghiêm
BAØI GIAÛNG
CAÙC QUAÙ TRÌNH SINH HOÏC TRONG
KYÕ THUAÄT MOÂI TRÖÔØNG
CHÖÔNG 5: HOÀ SINH HOÏC VAØ
CAÙC HEÄ THOÁNG XÖÛ LYÙ TÖÏ NHIEÂN
GVHD: TS. Leâ Hoaøng Nghieâm
Email: hoangnghiem72@gmail.com
1
XÖÛ LYÙ NÖÔÙC THAÛI BAÈNG
HOÀ SINH HOÏC TÖÏ NHIEÂN
2
HOÀ OÅN ÑÒNH CHAÁT THAÛI
Hệ thống hồ sinh học ổn định nước thải (thường gọi là
hồ sinh học) là các hồ nhân tạo lớn, không sâu, thường
là hình chữ nhật sử dụng để xử lý nước thải.
Hồ sinh học được sử dụng rộng rãi ở Châu Âu và Nam
Mỹ, đây là loại công trình xử lý nước thải phù hợp với
các nước đang phát triển ở vùng khí hậu nóng.
Các yếu tố tự nhiên như nhiệt độ cao và giàu ánh sáng
mặt trời có khả năng thúc đẩy sự phát triển nhanh của
các loại vi sinh vật (chủ yếu vi khuẩn và vi tảo)
Hồ sinh học có khả năng xử lý các chất hữu cơ (BOD)
trong nước thải theo cả hai cách hiếu khí và kỵ khí.
Các quá trình chuyển hoá sinh học diễn ra trong hồ là
các chu trình tự nhiên và liên tục.
3
HOÀ OÅN ÑÒNH CHAÁT THAÛI
Quá trình XLNT thường diễn ra trong hai hoặc nhiều hồ.
Sự xắp xếp bố trí và kích thước, độ sâu thiết kế của hồ
có thể tạo ra các điều kiện hiếu khí ở hồ này hoặc kỵ khí
ở hồ khác.
Dòng nước thải ra khỏi hồ thường giàu dinh dưỡng do
nồng độ tảo lớn.
Số lượng các vi sinh vật gây bệnh và các vi sinh vật
nguồn gốc từ chất thải sinh họat trong dòng ra khỏi hồ
sinh học giảm đáng kể [Mara và cs., 1992; Mara và
Pearson, 1987; U.S. EPA, 1977a].
Hệ thống hồ sinh học ổn định nước thải dễ xây dựng,
giá thành thấp, tính đệm lớn và hiệu quả xử lý cao.
4
HOÀ OÅN ÑÒNH CHAÁT THAÛI
Ưu điểm của hồ sinh học
Dễ xây dựng: công tác xây dựng chủ yếu là đào đất, ngoài ra cũng có thể
tận dụng các ao hồ tự nhiên phù hợp để làm hồ sinh học.
Chi phí thấp: Do cấu tạo đơn giản, hồ ổn định nước thải là loại công trình
rẻ nhất so với các công trình XLNT khác.
Tính đệm: Hồ sinh học ổn định nước thải có thể chịu được hàm lượng
kim loại nặng cao (đến khoảng 30mg/l). Hồ còn có thể tự điều tiết được
các hiện tượng sốc hữu cơ hoặc thuỷ lực không ổn định của dòng nước
thải đầu vào [Mara & Pearson, 1986].
Hiệu quả cao: Các hệ thống hồ được thiết kế đúng có thể đạt hiệu suất
xử lý theo BOD > 90%, nitơ từ 70 ÷ 90% và phôtpho là 30 ÷ 50%.
HSH có khả năng xử lý các loại sinh vật gây bệnh cao mà không cần
sử dụng các biện pháp xử lý bậc cao khác như clo hoá, ozon hoá, UV,…
có thể diệt được vi khuẩn gây bệnh và có thể đáp ứng được các quy định
của Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) đối với chất lượng nước tưới cây
[WHO, 2006; WHO,1989].
5
Kết hợp nuôi cá, trồng tảo mang hiệu quả kinh tế cao.
HOÀ OÅN ÑÒNH CHAÁT THAÛI
Nhược điểm của hồ sinh học
Hàm lượng các chất lơ lửng trong nước thải ra khỏi hồ
cao hơn so với các công trình xử lý sinh học khác do sự
xuất hiện tảo trong dòng nước thải ra khỏi hồ.
Thời gian lưu thuỷ lực lâu đi đôi với thể tích hồ lớn để
XLNT có thể là yếu tố hạn chế đối với quá trình này do
yêu cầu diện tích và chi phí đất sử dụng cao.
Phát sinh mùi hôi
Khó kiểm soát quá trình
6
HOÀ OÅN ÑÒNH CHAÁT THAÛI
Có 3 loại HSH:
• Hồ kỵ khí
• Hồ tuỳ tiện
• Hồ hiếu khí/ Hồ xử lý triệt để.
Chức năng của hồ kỵ khí và hồ tùy tiện là xử lý BOD cà hồ xử lý
triệt để là tiêu diệt các loại vi khuẩn gây bệnh (chỉ tiêu faecal
coliform thường được sử dụng để chỉ thị cho quá trình xử lý).
Hồ sinh học kỵ khí có ưu điểm chính là xử lý được nước thải ô
nhiễm hữu cơ cao có hàm lượng chất lơ lửng lớn.
Hồ sinh học tuỳ tiện và HSH hiếu khí có quần thể tảo lớn. Tảo
đóng vai trò chú yếu trong quá trình ổn định nước thải. Các hồ này
đôi khi còn được gọi là HSH quang hợp hay là HSH làm thoáng
tự nhiên.
7
HOÀ OÅN ÑÒNH CHAÁT THAÛI
Các quá trình lên men kỵ khí và oxy hoá hiếu khí: Lên men kỵ khí
gồm hai giai đoạn:
Giai đoạn thứ nhất là sự thối rữa chất hữu cơ, tại đây vi khuẩn sẽ
lên men để tạo thành sinh khối mới và hình thành các sản phẩm
trung gian khác la axit hữu cơ.
vi khuẩn
Chất hữu cơ
→
tế bào vi khuẩn mới + hỗn hợp axit hữu cơ
Giai đoạn thứ hai là phân huỷ các CHC hình thành giai đoạn một
nhờ các loại vi khuẩn mêtan tạo thành khí mêtan và các sản phẩm
đơn giản khác.
Vi khuẩn
Hỗn hợp axit hữu cơ → tế bào VK mới + CH4 + CO2 + H2O + NH3, v.v…
8
HOÀ OÅN ÑÒNH CHAÁT THAÛI
Oxy hoá hiếu khí có thể biểu diễn bằng các quá trình đơn
giản như saU:
Vi khuẩn
3-
Chất hữu cơ + O2 → tế bào VK mới + H2O + CO2 + PO4 + NH3, v.v…
Một lượng lớn oxy được cung cấp nhờ quá trình quang hợp
của tảo:
Vi khuẩn
H2O + CO2 → tế bào tảo mới + H2O + O2
9
HOÀ SINH HOÏC TÖÏ NHIEÂN
HỒ KỴ KHÍ
HSH kỵ khí thường sâu từ 2 đến 5 m (có thể lên đến 9 m). Hồ tiếp nhận
nước thải thô có tải lượng hữu cơ cao 220 – 560 kg BOD5/ha.ngày. Hồ
được sử dụng như một bể tự hoại hở để xử lý sơ cấp nước thải ô nhiễm
hữu cơ nặng.
Các loại cặn trong nước thải lắng xuống đáy hồ tạo thành lớp bùn cặn, tại
đây quá trình lên men kỵ khí nhờ các loại VK tạo axit, VK tạo axetat và
VK tạo mêtan thực hiện trong điều kiện nhiệt độ trên 15oC.
HSH kỵ khí hoạt động rất tốt đối với vùng khí hậu ấm. BOD được xử lý đạt
hiệu suất cao, từ khoảng 40% ở 10oC hoặc thấp hơn cho đến trên 60% ở
> 20oC.
Các lớp váng thường được hình thành trên bề mặt, các loại ruồi muỗi có
thể phát triển trên bề mặt trong mùa hè. Vì vậy cần có các biện pháp xử lý
thích hợp như phun nước sạch, nước sau xử lý hoặc một số trường hợp
đặc biệt có thể phun các hoá chất diệt muỗi phù hợp, dễ phân huỷ sinh
học.
10
HOÀ SINH HOÏC TÖÏ NHIEÂN
HỒ KỴ KHÍ
Quá trình phân hủy chất hữu cơ trong hò kỵ khí.
11
HOÀ SINH HOÏC TÖÏ NHIEÂN
HỒ KỴ KHÍ
Sự xuất hiện mùi (phần lớn là hydrô sunfua) là một trong những
nhược điểm chính của HSH kỵ khí.
Các loại VK khử sunfat như Desulfovibrio khử sunfat thành hydro
sunfua có mùi khó chịu như mùi trứng thối. Một phần hydro sunfua hoà
tan trong nước sẽ tham gia một loạt các phản ứng hoá học. Đó là các
phản ứng phân ly phân tử H2S thành ion bisunfua (HS-) và phân ly ion
bisunfua thành ion sunfua (S2-).
Sự phân bố hàm lượng H2S, HS- và S2- trong nước phụ thuộc vào pH
trong HSH kỵ khí cao sẽ làm giảm mức độ bốc mùi hôi thối.
Mùi sinh ra không phải là vấn đề lớn nếu như thông số thiết kế theo tải
2-
lượng BOD cho phép được chọn đúng và nồng độ SO4 trong nước thải
đầu vào không vượt quá 500 mg/L [Mara và cs., 1992].
Đôi khi trong HSH kỵ khí xuất hiện các vẫn bùn màu đỏ sẫm hoặc màu
đỏ tía. Đây là các dạng VK quang hợp oxy hoá sunfua kỵ khí. Sự xuất
hiện của chúng có lợi và có thể giảm được sự tạo mùi hydro sunfua [Mara
& Pearson, 1987].
12
HOÀ SINH HOÏC TÖÏ NHIEÂN
HỒ SINH HỌC TÙY TIỆN
Có hai dạng hồ sinh học tùy tiện:
Hồ sinh học tùy tiện sơ cấp thu nhận trực tiếp nước thải từ nguồn
thải;
Hồ sinh học thứ cấp thu nhận nước thải sau khi xử lý một phần
(thường sau hồ sinh học kỵ khí, bể tự hoại, hồ sinh học tùy tiện sơ
cấp).
Các hồ tùy tiện thường có độ sâu từ 1 đến 2m (trung bình là 1,5 m).
HSH tuỳ tiện được thiết kế để xử lý tải trọng BOD bề mặt tương đối nhỏ
(100 ÷ 400 kg BOD/ha.ngđ) nhằm thúc đẩy sự phát triển của tảo.
Lượng oxy hoà tan cung cấp cho các loại VK trong hồ để xử lý BOD do
các hoạt động quang hợp của tảo cung cấp Ö hoạt động của HSH tuỳ tiện
dựa vào sự phát triển tự nhiên của tảo.
HSH tuỳ tiện thường có màu lam thẫm do mật độ đậm đặc của tảo, các
loại tảo lam (Chlamydomonas và Euglena) chiếm ưu thế hơn so với tảo
lục (Chlorella).
13
HOÀ SINH HOÏC TÖÏ NHIEÂN
HỒ SINH HỌC TÙY TIỆN
Đối với HSH tuỳ tiện sơ cấp có hai cơ chế xử lý BOD như sau [Mar
• Lắng cặn và tiếp theo đó là lên men kỵ khí bùn cặn lắng; đến 30% lượng BOD trong
nước thải đầu vào có thể chuyển thành khí mêtan.
• VK hiếu khí oxy hoá các hợp phần hữu cơ không lắng được trong nước thải cũng như
sản phẩm của quá trình lên men kỵ khí.
• Lượng oxy cần thiết cho quá trình này một phần được tạo thành từ quá trình quang hợp
của vi tảo. Chúng phát triển mạnh và làm cho hồ có màu xanh thẫm.
• Tảo hấp thụ được phần lớn cacbon diôxit là sản phẩm trao đổi chất cuối cùng của VK.
Trong HSH tùy tiện thứ cấp, Các hợp phần hữu cơ theo BOD còn lại không lắng được oxy
hoá bởi các loại VK dị dưỡng (Pseudomonas, Flavobacter và Alcaligenes…). Lượng oxy
cần thiết cho quá trình xử lý BOD do hoạt động quang hợp của vi tảo trong HSH tuỳ tiện
cung cấp.
Gió tác động quan trọng trong hoạt động của HSH tuỳ tiện vì nó làm tăng sự khuyếch tán
oxy không khí vào nước và xáo trộn các tầng nước trong hồ. Sự xáo trộn này tạo điều kiện
phân bố đồng nhất BOD, oxy hoà tan, VK, tảo và làm tăng cường độ ổn định chất thải.
14
HOÀ SINH HOÏC TÖÏ NHIEÂN
Hoà tuyø tieän
Toàn taïi 03 vuøng:
9 (1) ôû beà maët, vi khuaån vaø taûo soáng coäng sinh;
9 (2) ñaùy hoà, tích luõy caën laéng vaø caën naøy bò phaân
huûy nhôø vi khuaån kî khí;
9 (3) khu vöïc trung gian, chaát höõu cô chòu söï phaân
huûy cuûa vi khuaån tuøy tieän.
Söû duïng maùy khuaáy taïo ñieàu kieän hieáu khí treân beà
maët khi taûi troïng cao.
15
CÔ CHEÁ HOAÏT ÑOÄNG CUÛA HOÀ TUØY TIEÄN
Á Ï Ä Û À Ø Ä
HOÀ SINH HOÏC TÖÏ NHIEÂN
HỒ SINH HỌC TÙY TIỆN
Đối với HSH tuỳ tiện sơ cấp có hai cơ chế xử lý BOD như sau [Mar
• Lắng cặn và tiếp theo đó là lên men kỵ khí bùn cặn lắng; đến 30% lượng BOD trong
nước thải đầu vào có thể chuyển thành khí mêtan.
• VK hiếu khí oxy hoá các hợp phần hữu cơ không lắng được trong nước thải cũng như
sản phẩm của quá trình lên men kỵ khí.
• Lượng oxy cần thiết cho quá trình này một phần được tạo thành từ quá trình quang hợp
của vi tảo. Chúng phát triển mạnh và làm cho hồ có màu xanh thẫm.
• Tảo hấp thụ được phần lớn cacbon diôxit là sản phẩm trao đổi chất cuối cùng của VK.
Trong HSH tùy tiện thứ cấp, Các hợp phần hữu cơ theo BOD còn lại không lắng được oxy
hoá bởi các loại VK dị dưỡng (Pseudomonas, Flavobacter và Alcaligenes…). Lượng oxy
cần thiết cho quá trình xử lý BOD do hoạt động quang hợp của vi tảo trong HSH tuỳ tiện
cung cấp.
Gió tác động quan trọng trong hoạt động của HSH tuỳ tiện vì nó làm tăng sự khuyếch tán
oxy không khí vào nước và xáo trộn các tầng nước trong hồ. Sự xáo trộn này tạo điều kiện
phân bố đồng nhất BOD, oxy hoà tan, VK, tảo và làm tăng cường độ ổn định chất thải.
17
HOÀ SINH HOÏC TÖÏ NHIEÂN
HỒ SINH HỌC TÙY TIỆN
Đối với HSH tuỳ tiện sơ cấp có hai cơ chế xử lý BOD như sau [Mar
• Lắng cặn và tiếp theo đó là lên men kỵ khí bùn cặn lắng; đến 30% lượng BOD trong
nước thải đầu vào có thể chuyển thành khí mêtan.
• VK hiếu khí oxy hoá các hợp phần hữu cơ không lắng được trong nước thải cũng như
sản phẩm của quá trình lên men kỵ khí.
• Lượng oxy cần thiết cho quá trình này một phần được tạo thành từ quá trình quang hợp
của vi tảo. Chúng phát triển mạnh và làm cho hồ có màu xanh thẫm.
• Tảo hấp thụ được phần lớn cacbon diôxit là sản phẩm trao đổi chất cuối cùng của VK.
Trong HSH tùy tiện thứ cấp, Các hợp phần hữu cơ theo BOD còn lại không lắng được oxy
hoá bởi các loại VK dị dưỡng (Pseudomonas, Flavobacter và Alcaligenes…). Lượng oxy
cần thiết cho quá trình xử lý BOD do hoạt động quang hợp của vi tảo trong HSH tuỳ tiện
cung cấp.
Gió tác động quan trọng trong hoạt động của HSH tuỳ tiện vì nó làm tăng sự khuyếch tán
oxy không khí vào nước và xáo trộn các tầng nước trong hồ. Sự xáo trộn này tạo điều kiện
phân bố đồng nhất BOD, oxy hoà tan, VK, tảo và làm tăng cường độ ổn định chất thải.
18
HOÀ SINH HOÏC TÖÏ NHIEÂN
HỒ SINH HỌC HIẾU KHÍ
Coù dieän tích roäng, noâng.
Chaát höõu cô ñöôïc xöû lyù nhôø söï coäng sinh giöõa taûo vaø vi khuaån
döôùi daïng lô löûng.
OÂxy cung caáp cho vi khuaån nhôø söï khueách taùn qua beà maët vaø
quang hôïp cuûa taûo. Chaát dinh döôõng vaø CO2 sinh ra ñöôïc taûo söû
duïng.
Hoà hieáu khí coù hai daïng: (1) toái öu saûn löôïng taûo, chieàu saâu hoà
caïn 0,15 – 0,45 m; (2) toái öu löôïng oâxy cung caáp cho vi khuaån,
chieàu saâu hoà 1,5m.
Taêng cöôøng cung caáp oâxy baèng caùch thoåi khí nhaân taïo.
Hồ hiếu khí có chức năng chính là xử lý BOD và diệt các loại VK gây
bệnh. Ngoài ra hồ có thể tách được một lượng đáng kể các chất
dinh dưỡng ra khỏi nước.
19
HOÀ SINH HOÏC TÖÏ NHIEÂN
HỒ SINH HỌC HIẾU KHÍ
Cơ chế chính của quá trình khuẩn feacal coliform trong HSH
tuỳ tiện và HSH xử lý triệt để như sau:
• Thời gian và nhiệt độ;
• pH cao (>9) cùng với ánh sáng mặt trời;
• Cường độ bức xạ ánh sáng lớn kết hợp với nồng độ oxy hoà
tan cao.
Giá trị pH cao (khoảng 9) trong nước hồ do quá trình quang
hợp của tảo diễn ra mạnh, đó là sự tiêu thụ CO2 nhanh hơn so
với sự hình thành từ quá trình hô hấp của VK. Kết quả là:
-
2-
2HCO3
→ CO3 + H2O + CO2
(4.1)
(4.2)
CO3 + H2O → 2OH- + CO2
2-
Sự cố định CO2 của tảo tích luỹ ion hydroxyl trong nước
thường làm cho giá trị pH tăng lên đến 9.
20
Tải về để xem bản đầy đủ
60 trang
21/04/2022
30360
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Các quá trình sinh học trong kỹ thuật môi trường - Chương 5: Hồ sinh học và các hệ thống xử lý tự nhiên - 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
