Bài giảng Các quá trình sinh học trong kỹ thuật môi trường - Chương 6: Xử lý sinh học kỵ khí UASB - Lê Hoàng Nghiêm
BK
TPHCM
BAØI GIAÛNG
CAÙC QUAÙ TRÌNH SINH HOÏC
TRONG KYÕ THUAÄT MOÂI TRÖÔØNG
CHÖÔNG 6
XÖÛ LYÙ SINH HOÏC KÎ KHÍ UASB
(Upflow Anaerobic Sludge Blanket)
GVHD: TS. Leâ Hoaøng Nghieâm
Email: hoangnghiem72@gmail.com
TS. LÊ HOÀNG NGHIÊM
1
BK
TPHCM
LÒCH SÖÛ PHAÙT TRIEÅN CUÛA XÖÛ LYÙ SINH HOÏC KÒ KHÍ
Û Ù
Û Ù
Û
Û
Ù
Ù
Å
Û
Ï
Ï
Å
Û
Nguoàn goác: phaân huûy kî khí buøn.
Xöû lyù phaân, buøn.
1960 – 1980’s: Xöû lyù nöôùc thaûi caùc ngaønh coâng nghieäp noâng
nghieäp.
Xöû lyù nöôùc thaûi bia, röôïu, cheá bieán thöïc phaåm.
1980 – 1990’s: Xöû lyù nöôùc thaûi coâng nghieäp giaáy vaø boät giaáy.
1990’s: Xöû lyù nöôùc thaûi coâng nghieäp hoùa hoïc vaø hoùa daàu.
Xöû lyù phenols, Terephthalate
1990 – 2000’s: Xöû lyù caûi taïo (ñaát, nöôùc) sinh hoïc baèng kî khí.
PCE, BTEX
TS. LÊ HOÀNG NGHIÊM
2
BK
TPHCM
ÖU VAØ NHÖÔÏC ÑIEÅM CUÛA XÖÛ LYÙ SINH HOÏC KÒ KHÍ
Û Ù
Û Ù
Ø
Ï
Å
Û
Ï
Ï
Ø
Ï
Å
Û
Ưu điểm
Nhược điểm
Sinh ra ít bùn khoảng 3- 5 lần so Vi sinh vật kỵ khí nhạy cảm và bị ức
với xử lý sinh học hiếu khí chế với nhiều hợp chất độc hại.
Tiêu thụ ít năng lượng hơn, chỉ sử Thời gian khởi động quá trình chậm
dụng cho bơm nước thải vào nên
chi phí vận hành thấp
khi không đủ bùn cung cấp ban
đầu
Diện tích đất sử dụng ít
Chi phí xây dựng thấp
Cần phải có các công trình xử lý
phía sau để đảm bảo yêu cầu chất
lượng nước ra
Tạo ra khí biogas có chứa 60 -75%
methane là khí đốt có năng lượng
cao
Sự phân hủy kỵ khí là quá trình
sinh hóa và vsinh học phức tạp có
thể phải nghiên cứu chi tiết thêm
Có thể giữa sinh khối trong thời
gian dài khoảng vài tháng mà
Có thể phát sinh mùi hôi khó chịu
không cần cung cấp dòng nước Có thể tạo ra nước thải sau xử lý
thải vào
khó chịu về khía cạnh cảm quan.
Chịu được tải trọng hữu cơ cao
Tiêu thụ ít chất dinh dưỡng
Áp dụng được ở quy mô nhỏ và lớn
Không xử lý được nitơ, phốt pho và
vi sinh vật gây bệnh.
TS. LÊ HOÀNG NGHIÊM
3
BK
SO SAÙNH CAÂN BAÈNG COD CUÛA XÖÛ LYÙ HIEÁU KHÍ VAØ KÒ KHÍ
Û Ù Á
Û Ù Á
Ù
Â
È
Û
Ø
Ø
Ù
Â
È
Û
TPHCM
TSHIÊM
4
BK
QUAÙ TRÌNH PHAÂN HUÛY KÎ KHÍ CHAÁT HÖÕU CÔ (1)
TPHCM
Quaù trình phaân huûy kî khí caùc chaát höõu cô laø quaù trình
sinh hoùa phöùc taïp taïo ra haøng traêm saûn phaåm trung
gian vaø phaûn öùng trung gian.
Phöông trình phaûn öùng sinh hoùa trong ñieàu kieän kî khí
coù theå bieåu dieãn ñôn giaûn nhö sau:
Chaát höõu cô + H2O + Chaát dinh döôõng ⎯V⎯i si⎯nh ⎯vaät→Teá baøo môùi +Chaát höõu cô khoù phaân huûy
+ CO2 + CH4 + NH3 + H2 S + Q
Moät caùch toång quaùt, quaù trình phaân huûy kî khí xaûy ra
theo 4 giai ñoaïn nhö sau.
TS. LÊ HOÀNG NGHIÊM
5
QUAÙ TRÌNH PHAÂN HUÛY KÎ KHÍ CHAÁT HÖÕU CÔ (2)
Caùc giai ñoaïn lyù
thuyeát
Lipids
Polysaccharides
Protein
Acid nucleic
Thuûy phaân
Acid beùo
Monosaccharides
Amino acids
Purines vaø
pyrimidines
Caùc hôïp chaát
Acid
hoùa
voøng thôm ñôn
giaûn
Leân men
acid
Caùc saûn phaåm leân men khaùc
nhö: propionate, butyrate,
succinate, lactate, ethanol
Acetate
hoùa
Caùc chaát neàn cho quaù trình leân
men methane: H2,CO2, formate,
methanol, methylamine, acetate
Leân men
methane
Methane (CH4) +
carbon dioxide (CO2)
TS. LÊ HOÀNG NGHIÊM
6
QUAÙ TRÌNH PHAÂN HUÛY KÎ KHÍ CHAÁT HÖÕU CÔ (4)
Thuûy Phaân
9 Quaù trình naøy xaûy ra chaäm.
9 Toác ñoä thuûy phaân phuï thuoäc vaøo pH, kích thöôùc haït vaø
daëc tính deå phaân huûy cuûa cô chaát.
9 Chaát beùo thuûy phaân raát chaäm.
Acid hoùa
9 VK leân men chuyeån hoùa caùc chaát hoøa tan thaønh chaát
ñôn giaûn nhö: Acid beùo deå bay hôi, alcohols, acid
lactic, methanol, CO2, H2, NH3, H2S vaø sinh khoái môùi.
9 Söï hình thaønh caùc acid coù theå laøm pH giaûm xuoáng 4,0.
TS. LÊ HOÀNG NGHIÊM
7
QUAÙ TRÌNH PHAÂN HUÛY KÎ KHÍ CHAÁT HÖÕU CÔ (5)
Acetic hoùa (Acetogenesis)
Vi khuaån acetic chuyeån hoùa caùc saûn phaåm cuûa giai
ñoaïn acid hoùa thaønh acetate, H2, CO2 vaø sinh khoái
môùi.
Methane hoùa (methanogenesis)
Ñaây laø giai ñoaïn cuoái cuûa quaù trình phaân huûy kò khí.
Acid acetic, H2, CO2, acid formic vaø methanol
chuyeån hoùa thaønh methane, CO2 vaø sinh khoái môùi.
Trong 3 giai ñoaïn thuûy phaân, acid hoùa vaø acetic
hoùa, COD trong dung dòch haàu nhö khoâng giaûm.
COD chæ giaûm trong giai ñoaïn methane.
TS. LÊ HOÀNG NGHIÊM
8
Biogas
Phân hủy ki
̣ khí
̣ ́
Acetogenesis:
H2O
H2
CO2
Organics
CH3COOH
Lên men Methane:
CH4
CO2
CH4
CH3COOH
H2O
H2O
OH-
-
HCO3
H2
TS. LÊ HOÀNG NGHIÊM
9
Phaân huûy kò khí
â û
Löôïng CH4 sinh ra phuï thuoäc vaøo thaønh phaàn höõu
cô cuûa NT:
a b
n a b
n a b
⎛
⎝
⎞
⎠
⎛
⎝
⎞
⎠
⎛
⎝
⎞
⎠
CnHaOb + n − − H2O → − + CO2 + + − CH4
⎜
⎟
⎜
⎟
⎜
⎟
4 2
2 8 4
2 8 4
Mc Carty (1964) tính theo lyù thuyeát coù 0,348m3 CH4
ôû ñieàu kieän chuaån sinh ra khi phaân huûy hoøan toaøn
1 kg COD.
TS. LÊ HOÀNG NGHIÊM
10
BK
TPHCM
COÂNG NGHEÄ XÖÛ LYÙ KÒ KHÍ
Â
Â
Ä Û Ù
Ä Û Ù
COÂNG NGHEÄ
XÖÛ LÍ KÒ KHÍ
SINH TRÖÔÛNG
BAÙM DÍNH
SINH TRÖÔÛNG
LÔ LÖÕNG
XAÙO TROÄN
HOAØN TOAØN
TIEÁP XUÙC
KÒ KHÍ
UASB
TAÀNG LÔ LÖÕNG
LOÏC KÒ KHÍ
VAÙCH NGAÊN
TS. LÊ HOÀNG NGHIÊM
11
BK
TPHCM
CAÙC QUAÙ TRÌNH KÒ KHÍ
Ù
Ù
Ù
Ù
TS. LÊ HOÀNG NGHIÊM
12
BK
TPHCM
CAÙC QUAÙ TRÌNH KÒ KHÍ
Ù
Ù
Ù
Ù
Quaù trình phaân huûy kò khí xaùo troän hoaøn toaøn
Xaùo troän lieân tuïc, khoâng coù tuaàn hoaøn buøn.
Thích hôïp xöû lyù NT coù haøm löôïng CHC hoøa tan deã phaân huûy noàng ñoä
cao hoaëc xöû lyù buøn höõu cô.
Thieát bò xaùo troän coù theå duøng heä thoáng caùnh khuaáy cô khí hoaëc tuaàn
hoaøn khí biogas (ñoøi hoûi coù maùy neùn khí biogas vaø daøn phaân phoái
khí neùn).
Trong quaù trình phaân huûy löôïng sinh khoái môùi sinh ra vaø phaân boá ñeàu
trong toaøn boä theå tích beå.
Do khoâng coù bieän phaùp naøo ñeå löu giöõ sinh khoái buøn, neân SRT chính laø
HRT.
SRT = 12-30 ngaøy. Taûi troïng ñaëc tröng cho beå naøy laø 0.5-6.0
kgVS/m3.ngaøy.
TS. LÊ HOÀNG NGHIÊM
13
BK
TPHCM
CAÙC QUAÙ TRÌNH KÒ KHÍ
Ù
Ù
Ù
Ù
Quaù trình tieáp xuùc kò khí (Anaerobic Contact Reactor)
Goàm hai giai ñoaïn:
(1) Phaân huûy kò khí ;
(2) laéng hoaëc tuyeån noåi taùch rieâng phaàn caën sinh hoïc vaø NT sau XL.
Haøm löôïng VSS trong beå = 4 000 – 6 000 mg/L.
Taûi troïng chaát höõu cô töø 0.5 ñeán 10 kgCOD/m3/ngaøy vôùi thôøi gian löu
nöôùc töø 12h cho ñeán 5 ngaøy.
Biogas
khử khí
Vaøo
Ra
Buøn tuaàn hoaøn
lắng II
TS. LÊ HOÀNG NGHIÊM
14
BK
TPHCM
CAÙC QUAÙ TRÌNH KÒ KHÍ
Ù
Ù
Ù
Ù
Loïc kò khí (Giaù theå coá ñònh doøng chaûy ngöôïc) - AF (Anaerobic Filter)
Coät chöùa ñaày vaät lieäu raén trô (ñaù, soûi, than, taám nhöïa…) laø giaù theå coá
ñònh cho vi sinh kò khí soáng baùm treân beà maët.
Doøng nöôùc thaûi phaân boá ñeàu, ñi töø döôùi leân, tieáp xuùc vôùi maøng vi sinh
baùm dính treân beà maât giaù theå.
Do khaû naêng baùm dính toát cuûa maøng vi sinh daån ñeán löôïng sinh khoái
trong beå taêng leân vaø SRT keùo daøi Î HRT nhoû, coù theå vaän haønh ôû taûi
troïng raát cao.
Chaát raén khoâng baùm dính coù theå laáy ra khoûi beå baèng xaõ ñaùy vaø röõa
ngöôïc.
TS. LÊ HOÀNG NGHIÊM
15
BK
TPHCM
CAÙC QUAÙ TRÌNH KÒ KHÍ
Ù
Ù
Ù
Ù
Quaù trình kò khí baùm dính xuoâi doøng
Nöôùc thaûi vaøo chaûy töø treân xuoáng qua lôùp giaù theå module. Giaù theå
naøy taïo neân caùc doøng chaûy nhoû töông ñoái thaúng theo höôùng töø treân
xuoáng.
Ñöôøng kính doøng chaûy nhoû coù ñöôøng kính xaáp xæ 4cm.
Vôùi caáu truùc naøy traùnh ñöôïc hieän töôïng bít taéc vaø tích luõy chaát raén
khoâng baùm dính vaø thích hôïp lyù nöôùc thaûi coù SS cao.
TS. LÊ HOÀNG NGHIÊM
16
BK
TPHCM
CAÙC QUAÙ TRÌNH KÒ KHÍ
Ù
Ù
Ù
Ù
Quaù trình kò khí taàng giaù theå lô löûng - AFBR
(Anaerobic Fludized Bed Reactor)
Biogas
ra
NT ñöôïc bôm töø döôùi leân qua lôùp VL haït laø giaù
theå cho vi sinh soáng baùm. Vaät lieäu haït naøy coù
ñöôøng kính nhoû, Æ tæ leä dieän tích beà maët/theå tích
raát lôùn (caùt, than hoaït tính haït,…) taïo sinh khoái
baùm dính lôùn.
doøng
tuaàn hoaøn
Doøng ra ñöôïc tuaàn hoaøn trôû laïi ñeå taïo vaän toác
nöôùc ñi leân ñuû lôùn cho lôùp vaät lieäu haït ôû daïng lô
löõng, giaûn nôû khoaõng 15-30% hoaëc lôùn hôn.
vaøo
Haøm löôïng sinh khoái trong beå coù theå leân ñeán 10.000- 40.000 mg/L.
Do löôïng sinh khoái lôùn vaø HRT nhoû, quaù trình naøy coù theå öùng
duïng xöû lyù nöôùc thaûi coù noàng ñoä chaát höõu cô thaáp, (500-1000 mg
BOD/l)
TS. LÊ HOÀNG NGHIÊM
17
BK
BEÅ UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket Reactor)
TPHCM
Å
Å
TS. LÊ HOÀNG NGHIÊM
18
BK
TPHCM
UASB
UASB ñöôïc nghieân cöùu vaø phaùt trieån
bôûi Lettinga (1980s)vaø ñöôïc aùp duïng
roäng raõi ôû Haø Lan vaø treân theá giôùi.
Beå UASB goàm doøng nöôùc thaûi chaûy
ngöôïc leân treân ñi xuyeân qua taàng buøn
maät ñoä cao vôùi hoaït tính cuûa vi sinh vaät
cao.
Noàng ñoä buøn thay ñoåi doïc theo chieàu
cao cuûa beå:
9 Noàng ñoä vaø maät ñoä raát cao vaø buøn haït
coù khaû naêng laéng toát ôû phaàn gaàn ñaùy
beå (ñeäm buøn – sludge bed): 4-10% töùc
laø 40 -100 g TS/L)
9 Buøn nheï vaø phaân taùn ôû phaàn gaàn maët
beå (taàng buøn daõn nôû – sludge blanket):
1 – 3 % hay 10 -30 g TS/L)
TS. LÊ HOÀNG NGHIÊM
19
BK
TPHCM
UASB
Quaù trình bieán ñoåi chaát höõu cô xaûy ra
trong vuøng phaân huûy (ñeäm buøn vaø taàng
buøn daõn nôû).
Nöôùc thaûi vaø buøn ñöôïc xaùo troän ñeàu
vôùi nhau nhôø doøng vaøo vaø caùc boït khí.
Nöôùc thaûi ñi vaøo ôû ñaùy vaø ñi ra qua
vuøng laéng vaø maùng thu nöôùc phía treân.
Boä phaän taùch khí ñaët ôû döôùi vuøng laéng
ñeå ñaûm baûo ñieàu kieän laéng toát nhaát
cho boâng buøn.
Boâng buøn ( 1 – 5 mm) sau khi taùch khí
rôi trôû laïi vuøng phaân huûy (ñeäm buøn vaø
taàng buøn daõn nôû).
Thôøi gian löu buøn hay tuoåi buøn (SRT –
solid residence times): > 30 ngaøy
TS. LÊ HOÀNG NGHIÊM
20
Tải về để xem bản đầy đủ
31 trang
21/04/2022
31100
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Các quá trình sinh học trong kỹ thuật môi trường - Chương 6: Xử lý sinh học kỵ khí UASB - 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
