BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG TP HCM KHOA MÔI TRƯỜNG BỘ MÔN KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG BÀI THI KẾT THÚC HỌC PHẦN CÁC QUÁ TRÌNH SINH HỌC TRONG KTMT HÌNH THỨC THI TIỂU LUẬN Chủ đề: Tìm hiểu cơng nghệ sinh học UCT xử lý nước thải SVTH: TRỊNH MINH TÂM MSSV: 0850020027 LỚP: 08ĐHMT1 HỌC KỲ: HK2 – NK 2020 -2021 GVDH: TS HUỲNH THỊ NGỌC HÂN TP.HCM, 10/2021 BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG TP HCM KHOA MÔI TRƯỜNG BỘ MÔN KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG BÀI THI KẾT THÚC HỌC PHẦN CÁC QUÁ TRÌNH SINH HỌC TRONG KTMT HÌNH THỨC THI TIỂU LUẬN Chủ đề: Tìm hiểu cơng nghệ sinh học UCT xử lý nước thải SVTH: TRỊNH MINH TÂM MSSV: 0850020027 – LỚP 08ĐHMT1 THỜI GIAN THỰC HIỆN: 13/10/2021 –27/10/2021 GVDH: TS HUỲNH THỊ NGỌC HÂN GV CHẤM 1: GV CHẤM 2: ĐIỂM TỔNG KẾT TP.HCM, 10/2021 Cấu tạo cơng trình Tuần hồn thiếu khí Vào Bể kỵ khí (Anaerobic) Bể thiếu khí (Anoxic) Bể hiếu khí (Aerobic) Tuần hồn hiếu khí Ra Bể lắng (Secondary Clarifier) Bùn tuần hồn Bùn thải Cấu tạo cơng trình công nghệ UTC (University of Cape Town):  Cấu tạo bể kỵ khí (Anaerobic):  Hệ thống cấp nước thải vào bể xử lý  Hệ thống máng thu nước sau xử lý  Hệ thống tách thu khí  Cấu tạo bể thiếu khí (Anoxic)  Máy bơm đảo trộn, khuấy trộn cánh khuấy chìm  Hệ thống cung cấp dinh dưỡng cho vi sinh vật thiếu khí phát triển  Hệ thống hồi lưu bùn lại bể Anoxic sau trình phản ứng  Bể hiếu khí (Aerobic)  Hệ thống cấp nước thải vào bể xử lý  Hệ thống dẫn nước  Hệ thống phân phối khí gồm đĩa thổi khí ống phân phối khí  Hệ thống thu bùn vận chuyển bùn khỏi bể  Hệ thống tuần hoàn bùn cấp cho bể  Bể lắng (Secondary Clarifier)  Hệ thống phân phối nước thải vào  Ngăn chứa bùn đáy  Hệ thống cào bùn  Máng thu váng phía bể  Hệ thống thu nước khỏi bể Nguyên lý hoạt động - Công nghệ UTC chia làm ba phân vùng: kỵ khí, thiếu khí hiếu khí 2.1.Q trình xử lý Anaerobic (Xử lý sinh học kỵ khí) Nước thải vào bể kỵ khí xảy q trình phân hủy chất hữu hòa tan chất dạng keo nước thải với tham gia hệ vi sinh vật kỵ khí Trong q trình sinh trưởng phát triển, vi sinh vật kỵ khí hấp thụ chất hữu hịa tan có nước thải, phân hủy chuyển hóa chúng thành hợp chất dạng khí Bọt khí sinh bám vào hạt bùn cặn Các hạt bùn cặn lên làm xáo trộn, gây dòng tuần hoàn cục lớp cặn lơ lửng Hỗn hợp khí sinh thường gọi khí sinh học hay biogas Q trình phân hủy kỵ khí chia thành giai đoạn chính: phân hủy chất hữu cao phân tử, tạo axit, tạo methane 2.2.Quá trình xử lý Anoxic (Xử lý sinh học thiếu khí) - Tại bể anoxic diễn trình khử nitrat Photphorit để xử lý N, P Quá trình khử nitrat: môi trường thiếu oxy, loại vi khuẩn Nitrosonas Nitrobacter khử Nitrat (NO3-) Nitrit (NO2-) theo chuỗi chuyển hóa: NO3- → NO2- → N2O → N2↑ Khí nitơ phân tử N2 tạo thành khỏi nước ngồi Q trình xử lý Photpho: Các hợp chất hữu chứa photpho hệ vi khuẩn Acinetobacter chuyển hóa thành hợp chất khơng chứa photpho hợp chất có chứa photpho dễ phân hủy chủng loại vi khuẩn hiếu khí Tại bể Anoxic bố trí máy khuấy chìm với tốc độ khuấy phù hợp Máy khuấy có chức khuấy trộn dịng nước tạo mơi trường thiếu oxy cho hệ vi sinh vật thiếu khí phát triển Ngoài ra, để tăng hiệu xử lý làm nơi trú ngụ cho hệ vi sinh vật thiếu khí, bể Anoxic lắp đặt thêm hệ thống đệm sinh học chế tạo từ nhựa PVC Hệ vi sinh vật thiếu khí bám dính vào bề mặt vật liệu đệm sinh học để sinh trưởng phát triển Dịng tuần hồn nội từ vùng thiếu khí vùng kỵ khí tạo điều kiện tối ưu cho trình lên men kỵ khí tích lũy photpho giai đoạn kỵ khí 2.3.Q trình xử lý Aerobic (Xử lý sinh học hiếu khí) Tại bể aerobic q trình oxi hóa phân hủy chất hữu xảy nước thải tiếp xúc với bùn điều kiện sục khí liên tục Khi vi sinh vật phát triển xáo trộn khơng khí chúng kết lại thành khối với tạo thành bùn hoạt tính (bơng bùn sinh học) Dịng tuần hồn nội từ bể hiếu khí bể thiếu khí nhầm cung cấp lượng nitrat (NO 3-) bị thiếu hụt bể thiếu trình khử nitrat dùng hết 2.4.Q trình lắng tuần hồn bùn Hỗn hợp bùn hoạt tính nước thải sau khỏi bể aeroten đưa đến bể lắng lắng giữ lại Phần lớn bùn tuần hoàn đưa vùng anoxic, để hạn chế lượng nitrat vào vùng kỵ khí, nâng cao hiệu tích lũy photpho giai đoạn kỵ khí, phần bùn dư lại bơm sang bể nén bùn để xử lý Các yếu tố ảnh hưởng/kiểm soát, vận hành - Các yếu tố ánh hưởng đến trình bùn hoạt tính: Nhiệt độ: tối ưu nằm khoảng từ 20 – 30oC pH: tối ưu nằm khoảng từ 6,8 – 8,5 DO: nằm khoảng từ – mgO2/L DO không nhỏ 1,5 mgO2/L Oxi: Cung cấp với lượng thích hợp Khơng cấp nhiều O2 để tránh tốn chi phí dễ làm vỡ bùn  Chất dinh dưỡng (N,P,…): Nếu nước thải thiếu P làm cho vi khuẩn dạng sợi phát triển mạnh tạo thành bùn  Kim loại nặng     - Có thể kiểm sốt q trình bùn hoạt tính thơng số sau đây:      Hàm lượng chất rắn MLVSS Tỉ số F/M Thời gian lưu bùn (SRT) Thử nghiệm lắng SVI Vi sinh * Mỗi thơng số địi hỏi phải thử nghiệm tính tốn MLSS Cặn lơ lửng hỗn hợp bùn HT MLVSS Cặn lơ lửng bay MLVSS Cặn lơ lửng bay Cặn lơ lửng vô MLVSS Cặn lơ lửng bay Các trình sinh hóa diễn cơng trình 4.1.Bể kỵ khí - Các q trình sinh hóa diễn bể kỵ khí bao gồm:     Tổng hợp tế bào Phân hủy nội bào Oxi hóa chất hữu Phân hủy chất hữu điều kiện kỵ khí * Sản phẩm q trình sinh học kỵ khí chủ yếu khí sinh học (Biogas): CH4 CO2 Ngồi cịn có khí khác như: NH3, H2S 4.2.Bể thiếu khí - Các q trình sinh hóa diễn bể thiếu khí bao gồm:     Tổng hợp tế bào Phân hủy nội bào Nitrat hóa Khử nitrat * Sản phẩm q trình sinh học thiếu khí khí N2 (Nitơ) 4.3.Bể hiếu khí - Các q trình sinh hóa diễn bể hiếu khí bao gồm:  Tổng hợp tế bào  Phân hủy nội bào  Nitrat hóa  Oxi hóa chất hữu * Sản phẩm q trình sinh học hiếu khí CO2 H2O Một số cơng thức tính tốn kích thước 5.1.Bể kỵ khí  Diện tích cần thiết bể: Trong đó: – Lưu lượng nước thải (m3/ngày) V – Tốc độ nước dâng bể v = 0,6 - 0,9 (m/h), để giữ cho lớp bùn hoạt tính trạng thái lơ lửng  Chiều cao xây dựng bể: Hxd = H + H1 + Hbv Trong đó: H – Chiều cao cơng tác phần yếm khí bể (m) H1 – Chiều cao vùng lắng, để đảm bảo khơng gian an tồn cho bùn lắng xuống phía H1 > 1m (m) Hbv: chiều cao bảo vệ (m)  Thể tích thực bể: V  Hxd F Trong đó: V – Thể tích bể (m3) Hxd – Chiều cao xây dựng bể (m) F – Diện tích cần thiết bể (m2) Chọn kích thước bể: L × B × H 5.2.Bể thiếu khí (Bể anoxic) Tốc độ sử dụng NH4+ vi khuẩn Nitrat hóa: Trong đó: K – Hệ số động học bùn hoạt tính Nra – Nồng độ Nitơ đầu (mg/l) KN – Hệ số động học Thời gian cần thiết để Nitrat hóa: Trong đó: – Thời gian cần thiết để nitrat hóa (ngày) N – Nồng độ Nitơ đầu vào bể (mg/l) XN – Thành phần hoạt tính vi khuẩn Nitrat hóa bùn (mg/l) – Tốc độ sử dụng NH4+ vi khuẩn Nitrat hóa (mgNH4/mgbùn.ngày) Thể tích bể anoxic: V – Thể tích bể (m3) Q – Lưu lượng nước thải (m3/ngày) – Thời gian cần thiết để nitrat hóa (ngày) Chọn kích thước bể: L × B × H 5.3.Bể hiếu khí (Bể aerotank) Thể tích bể aerotank: Trong đó: Q – Lưu lượng nước thải đầu vào (m3/ngày) Y – Hệ số sản lượng tế bào (kgVSS/kgBOD) Kd – Hệ số phân huỷ nội bào (ngày-1) C0 – Hàm lượng BOD5 đầu vào bể Aerotank (mg/l) C – Hàm lượng BOD5 hòa tan đầu (mg/l) X – Nồng độ bùn hoạt tính bể (mg/l) – Thời gian lưu bùn bể (ngày) Thời gian lưu nước bể: Trong đó: V – Thể tích bể (m3) Q – Lưu lượng nước thải (m3/ngày) Chọn chiều cao hữu ích bể h (m), chiều cao bảo vệ hbv = 0,5 (m) Chiều cao xây dựng bể: Hxd = h + hbv Trong đó: h – chiều cao hữu ích bể (m) hbv – chiều cao bảo vệ (m) Diện tích mặt thống bể: Trong đó: F – Diện tích mặt thống bể (m2) V – Thể tích bể (m3) H – Chiều cao hữu ích bể (m) Chọn kích thước bể: L × B 6 Ưu nhược điểm Ưu điểm Nhược điểm Bể kỵ khí Bể thiếu khí Bể hiếu khí Bể lắng - Tiết kiệm chi phí - Thu lượng lớn khí CH4 - Xử lý nguồn nước bị nhiễm hữu cao - Có mùi - Tốn diện tích - Khơng tuần hồn bùn - Phải có thiết bị tách CH4 để hỗ trợ bùn lắng - Phân hủy CHC dễ dàng - Giảm thiểu mùi - Kiểm sốt lượng nước thải - Tiết kiệm, cải tạo nguồn nước - Vận hành đơn - Khơng có mùi giản - Hiệu xử - Tiết kiệm diện lý cao tích - Tiết kiệm - Xử lý tốt lượng BOD, nitrat hóa - Tiết kiệm diện tích chi phí - Tốn nhiều diện tích - Chi phí xây dựng chi phí phát sinh cao - - Tốn chi phí lượng - Bùn thải nhiều - Tuần hoàn bùn - Có mùi - Dễ tắc nghẽn vận hành - Hiệu suất làm nhỏ - Hạn chế chiều cao Phạm vi/điều kiện áp dụng 7.1.Điều kiện áp dụng Điều tiên nước thải phải môi trường sống quần thể sinh vật phân hủy chất hữu có nước thải Xử lý nước thải phương pháp sinh học cần thỏa mãn điều kiện sau:  Khơng có chất độc làm chết ứng chế hoàn toàn hệ sinh vật nước thải  Hàm lượng kim loại nặng có nước thải Muối kim loại nặng ảnh hưởng nhiều đến hoạt động sống vi sinh vật  Xử lý nước thải phương pháp sinh học tiêu cần bận tâm COD BOD, tỉ số thông số phải là: COD/BOD ≤ BOD/COD ≥ 0.5 việc xử lý diễn tốt Khi COD lớn BOD nhiều lần, gồm có xenlulozo, hemixenlulozo, protein, tinh bột chưa tan phải qua xử lý sinh học kỵ khí 7.2.Phạm vi áp dụng Hiện nay, cơng nghệ UCT (University of Cape Town) ứng dụng xử lý loại hình nước thải có hàm lượng chất hữu cao như: Nước thải sinh hoạt, nước thải bệnh viện, nước thải ngành chế biến thủy hải sản, nước thải ngành sản xuất bánh kẹo - thực phẩm ... KHOA MÔI TRƯỜNG BỘ MÔN KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG BÀI THI KẾT THÚC HỌC PHẦN CÁC QUÁ TRÌNH SINH HỌC TRONG KTMT HÌNH THỨC THI TIỂU LUẬN Chủ đề: Tìm hiểu cơng nghệ sinh học UCT xử lý nước thải SVTH: TRỊNH... thiết bể: Trong đó: – Lưu lượng nước thải (m3/ngày) V – Tốc độ nước dâng bể v = 0,6 - 0,9 (m/h), để giữ cho lớp bùn hoạt tính trạng thái lơ lửng  Chiều cao xây dựng bể: Hxd = H + H1 + Hbv Trong. .. dụng NH4+ vi khuẩn Nitrat hóa: Trong đó: K – Hệ số động học bùn hoạt tính Nra – Nồng độ Nitơ đầu (mg/l) KN – Hệ số động học Thời gian cần thiết để Nitrat hóa: Trong đó: – Thời gian cần thiết