Xử lý sinh học
– Để ổn định hàm lượng hữu cơ– Loại bỏ các chất dinh dưỡng như N và P
Các loại:
Các quá trình hiếu khíCác quá trình thiếu khíQuá trình xử lý yếm khiQuá trình kết hợp hiếu khí-thiếu khí-yếm khí
Quá trình hồ
Sinh trưởng gắn kếtSinh trưởng lơ lửngHệ thống kết hợp
Hiếu khíTrưởng thành/tăng cườngTùy nghiYếm khí
Các quá trình xử lý sinh học hiếu khí
Loại sinh trưởng
Tên thông thường Công dụng
Sinh trưởng Sinh trưởng lơ lửnglơ lửng
Bùn hoạt tính (AS)Bùn hoạt tính (AS) Loại BOD (nitrat hóa)Loại BOD (nitrat hóa)
Hồ sục khíHồ sục khí Loại BOD (nitrat hóa)Loại BOD (nitrat hóa)
Sinh trưởng Sinh trưởng gắn kếtgắn kết
Lọc nhỏ giọtLọc nhỏ giọt Loại BOD. nitrat hóaLoại BOD. nitrat hóa
Lọc thô (lọc nhỏ giọt Lọc thô (lọc nhỏ giọt với tốc độ thủy lực lớn)với tốc độ thủy lực lớn)
Loại BODLoại BOD
Lọc tiếp xúc sinh họcLọc tiếp xúc sinh học Loại BOD (nitriat hóa)Loại BOD (nitriat hóa)
Packed-bed reactorsPacked-bed reactors
Lọc đáy khối ốngLọc đáy khối ốngLoại BOD (nitrat hóa)Loại BOD (nitrat hóa)
Kết hợp sinh Kết hợp sinh trưởng lơ trưởng lơ lửng và gắn lửng và gắn kếtkết
Quá trình lọc sinh học Quá trình lọc sinh học hoạt hoáthoạt hoátLọc nhỏ giọt lớp lọc rắnLọc nhỏ giọt lớp lọc rắnLọc sinh học-ASLọc sinh học-ASLọc chuỗi nhỏ giọt-ASLọc chuỗi nhỏ giọt-AS
Loại BOD (nitrat hóa)Loại BOD (nitrat hóa)
Các quá trình sinh học yếm khí
Loại sinh trưởng
Tên thông thường Công dụng
Sinh trưởng lơ Sinh trưởng lơ lửnglửng
Quá trình yếm khí tiếp xúcQuá trình yếm khí tiếp xúc Loại BODLoại BOD
Dòng ngược qua lớp bùn kị Dòng ngược qua lớp bùn kị khí (UASB)khí (UASB)
Loại BOD Loại BOD
Sinh trưởng Sinh trưởng gắn kếtgắn kết
Lọc yếm khíLọc yếm khí Loại BOD, ổn định chất Loại BOD, ổn định chất thải (phản nitrat hóa)thải (phản nitrat hóa)
Lọc đáy mở rộngLọc đáy mở rộng Loại bỏ BOD, ổn định chất Loại bỏ BOD, ổn định chất thảithải
Nước thải
Lưới lọc
Lắng
Phân hủy thiếu khí
Bùn hoạt tính
Lọc nhỏ giọt
Ôxi hóa
Dòng ra đã xử lý
Nước thải thô
Xử lý sơ bộ
Xử lý thứ cấp
Khử trùng
Oxi hóa
Bùn sau phân hủy: làm khô, đốt, làm phân
bón hay chôn lấp
Vai trò của vi sinh vật
Loại bỏ BOD được thực hiện bởi vi sinh vật:
n1(chất hữu cơ) + n2O2 + n3NH3 + n4PO43-
n5 (tế bào mới) + n6CO2 + n7H2O
Vi sinh vật sử dụng trong xử lý nước thải là các quần xã hỗn hợp bao gồm:
bacteria, protozoa fungi algae
Các loại quá trinh sinh học
Quá trình sinh trưởng lơ lửng: Vi sinh vật được duy trì trong chất lỏng vẩn bằng cách đảo trộn
Các quá trình sinh trưởng gắn kết:Vi sinh vật gắn kết vào vật liệu trơ (đá, sỏi, xỉ, cát,
nhựa v.v.)
Chất hữu cơ và dinh dưỡng được loại bỏ khi chảy qua lớp màng sinh học gắn kết
Quá trình xử lý bùn hoạt tính
• Các vi khuẩn lơ lửng trong bể sục khí do đảo trộn
hoặc thổi khí vào nước thải.
• Bùn hoạt tính khí là một quá trình hiếu khí trong đó vi khuẩn sử dụng chất hữu cơ, N và oxi từ nước thải để phát triển tế bào mới.
• Tạo ra chất rắn lắng đọng và có thể bị loại bỏ nhờ trọng lực
Quá trình xử lý bùn hoạt tính
Có rất nhiều kiểu khác nhau của quá trình bùn hoạt tính:
- Bể phản ứng mẻ kế tiếp
- Hệ thống mương oxi hóa
- Hồ sục khí
- Hồ ổn định
Các thành phần cơ bản của quá trình xử lý bùn hoạt tính:
Bể phản ứng là nơi lưu trữ vi sinh vật trong huyền phù và được sục khí.
Bể lắng để tách chất rắn và lỏng
Hệ thống tuần hoàn để đưa chất rắn từ bể lắng trở lại bể phản ứng
Quá trình xử lý bùn hoạt tính
• Bể sục khí bao gồm hỗn hợp nước thải và vi sinh vật. Chất lỏng này được đảo trộn bằng thiết bị sục khí (đồng thời cung cấp oxy)
• Một phần của bùn sinh học được tách từ đầu ra thứ cấp bằng phương pháp lắng được tuần hoàn trở lại bể sục khí
• Các loại của hệ AS: thông thường, đảo trộn hoàn toàn, bể phản ứng mẻ kế tiếp, sục khí mở rộng, bể sâu, hầm sâu
Ưu/Nhược điểm
Ưu điểm
• Linh hoạt, có thể thích ứng với sự thay đổi nhỏ của pH, chất hữu cơ và nhiệt độ
• Cần ít diện tích• Tốc độ của nitrat hóa
có thể kiểm soát được
• Vấn đề mùi ít
Nhược điểm
• Chi phí vận hành cao (lao động kỹ thuật cao, điện năng, v.v.)
• Tạo ra chất rắn đòi hỏi phải xử lý bùn
• Các quá trình thay thế rất nhạy cảm với sốc tải lượng, kim loại nặng và các chất độc khác
• Đòi hỏi cung cấp khí liên tục
• Nước thải đầu vào được cung cấp từ đáy của bể UASB và ngược lên qua lớp bùn.
• Cần hệ thống phân phối nước thải đầu vào
• Bộ phận tách pha khí và rắn
• Thiết bị lấy bùn ra
Dòng ngược qua lớp bùn yếm khí-UASB
• Ao hồ hiếu khí là một quá trình hiếu khí rất giống
như bùn hoạt tính.
• Sục khí cơ khí thường được sử dụng để thổi khí vào
nước thải hoặc tạo ra khuấy đảo mạnh nước thải và
khí để vận chuyển oxy vào trong nước thải.
• như trong pp bùn hoạt tính khí, vi khuẩn sinh trưởng
ở trạng thái lơ lửng trong nước.
Hồ hiếu khí
Ao hồ ổn định
Đặc điểm:
• Công nghệ đơn giản để xử lý nước thải
• Bể rộng và nông để xử lý nước thải bằng các quá trình tự nhiên
• Tốc độ oxi hóa chậm hơn so với các hệ thống kỹ thuật
Ao hồ ổn định
Phân hạng:
• Hồ yếm khí: loại BOD bằng cách lắng, bùn được phân hủy ở lớp đáy, với tải trọng thực : 3,000kg/ha.day
• Hồ tùy nghi: vi khuẩn phân hủy chất thải, sử dụng O2
và tạo ra CO2
tảo sử dụng CO2 và tạo ra O2
tải trọng thực: 100-400kg/ha.day
• Hồ trưởng thành/tăng cường: khử trùng
- Thủy phân: các chất hữu cơ phức tạp phân hủy thành các hợp chất đơn giản bởi nhiều loại vi khuẩn khác nhau
- Lên men axit: axit béo và cồn bị ô xi hóa; amino axit và hidro carbon bị lên men
- Lên men acetat: chuyển hóa axit béo thành axit acetic
- Lên men meta: chuyển hóa axit acetic thành metan và CO2; CO2 và H2 thành metan
Ở nhiệt độ >15oC: sự phân hủy chỉ tạo ra lượng biogas đủ tạo ra bọt ở bề mặt của hồ.
Biogas: 70% CH4 ; 30% CO2
Quá trình phân hủy yếm khí
• Sinh khối tạo thành
• Trong đó kd thể hiện tốc độ phân hủy nội bào (d-1) (vd. Tốc độ chết của vi sinh vật).
• Thay hằng số tốc độ sinh trưởng vào:
• Tận dụng cơ chất:
trong đó Y hệ số sản lượng (mg sinh khối/mg cơ chất tiêu thụ)
• Khoảng của Y:– Hiếu khí: 0.4-0.8 mg/g
• Tỉ lệ cơ chất/vi sinh vật (F/M)– Biểu hiện khối lượng cơ chất hàng ngày được
cung cấp cho sinh khối, X, trong dung dịch lơ lửng, MLSS
– Đơn vị là Kg BOD5/Kg MLSS/day
Phương trình thiết kế của xử lý bùn hoạt tính
Sinh khối đầu vào + sinh khối sản xuất = sinh khối đầu ra + bùn
thải
Substitute biomass production equation
Cho là nồng độ sinh khối đầu vào và đầu ra là không đáng kể:
Cân bằng khối lượng của sinh khối sản sinh
Cân bằng khối lượng cơ chất
Cơ chất đầu vào + cơ chất tiêu thụ = cơ chất đầu ra + cơ chất ở bùn thải
Thay phương trình loại bỏ cơ chất vào
Cho là không có phản ứng sinh học nào xảy ra trong bể lọc gạn. Do vậy nồng độ cơ chất ở bể sục khí bằng với nồng độ cơ chất trong đầu ra và trong bùn hoạt tính loại. Đáp án là:
Phương trình tổng thể– Kết hợp phương trình cân bằng khối lượng cho cơ chất và sinh khối:
Thời gian lưu của tế bào:
Thời gian lưu thủy lực, = V/Qo
Thay thế và chuyển vị:
tính toán tỉ lệ F/M:
Quá trình sinh trưởng gắn kết
Lọc nhỏ giọt
Lọc tiếp xúc quay
Lọc khối ống (quá trình hiếu khí), lọc yếm khí
đáy khối và lỏng
• Là một quá trình màng cố định
• Gồm một bể có môi trường có tỉ lệ diện tích trên thể tích lớn
• Nước thải được dội từ trên xuống và thấm qua (nhỏ giọt) môi trường xuống dưới
• Vi khuẩn phát triển trên môi trường tận dụng chất hữu cơ và nito từ nước thải
Lọc nhỏ giọt
Lọc nhỏ giọt
• Lọc nhỏ giọt hay lọc sinh học gồm một lớp đáy bằng vật liệu thấm có thể là đá hoạc nhựa
• Vi sinh vật phát triển gắn kết trên vật liệu tạo lớp màng sinh học hay màng cố định. Chất hữu cơ trong nước thải khuyeechs tán vào trong lớp màng và được phân hủy. Dần dần một phần của màng bị tróc ra.
Ưu/nhược điểm
Ưu điểm
• Chất lượng tốt (loại 80-90% BOD5), nếu lọc 2 giai đoạn hiệu quả có thể đạt 95%
• Chi phí vận hành tầm trung (thấp hơn xl bùn hoạt tính)
• Chịu được sốc tải lượng tốt hơn các quá trình sinh học khác
Nhược điểm
• Vốn đầu tư lớn• Tác nghẽn lớp vậ liệu
lọc• Vấn đề về sên, muỗi
và côn trùng
Recirculating Aquaculture Systems Short Course
Structured PackingStructured Packing
It is important to consider:It is important to consider:•• Large void spacesLarge void spaces
•• NonNon--pluggingplugging
•• Easy to maintainEasy to maintain
ACCUPAC
NORPAC
Recirculating Aquaculture Systems Short Course
Structured PackingStructured Packing
Courtesy of LS Enterprises (FL)
Structured packings are not limited to rectangular tower designs! – circular cut packing blocks
AccuPac CF-3000:3 cm flute,95% void ratio,102 m2/ m3 ,Crossflow design
Thể tích bề mặt của màng lọc sinh học
Thể tích riêng bề mặt điển hình cho nhiều loại màng lọc sinh hcj khác nhau
m2/m3
Lọc sinh học và lọc tiếp xúc quay 100-300
Lọc dáy di động Kaldnes 500
Lọc giọt áp lực 1.150 – 1.475
Lọc giọt micro Polystyren 3.900
Lọc cát 5.000 – 11.000
Lọc tiếp xúc quay (RBC)
RBC là quá trình màng cố định hiếu khí tương
tự như quá trình lọc nhỏ giọt ngoại trừ việc vật
liệu lọc được đỡ bằng trục ngang theo mặt bể
nước thải
Vật liệu có vi khuẩn sống ở trên được quay
liên tục do đó nó được tiếp xúc lần lượt với nước
thải và với khí
Lọc tiếp xúc quay
• Bao gồm chuỗi các đĩa tròn làm bằng polystyrene hoặc polyvinyl chloride ngập ở trong nước thải và được quay một cách chậm chạp ở trong nước thải
• Đĩa quay giúp cho vi sinh vật tiếp xúc lần lượt với chất hữu cơ và không khí nên hấp phụ được oxy trong không khí
• Lượng chất rắn dư được loại bỏ bởi lực xén gây ra bởi cơ chế chuyển động quay
Ưu/nhược điểm
Ưu điểm
• Có giai đoạn tiếp xúc ngắn
• Có thể áp dụng các lưu lượng nước thải ở khoảng lớn
• Dễ dàng tách sinh khối ra khỏi dòng nước thải
• Chi phí vận hành thấp• Thời gian lưu ngắn• Tạo ra ít bùn thải• Điều khiển quá trình tốt
Nhược điểm• Cần che công trình
xây dựng ở khí hậu lạnh để tránh đóng băng
• Có cấu trúc trục và đơn vị chuyển động cơ khí nên phải bảo dưỡng thường xuyên
Quá trình tiếp xúc yếm khí
• Nước thải chưa xử lý được trộn với bùn tuần hoàn và phân hủy trong một bể phản ứng kín
• Hỗn hợp này được tách ở trong bể lọc gạn
• Nước trong được gạn ra thành dòng ra, và bùn lắng được tuần hoàn
Ưu/nhược điểm
Ưu điểm
• Thu hồi khí metan• Đòi hỏi diện tích
nhỏ• Phá hủy chất rắn
bay hơi
Nhược điểm• Đòi hỏi nhiệt• Chất đầu ra ở dạng
khử cần được tiếp tục xử lý
• Cần vận hành với kỹ xảo
• Lượng bùn thải đổ bỏ được giảm thiểu
Dòng ngược qua lớp bùn yếm khí
• Nước thải chảy lên trên qua lớp bùn tạo bởi các hạt sinh học có thể phân hủy các chất hữu cơ
• Một vài loại khí sinh ra gắn với hạt sinh học làm tăng trở ngại cho việc giải phóng khí
• Khí tự do được thu hồi bởi vòm đặc biệt
• Dòng ra đi qua một hầm lắngr
Ưu/Nhược điểmƯu điểm
• Đòi hỏi ít năng lượng• Đòi hỏi ít diện tích• Tạo ra ít bùn• Không đắt bằng các
quá trình yếm khí khác
• Hiệu quả loại bỏ chất hữu cơ cao
Nhược điểm
• Giai đoạn khởi động dài• Đòi hỏi lượng hạt sinh
học đủ để làm tăng tốc quá trình khởi động
• Rửa trôi lượng bùn lớn trong pha ban đầu của quá trình
• Tạo ra khí ít hơn so với các quá trình yếm khí khác
Các quá trình thiếu khí và kết hợp
Loại Loại sinh trưởng
Tên thông thường Công dụng
Thiếu khíThiếu khí Sinh Sinh trưởng lơ trưởng lơ lửnglửng
Phản nitrat hóa sinh Phản nitrat hóa sinh trưởng lơ lửngtrưởng lơ lửng
Phản nitrat hóaPhản nitrat hóa
Sinh Sinh trưởng trưởng gắn kếtgắn kết
Phản nitrat hóa màng Phản nitrat hóa màng cố địnhcố định
Phản nitrat hóaPhản nitrat hóa
Quá trình Quá trình kết hợp kết hợp hiếu khí, hiếu khí, thiếu khí thiếu khí và yếm và yếm khíkhí
Sinh Sinh trưởng lơ trưởng lơ lửnglửng
Quá trình một hoặc Quá trình một hoặc nhiều giai đoạn, các nhiều giai đoạn, các quá trình sở hữu khác quá trình sở hữu khác nhaunhau
Loại bỏ BOD, nitrat hóa, Loại bỏ BOD, nitrat hóa, phản nitrat hóa, loại bỏ phản nitrat hóa, loại bỏ photphophotpho
Sinh Sinh trưởng trưởng gắn kếtgắn kết
Quá trình một hoặc Quá trình một hoặc nhiều giai đoạnnhiều giai đoạn
Loại bỏ BOD, nitrat hóa, Loại bỏ BOD, nitrat hóa, phản nitrat hóa, loại bỏ phản nitrat hóa, loại bỏ photphophotpho
Quá trình xử lý bằng ao hồTên thông thường
Nhận xét Công dụng
Hồ ổn định hiếu Hồ ổn định hiếu khíkhí
Xử lý bằng các vi khuẩn hiếu khí; Xử lý bằng các vi khuẩn hiếu khí; oxy được cung cấp bởi hoạt động oxy được cung cấp bởi hoạt động quang hợp của tảo và các phản quang hợp của tảo và các phản ứng bề mặt; độ sâu 0,15 to 1,5 mứng bề mặt; độ sâu 0,15 to 1,5 m
Loại BODLoại BOD
Hồ trưởng Hồ trưởng thành/tăng thành/tăng cường (tam cường (tam cấp) cấp)
Xử lý hiếu khí; áp dụng cho nước Xử lý hiếu khí; áp dụng cho nước có tải lượng ô nhiếm thấp để bảo có tải lượng ô nhiếm thấp để bảo toàn điều kiện hiếu khítoàn điều kiện hiếu khí
Xử lý dòng thải thứ Xử lý dòng thải thứ cấp và nitrat hóa theo cấp và nitrat hóa theo thời vụthời vụ
Hồ tủy nghiHồ tủy nghi Xử lý bằng vi khuẩn hiếu, kị khí và Xử lý bằng vi khuẩn hiếu, kị khí và tùy nghi; hồ có ba tầng nước: tầng tùy nghi; hồ có ba tầng nước: tầng mặt, tầng đáy, và tầng trung gian mặt, tầng đáy, và tầng trung gian nửa hiếu khí nửa yếm khínửa hiếu khí nửa yếm khí
Loại BODLoại BOD
Hồ yếm khíHồ yếm khí Xử lý với vi khuẩn kị khí; độ sâu lên Xử lý với vi khuẩn kị khí; độ sâu lên đến 9,1 m để đảm bảo điều kiện đến 9,1 m để đảm bảo điều kiện kị khíkị khí
Loại BOD (ổn định Loại BOD (ổn định chất thải)chất thải)
Các ví dụ ở khu vực Địa trung hải (1)
Đất nước
Tên nhà máy
Công suất m3/day
Công nghệ xử lý Biện pháp tái sử dụng
Tây Ba Tây Ba NhaNha
VitoriaVitoria 55.00055.000 Xử lý thứ cấp (lọc lưới, Xử lý thứ cấp (lọc lưới, lắng, nitrat hóa-phản lắng, nitrat hóa-phản nitrat hóa) + xử lý bậc nitrat hóa) + xử lý bậc ba(keo tụ-tủa bông, lọc ba(keo tụ-tủa bông, lọc cát, khử trùng clo)cát, khử trùng clo)
Tưới vườn cây ăn quảTưới vườn cây ăn quả
Tây Ba Tây Ba NhaNha
TenerifeTenerife 90.00090.000 Xử lý thứ cấp (bùn hoạt Xử lý thứ cấp (bùn hoạt tính), xử lý tam cấptính), xử lý tam cấp
Tưới chuối khoai tây, và Tưới chuối khoai tây, và cà chuacà chua
Hy lạpHy lạp ChalkisChalkis 9.0009.000 Xử lý sơ bộ, lọc gạn, sục Xử lý sơ bộ, lọc gạn, sục khí, lọc gạn lần cuối, xử khí, lọc gạn lần cuối, xử lý nân caolý nân cao
Tưới cây và cây bụiTưới cây và cây bụi
Các ví dụ ở khu vực Địa trung hải (2)
Đất nước
Tên nhà máy
Công suất m3/day
Công nghệ xử lý Biện pháp tái sử dụng
PalestinPalestin Dan Dan Region Region ProjectProject
330.000330.000 Xử lý thứ cấp (bùn hoạt Xử lý thứ cấp (bùn hoạt tính, hoặc hồ ổn định), tính, hoặc hồ ổn định), xử lý đất ngập nướcxử lý đất ngập nước
Tưới hoa màu, vườn trái, Tưới hoa màu, vườn trái, rau và hoarau và hoa
ÝÝ GrammichGrammich-elle-elle
1.5001.500 Bùn hoạt tính, bể tiếp Bùn hoạt tính, bể tiếp xúc clo, bể chứaxúc clo, bể chứa
Tưới cam, olưu, mía và Tưới cam, olưu, mía và raurau
ÝÝ ClatagironClatagiron-e-e
5.2005.200 Bùn hoạt tínhBùn hoạt tính, lọc cát, , lọc cát, hồ chứahồ chứa
Tưới cam, olưu, mía và Tưới cam, olưu, mía và raurau
Đảo sipĐảo sip Larnaca Larnaca 8.5008.500 Mương oxi hóa, lọc cát, Mương oxi hóa, lọc cát, khử trùng clokhử trùng clo
Tưới ngô, cỏ alfalfa, và Tưới ngô, cỏ alfalfa, và vườn, công viên và cánh vườn, công viên và cánh đồngđồng
Các ví dụ ở khu vực Địa trung hải (3)
Đất nước
Tên nhà máy
Công suất m3/day
Công nghệ xử lý
Biện pháp tái sử dụng
JordanJordan Al SamraAl Samra 150.000150.000 3 chuối hồ: 3 chuối hồ: 2 hồ 2 hồ yếm khí, 4 hồ tùy yếm khí, 4 hồ tùy nghi, 4 hồ trưởng nghi, 4 hồ trưởng thành/tăng cườngthành/tăng cường
Tưới olưu, rừng, đồng cỏ và Tưới olưu, rừng, đồng cỏ và rau cho các thí nghiệmrau cho các thí nghiệm
MoroccoMorocco City of City of DrarguaDrargua
600600 Xử lý sơ bộ (bể yếm Xử lý sơ bộ (bể yếm khí), xử lý thứ cấp khí), xử lý thứ cấp (lọc cát), xử lý bậc (lọc cát), xử lý bậc baba
Tưới cỏ alfalfa, cà chua, Tưới cỏ alfalfa, cà chua, zucchini, ngô và cỏzucchini, ngô và cỏ
Thổ nhĩ kìThổ nhĩ kì GaziantepGaziantep 200.000200.000 Xử lý sơ bộ, thứ cấp Xử lý sơ bộ, thứ cấp (bùn hoạt tính)(bùn hoạt tính)
Tưới hoa màu, rau và các Tưới hoa màu, rau và các cánh đồng lân cậncánh đồng lân cận
Mương oxi hóa
Là một quá trình hiếu khí tương tự như bùn
hoạt tính
Về hình dạng vật lý thì mương oxi hóa có dạng
tròn và được trang bị thiết bị sục khí cơ học.