MỤC LỤC 1 Khái niệm hồ sinh học 2 1 1 Hồ sinh học hiếu khí 2 1 1 1 Quá trình sinh học trong hồ hiếu khí tự nhiên 3 1 1 2 Các thông số thiết kế 4 1 1 3 Các công trình xử lý nước thải bằng hồ sinh học h.
Trang 1MỤC LỤC
1 Khái niệm hồ sinh học 2
1.1 Hồ sinh học hiếu khí 2
1.1.1 Quá trình sinh học trong hồ hiếu khí tự nhiên 3
1.1.2 Các thông số thiết kế 4
1.1.3 Các công trình xử lý nước thải bằng hồ sinh học hiếu khí 7
1.2 Hồ sinh học tùy nghi 16
1.2.1 Qúa trình sinh học trong hồ sinh học tùy nghi 17
1.2.2 Các thông số thiết kế 17
1.3 Hồ sinh học kỵ khí 19
1.3.1 Quá trình sinh học trong hồ sinh học trong hồ sinh học kị khí 19
1.3.2 Các công trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học kỵ khí 20
1.3.3 Các thông số thiết kế 24
1.4 Hồ xử lý bổ xung 25
1.5 Ứng dụng của hồ sinh học 25
Trang 2HỒ SINH HỌC
1 Khái niệm hồ sinh học
Hồ sinh học là các thuỷ vực tự nhiên hoặc nhân tạo mà tại đó diễn ra quá trình chuyển hoá những chất bẩn Quá trình này diễn ra tương tự như quá trình tự làmsạch trong các hồ tự nhiên với vài trò chủ yếu là các loại vi khuẩn và tảo.
Hồ sinh học được ứng dụng rộng rãi hơn cánh đồng lọc và cánh đông tưới Ưu điểm lớn nhất của hồ sinh học là chiếm diện tích nhỏ hơn cánh đồng lọc sinh học Ngoài ra hồ sinh học còn có những tác dụng hữu ích sau:
Nuôi trồng thuỷ sản
Cung cấp nước cho trồng trọt;
Điều hoà dòng chảy mùa mưa và hệ thống thoát nước đô thị,
Không đòi chi phí cao
Bảo trì, điều hành đơn giản
- Hồ hiếu khí làm thoáng nhân tạo: Loại này nguồn ô xy cung cấp cho quá trìnhsinh hóa là bằng các thiết vị như bơm khí nén hay máy khuấy cơ học Do được tiếpkhí nhân tạo nên chiều sâu của hồ có thể từ 2 - 4,5 m, sức chứa tiêu chuẩn theo chỉtiêu BOD khoảng 400 kg/ha/ngày Thời gian lưu nước trong hồ chỉ cần từ 1 - 3ngày
Cấu tạo của hồ:
Các loại hồ sinh học hiếu khí có thể làm một hoặc nhiều bậc, chiều sâu của các bậcsau sâu hơn các bậc phía trước Thiết bị đưa nước vào hồ phải có cấu tạo thích hợp
để phân phối, điều hòa nước trên toàn bộ diện tích hồ Thông thường, hồ một bậcthường được thiết kế với diện tích 0,5 - 0,7 ha; hồ nhiều bậc thì mỗi bậc 2,25 ha;tùy theo công suất mà có thể xây dựng làm nhiều hồ
Một số điểm cần lưu ý khi áp dụng:
Trang 3Đặc biệt là hồ sinh học hiếu khí có những ưu điểm nên nó là một trong số nhữngloại hình công trình xử lý nước thải được sử dụng rộng rãi và đem áp dụng ở tỉnh
ta khá thích hợp, có thể kết hợp làm hồ thả bèo, nuôi cá Điều đó đem lại hiệu quảkinh tế và tăng cường xử lý nước thải Nếu thả bèo trên mặt hồ sẽ tăng thêm nguồn
ô xy cho quá trình quang hợp, đồng thời rễ bèo có nhiều sinh vật sẽ thúc đẩy quátrình ô xy hóa Tuy nhiên, cần lưu ý là không nên thả bèo kín mặt hồ để đảm bảocho ánh sáng xuyên qua
Nước thải trước khi đưa vào hồ tuy đã được xử lý sơ bộ, nhưng hàm lượng cácchất bẩn vẫn còn cao, muốn kết hợp nuôi trồng thủy sản thì chỉ nên nuôi ở các bậc
hồ thứ cấp (2, 3) hay những hồ đã được pha loãng bằng nguồn nước khác có chất
Việc lựa chọn loại cá hay thủy sản khác nuôi trong các bậc của hồ cần phải có sựhướng dẫn của các chuyên gia nuôi trồng thủy sản
1.1.1 Quá trình sinh học trong hồ hiếu khí tự nhiên
Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học hiếu khí là quá trình sử dụng các visinh vật hiếu khí để phân hủy các chất hữu cơ thích hợp có trong nước thải trongđiều kiện được cung cấp oxy liên tục
Quá trình phân hủy chất hữu cơ của VSV hiếu khí có thể mô tả bằng phản ứng sau:(CHO)nNS + O2 → CO2 + H2O + NH4+ + H2S + Tế bào VSV + ∆H
Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học hiếu khí gồm 3 giai đoạn:
Giai đoạn 1: Oxi hóa toàn bộ chất hữu cơ có trong nước thải để đáp ứng nhu cầunăng lượng của tế bào
Trang 4Xử lý sinh học hiếu khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng lơ lửng
Xử lý sinh học hiếu khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng dính bám
pH thay đổi theo chiều hướng tăng là do quá trình biến đổi các axit thành khí CO2.Các khoảng giá trị pH:
1/ pH = 6.5 – 8.5: khoảng giá trị pH tốt cho vi sinh
2/ pH < 6.5 : Phát triển chủng vi sinh dạng nấm, ức chế quá trình phân hủy chấthữu cơ
3/ pH > 8.5 : Ức chế quá trình phân hủy chất hữu cơ
*Tải trọng hữu cơ – BOD, COD
Tải trọng hữu cơ ảnh hưởng trực tiếp tới quá trình xử lý sinh học hiếu khi Do đócần có sự kiểm soát BOD, COD để giữ cho tải trọng bể ổn định và đạt hiệu suất tốiưu
Sự quá tải dẫn đến:
+ Giảm hiệu suất quá trình
+ Tăng hàm lượng BOD, COD của nước sau xử lý
+ Trương bùn
*Nồng độ oxy hòa tan – DO
Trang 5Nồng độ oxy hòa tan tối ưu là từ 2-4mg/L Nhu cầu oxy tùy thuộc vào tải trọnghữu cơ (BOD, COD) và nồng độ bùn (MLSS) trong bể phản ứng Nồng độ oxy hòatan nên được đo thường xuyên và tại nhiều vị trí khác nhau trong bể Aerotank.
Sự thiếu oxy trong bể phản ứng dẫn đến:
+ Giảm hiệu suất xử lý và chất lượng nước sau xử lý
+ Giảm khả năng lắng, tăng số lượng vi khuẩn dạng sợi
+ Ưc chế quá trình oxy hóa
từ 3-15 ngày Hoạt tính của bùn giảm theo tuổi bùn
SV/SVI là chỉ tiêu đánh giá khả năng lắng và chất lượng của bùn hoạt tính SV làmột điều cần kiểm soát và phải theo dõi hàng ngày
+ 600 < SV < 700 mL/Là khó lắng
+ SV > 700 mL/L, SVI >200mL/g và Rất khó lắng
Lượng bùn ngày một gia tăng do sự phát triển của các vi sinh vật cũng như việctách các chất bẩn ra khỏi nước thải Số lượng bùn dư không giúp ích cho việc xử lýnước thải ngược lại nếu không lấy đi còn là trở ngại lớn
*Tỉ số F/M và MLSS
Điểm nổi bật của bể hiếu khí đó là quá trình xử lý phụ thuộc vào lượng bùn hoạttính trong hệ thống và hoạt tính của vi sinh vật
Trang 6*Tỷ số tải trọng F/M là tỷ số lượng thức ăn (BOD) cung cấp mỗi ngày cho khốilượng vi sinh vật trong bể hiếu khí Tỷ số F/M được sử dụng để kiểm soát lượngMLSS trong bể hiếu khí và có giá trị dao động từ 0.2-1.0
Các khoảng giá trị giá trị F/M
+ 0.15 – 1.0 : Khoảng giá trị F/M cần duy trì
+ >1.0 : Giảm tải trọng đầu vào bể hiếu khí bằng cách tăng thời gian sục khí,tăng lượng bùn tuần hòa, giảm tải lượng đầu vào
+ <0.2 : Giảm thời gian sục khí; Tăng lượng bùn thải bỏ
*Chỉ số MLSS: được định nghĩa là hỗn hợp được hòa trộn từ bùn hoạt tính và nướcthải Đây chính là hàm lượng bùn cặn (bao gồm cả sinh khối vi sinh vật và các loạichất rắn có trong bùn) MLSS phụ thuộc vào lưu lượng tuần hoàn của bùn hoạt tính
và cần duy trì trong khoảng 2500-3500mg/L
Các khoảng giá trị MLSS:
+ 2500 – 3500 mg/L : Khoảng giá trị MLSS tốt, cần duy trì
+ < 2500 mg/L : Giảm lượng bùn hoạt tính dư rút ra khỏi bể hiếu khí (giảmthời gian bơm bùn dư)
+ > 3500 mg/L : Tăng lượng bùn hoạt tính dư rút ra khỏi bể hiếu khí (tăngthời gian bơm bùn dư)
Sự cố trong bể hiếu khí:
*Tạo bọt:
Lớp bọt trắng nổi trong bể hiếu khí là nét đặc trưng của hệ sinh học Những bọtnày thường xuyên xuất hiện nhiều ở giai đoạn khởi động và xuất hiện rất ít khi bểhoạt động ổn định
Sự thay đổi màu và số lượng bọt cho biết tình trạng của bể khi vận hành quá trình
*Số lượng bọt trắng nhiều:
– Trong giai đoạn khởi động, bùn non đang trong giai đoạn thích nghi
– Sự tăng chất tẩy rửa trong nước thải
Trang 7– Điều kiện nhiệt độ thất thường
*Bọt nâu:
– Vi khuẩn dạng sợi – Nocardia cùng với bùn trường
– Tải lượng thấp của bể phản ứng
– Nước thải chứa dầu mỡ
Bùn sinh học thường có màu vàng nâu Khi quá tải hoặc không đủ oxy thì màuvàng nâu này sẽ trở thành màu xám hay đen Khi thiếu oxy, quá trình sinh học yếmkhí xả ra và sinh ra mùi khó chịu của H2S, mercaptans,…
1.1.3 Các công trình xử lý nước thải bằng hồ sinh học hiếu khí
Cánh đồng tưới và bãi lọc
Cánh đồng tưới và cánh đồng lọc là 2 công nghệ độc lập, tuy nhiên trong một sốđiều kiện cụ thể thì hai công nghệ này kết hợp với nhau thành một dây chuyềncông nghệ. Thường thì cánh đồng lọc hỗ trợ cho cánh đồng tưới khi mà tới thờigian muốn giảm tưới và biến đất nghèo dinh dưỡng thành đất giàu dinh dưỡng.Thường sử dụng cho xử lý nước thải sinh hoạt do chứa N:P:K = 5:1:2 phù hợp chophát triển thực vật Nhằm xử lý nước thải đồng thời tận dụng nước thải làm nguồnphân bón Nguyên tắc hoạt động: dựa trên khả năng giữ cặn trên mặt đất, nướcthấm qua đất như đi qua lọc, trong đất chứa VSV hiếu khí với lượng oxy có trongcác lổ hỏng và mao quản của lớp đất mặt
Bể bùn hoạt tính (bể hiếu khí Aerotank)
Bể bùn hoạt tính (bể aerotank) là bể phản ứng sinh học được làm hiếu khí bằngcách thổi khí nén và khuấy đảo cơ học làm cho các VSV tạo thành các hạt bùn hoạttính lơ lửng trong khắp pha lỏng
Bể bùn hoạt tính là một trong những phương pháp xử lý nước thải bằng phươngpháp sinh học hiếu khí được sử dụng rộng rãi trong xử lý nước thải sinh hoạt vànước thải công nghiệp Ưu điểm của bể này là dễ xây dựng và vận hành Tuy nhiên
Trang 8do bể này sử dụng bơm để tuần hoàn bùn nhẳm ổn định lại nồng độ bùn hoạt tính ởtrong bể nên khi vận hành dễ tốn năng lượng.
Nguyên lý làm việc của bể là quá trình sinh học xảy ra qua 3 giai đoạn:
Giai đoạn 1: tốc độ oxi hóa bằng tốc độ tiêu thụ oxi Ở giai đoạn này, bùn hoạt tínhđược hình thành và phát triển Các VSV được sinh trưởng mạnh dẫn đến lượng oxităng cao
Giai đoạn 2: VSV phát triển ổn định và tốc độ tiêu thụ oxi gần như không thay đổi
Và trong giai đoạn này, các chất hữu cơ bị phân hủy mạnh nhất
Giai đoạn 3: tốc độ oxi hóa giảm dần và sau đó lại tăng lên Tốc độ phân hủy chấtbẩn hữu cơ giảm dần và quá trình nitrat hóa amoniac xảy ra Sau cùng, nhu cầutiêu thụ oxi lại giảm và quá trình làm việc của aerotank kết thúc
Cơ chế hoạt động của bể Aerotank trong xử lý nước thải bằng phương pháp sinhhọc hiếu khí
Có nhiều loại bể bùn hoạt tính: bể bùn hoạt tính truyền thống, bể bùn hoạt tính tiếpxúc ổn định, bể bùn hoạt tính cấp khí kéo dài, bể bùn hoạt tính cấp khí giảm dần,
bể bùn hoạt tính khuấy trộn hoàn toàn, bể bùn hoạt tính nạp nước thải theo bậc(cấp khí nhiều bậc)
Bể lọc sinh học
Bể lọc sinh học là công trình nhân tạo, trong đó chất thải được lọc qua lớp vật liệulọc rắn được bao phủ bởi lớp màng vi sinh vật Các vi khuẩn trong màng sinh họcthường có hoạt tính cao hơn vi khuẩn trong bùn hoạt tính Màng sinh học hiếu khí
là một hệ vi sinh vật tùy tiện
Cấu tạo của bể lọc sinh học gồm các bộ phận chính: phần chứa vật liệu lọc, hệthống phân phối nước trên toàn bộ bề mặt bể, hệ thống thu và dẫn nước sau khilọc, hệ thống dẫn và phân phối khí cho bể lọc
Bể lọc sinh học được chia làm 2 loại là: lọc sinh học có lớp vật liệu ngập trongnước và lọc sinh học có lớp vật liệu không ngập trong nước
Trang 9Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý trong thiết bị lọc sinh học: bản chất củachất hữu cơ ô nhiễm, vận tốc oxi hóa, cường độ thông khí, tiết diện màng sinh học,thành phần vi sinh….
Lọc sinh học nhỏ giọt
Bể lọc sinh học nhỏ giọt rất đa dạng, gồm các loại: lọc sinh học nhỏ giọt quay,biophin nhỏ giọt, bể lọc sinh học thô…. Bể thường có dạng hình trụ hay hình chữnhật
Thiết bị lọc nhỏ giọt thường bao gồm 5 phần chính: môi trường lọc đệm, bể chứa,
hệ thống cung cấp nước thải, cống thoát ngầm và hệ thống thông gió
Nước thải được đưa vào xử lý được phân thành các màng nhỏ chảy qua lớp vật liệuđệm sinh học, dưới tác dụng của các vi sinh vật phân hủy hiếu khí trên lớp màngvật liệu thì các chất hữu cơ bị phân hủy và loại bỏ
lọc sinh học nhỏ giọt – xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học hiếu khí
Ưu điểm của loại hình công nghệ này là: Ít tốn diện tích đất xây dựng, Chi phí đầu
tư thấp , Quy trình vận hành đơn giản và hoàn toàn tự động
Đĩa quay sinh học
Là công trình của thiết bị xử lý nước thải bằng kỹ thuật màng lọc sinh học dựa trên
sự gắn kết của VSV trên bề mặt của vật liệu RBC khử BOD và nitrat rất hiệu quả,được sử dụng nhiều để xử lý nước thải chế biến thủy sản
Trang 10Trong quá trình vận hành, các VSV sẽ sinh trưởng gắn trên bề mặt đĩa và hìnhthành lớp màng mỏng nhầy trên bề mặt ướt của đĩa Khi đĩa quay, thì các lớp màng
vi sinh vật lần lượt tiếp xúc với chất hữu cơ trong nước thải và với không khí đểhấp thụ oxi Đĩa quay cũng là cơ chế để tách các chất rắn thừa ra khỏi bề mặt cácđĩa nhờ lực ly tâm
Cấu tạo đĩa quay sinh học tiếp xúc – xử lý nước thải bằng phương pháp sinhhọc hiếu khí
Mương oxi hóa
Là một dạng aerotank cải tiến khuấy trộn hoàn chỉnh trong điều kiện hiếu khí kéodài, nước chuyển động tuần hoàn trong mương
Thường sử dụng với nước thải có độ nhiễm bẩn cao BOD20 từ 1000-5000 mg/lMương oxi hóa được chia làm 2 nhóm chính là liên tục và gián đoạn
Ưu điểm:
Mương oxi hóa đơn giản, chi phí vận hành thấp, chi phí đầu tư nhỏ hơn 2 lần sovới bể lọc sinh học
Hiệu quả xử lý BOD, nito, photpho cao
Ít bị ảnh hưởng bởi sự dao động lớn về chất lượng và lưu lượng
Trang 11Mương oxy hóa – xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học hiếu khí
Bể hiếu khí gián đoạn SBR
Bể SBR là bể phản ứng làm việc theo mẻ dạng công trình xử lý bùn hoạt tínhnhưng 2 giai đoạn sục khí và lắng được thực hiện trong cùng một bể, hoạt độngtheo chu kỳ gián đoạn Hệ thống SBR là hệ thống xử lý sinh học nước thải chứahợp chất hữu cơ và nito cao
Các bước xử lý trong chu kỳ hoạt động được thực hiện như sau:
Bể SBR – xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học hiếu khí
Pha làm đầy (filling): nước thải được đưa vào bể SBR đủ một lượng đã quy địnhtrước, nước thải vào sẽ mang một lượng thức ăn cho các vi khuẩn trong bùn hoạt
Trang 12tính, tạo môi trường có các phản ứng sinh hóa xảy ra Nước đưa vào bể có thể làmviệc theo 3 chế độ: làm đầy tĩnh, khuấy trộn hoặc thông khí.
Pha sục khí (khử BOD) (reaction): các quá trình nitrit hóa, nitrat hóa và phân giảicác hợp chất hữu cơ được tiến hành nhờ vào việc cung cấp khí trong bể Trong phanày còn xảy ra quá trình nitrat hóa, amoniac trong nước thải sẽ được chuyển hóathành nitrit và nitrat
Pha lắng trong (settling): sau khi quá trình oxi hóa xảy ra, các thiết bị sục khíngừng hoạt động, quá trình lắng được diễn ra trong môi trường tĩnh hoàn toàn.Bông bùn được lắng xuống đáy bể và nước nổi lên trên tạo lớp màng phân các bùn
và đặc trưng, đồng thời sẽ xảy ra quá trình phản nitrat, nitrat và nitrit được tạo ra ởpha trên sẽ bị khử nito
Xả cặn dư và xả nước ra (discharge): nước nổi trên bề mặt sau một thời gian lắng
sẽ được tháo ra khỏi bề SBR , lượng cặn dư cũng được xả ra theo
Chờ tiếp nhận nước thải mới, thời gian chờ có thể phụ thuộc vào thời gian vậnhành
Ưu và nhược điểm của công nghệ SBR:
Ưu điểm:
Không cần bể lắng và tuần hoàn bùn
Trong pha làm đầy, bể SBR đóng vai trò như bể cân bằng vì vậy bể SBR có thểchịu được tải trọng cao và sốc tải
Ít tốn diện tích xây dựng do các quá trình cân bằng cơ chất, xử lý sinh học và lắngđược thực hiện trong cùng một bể
TSS đầu ra thấp, hiệu quả khử photpho, nitrat hóa và khử nitrat hóa cao
Quá trình kết bông tốt do không có hệ thống gạt bùn cơ khí
Hệ thống có điều khiển hoàn toàn tự động
Chi phí đầu tư và vận hành thấp
Dễ dàng bảo trì, bảo dưỡng thiết bị (các thiết bị ít) mà không cần phải tháo nướccạn bể Chỉ tháo nước khi bảo trì các thiết bị như: cánh khuấy, mô-tơ, máy thổi khí,
hệ thống thổi khí
Có thể hạn chế được sự phát triển của vi khuẩn dạng sợi thông qua việc điều chỉnh
tỷ số F/M và thời gian thổi khí trong quá trình làm đầy
Nhược điểm:
Nếu như quá trình lắng bùn xảy ra sự cố thì sẽ dẫn bùn trôi ra theo đường ống
Trang 13Người vận hành phải có kỹ thuật cao.
Có thể xảy ra quá trình khử nitrat trong pha lắng nếu thời gian lưu bùn dài Điềunày sẽ dẫn đến hiện tượng bùn nổi do bị khí nito đẩy lên và xảy ra nghiêm trọngvào những ngày có nhiệt độ cao
Giai đoạn trung gian thứ nhất
Mỗi pha chính sẽ được tiếp nối bằng một pha trung gian Tại đây nước thải sẽ đượcđưa vào ngăn số 2 và được sục khí, trong khi đó ngăn 1 và 3 đóng vai trò là ngănlắng Trong thời gian này, pha chính tiếp theo (với hướng chảy ngược lại) sẽ đượcchuẩn bị để đảm cho quá trình phân tách bùn và nước trong tốt