Vi Sinh Vật Trong Xử Lý Nước Thải Hiếu Khí.docx

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH VIỆN XÂY DỰNG VI SINH VẬT TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI (HIẾU KHÍ) Chuyên ngành KĨ THUẬT MÔI TRƯỜNG Giáo viên NGUYỄN THỊ MỸ HIỀN Nhóm 1 Thành viên NGUYỄ[.]

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

VIỆN XÂY DỰNG

VI SINH VẬT TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI

(HIẾU KHÍ) Chuyên ngành : KĨ THUẬT MÔI TRƯỜNG

Giáo viên : NGUYỄN THỊ MỸ HIỀN

Nhóm 1

Thành viên: NGUYỄN THỊ MỸ LINH

LÊ THỊ YẾN LINH

NGUYỄN HOÀNG THANH NGÂN

BÙI HỮU NHÂN

HUỲNH TẤN PHÁT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH 10/2022

MỤC LỤC

1 Vi sinh vật trong xử lý nước thải

1.1 Khái niệm về nước thải

Nước thải là chất lỏng được thải ra sau quá trình sử dụng của con người và bị thay đổi tính chất ban đầu Nước thải đóng một vai trò rất quan trọng gây ô nhiễm nước, có thể phân loại như sau:

Phân loại theo xác định nguồn thải

Phân loại theo tác nhân ô nhiễm

Phân loại theo nguồn gốc phát sinh chúng

– Có thể nói nước thải là một hệ dị thể phức tạp, bao gồm rất nhiều chất tồn tại dưới các trạng thái khác nhau Nếu như nước thải công nghiệp chứa nhiều các hóa chất vô cơ và hữu cơ thì nuớc thải sinh hoạt lại chứa rất nhiều các chất dưới dạng protein, hidratcacbon, mỡ, các chất thải, rác, các chất hoạt động bề mặt,… các hợp chất vô cơ thường gặp ở đây: K+ , Na+ , Ca2+, Mg2+, Cl-, … Ngoài ra nước thải sinh hoạt còn chứa các vi khuẩn, virus, rong, rêu

– Với những ngành sản xuất khác nhau thì trong nước thải sẽ có những hợp chất khác nhau Trong số các chất gây nhiễm bẩn nguồn nước thì Hg, Bc, Cd, As, Se có độc tính rất cao Nấm, động vật nguyên sinh, tảo, vi khuẩn và virus đều có mặt trong nước thải Nước thải không xử lý có thể chứa tới hàng triệu vi khuẩn trong một mililit, bao gồm cáccoliform, các Streptococcus, các trực khuẩn kị khí sinh bào tử, nhóm Proteus và các loại khác bắt nguồn từ đường ruột của người

– Các nguồn bổ sung vi sinh vật khác là nước ngầm, nước bề mặt và nước khí quyển cũng như các chất thải công nghiệp Ngoài ra, tính hiệu quả của một quá trình xử lý nước thải còn phụ thuộc vào những sự biến đổi sinh hóa học do vi sinh vật tiến hành

1.2 Các vi sinh vật tham gia vào quá trình xử lý nước thải

– Những vi sinh vật có thể liên tục chuyển hóa các chất hữu cơ trong nước thải bằng cách duy nhất là tổng hợp thành tế bào (nguyên sinh chất) mới Chúng có thể hấp thụ một lượng lớn các chất hũu cơ qua bề mặt tế bào của chúng Nhưng sau khi hấp thụ, nếu các chất hũu cơ không được đồng hóa thành

tế bào chất thì tốc độ hấp thụ sẽ giảm tới 0 Một lượng nhất định các chất hữu cơ hấp thụ được dành cho việc kiến tạo tế bào Một lượng khác các chất hữu cơ lại được oxy hóa để sinh năng lượng cần thiết cho việc tổng hợp

– Dựa trên phương thức phát triển vi sinh vật được chia thành 2 nhóm:

Các vi sinh vật dị dường: Sử dụng các chất hữu cơ làm nguồn năng lượng và nguồn cacbon để thực hiện các phản ứng sinh tổng họp

Các vi sinh vật tự dường: Có khả năng oxy hoá chất vô cơ để thu năng lượng và sử dụng CO2 làm nguồn cacbon cho quá trình sinh tổng hợp Ví dụ: các loại vi khuẩn nitrat hoá, vi khuẩn lưu huỳnh, vi khuẩn sắt,…

– Bùn hoạt tính cùng như màng sinh vật là tập hợp các loại vi sinh vật khác nhau, chứa khoảng 70 – 90% chất hữu cơ; 10 – 30% chất vô cơ Bùn hoạt tính là bông màu vàng nâu dễ lắng, có kích thước 3 – 150pm, có khả năng hấp thu và phân hủy các chất hữu cơ khi có mặt oxy (được dùng trong phương pháp xử lý sinh học hiếu khí) Những bông này bao gồm các vi sinh vật sống và cơ chất rắn (40%) Những vi sinh vật sống bao gồm vi khuẩn, nấm men, nấm mốc, một số nguyên sinh động vật, dòi, giun

– Màng sinh vật (màng sinh học) phát triển ớ bề mặt các vật liệu lọc có dạng nhầy, dày từ 1 – 3 mm hoặc hơn Màu của nó thay đổi theo thành phần của nước thải từ mầu xám đến nâu tối Màng sinh vật cũng bao gồm vi khuẩn, nấm men, nấm mốc, động vật nguyên sinh

– Bùn gốc ban đầu được nuôi dưỡng tạo thành loại bùn có hoạt tính cao và có tính kết lắng tốt Có thể gọi đó là quá trình hoạt hóa bùn hoạt tính Cuối thời kỳ này, bùn sẽ có dạng hạt Các hạt này có độ bền cơ học khác nhau, có mức độ vỡ ra khác nhau khi chịu tác động của khuấy trộn Bùn có nguồn gốc tốt nhất được lấy từ các cơ sở xử lý nước thải đang hoạt động

– Trong hệ thống xử lý nước thải, vi khuẩn luôn chiếm ưu thế (90%) Vi khuẩn có kích thước trung bình từ 0,3 – 1 mm Trong hệ thống bùn hoạt tính có sự hiện diện của vi khuẩn hiếu khí tuyệt đối, vi khuấn tùy nghi và vi khuấn yếm khí – Một số vi khuẩn dị dưỡng thông thường trong hệ thống bùn hoạt tính gồm có: Achromobacter, Alcaligenes, Arthrobacter, Citromonas, Flavobacterium,

Pseudomonas, Zoogloea (Jenkins, et ah, 1993) Hai nhóm vi khuân chịu trách nhiệm chuyên hóa

amoni thành nitrát là vi khuân Nitrobacter và Nitrosomonas

1 Pseudomonas Phân hủy hiđratcacbon, protein, các chất hữu cơ,…và khử nitrát

2 Arthrobacter Phân hủy hiđratcacbon

3 Bacillus Phân hủy hiđratcacbon, protein

5 Zooglea Tạo thành chất nhầy (polisaccarit), chất keo tụ

6 Acinetobacter Tích lũy poliphosphas, khử nitrát

9 Sphaerotilus Sinh nhiều tiêm mao, phân huỷ các chất hữu cơ

10 Alkaligenes Phân hủy protein, khử nitrát

11 Flavobacterium Phân hủy protein

12 Nitrococus denitrificans Khử nitrát (thành N2)

13 Thiobaccillus denitrificans

Khử nitrát (thành N2)

14 Acinetobacter

15 Hyphomicrobium

16 Desulfovibrio Khử sunfat, khử nitrát

2 Pháp pháp xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học

2.1 Khái niệm

Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học (hay còn gọi là xử lý nước thải bằng vi sinh) là phương pháp xử lý dựa trên hoạt động sống của vi sinh vật, chủ yếu là sinh vật hoại sinh có trong nước thải

Vi sinh vật có trong nước thải sẽ liên tục chuyển hóa các chất hữu cơ bằng cách duy nhất là tổng hợp thành tế bào mới Vi sinh vật có thể hấp thụ lượng lớn các chất hữu cơ qua bề mặt tế bào Khi hấp thụ xong, nếu các chất hữu cơ không được đồng hóa thành tế bào chất thì khả năng hấp thụ sẽ về 0 Một phần chất hữu cơ thấp thụ được dành cho việc kiến tạo tế bào Một phần chất hữu cơ được oxy hóa để tạo năng lượng cung cấp cho việc tổng hợp

2.2 Cơ chế xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học (xử lý nước bằng vi sinh)

Cơ chế xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học (xử lý nước bằng vi sinh) là vi sinh vật có trong nước thải sử dụng các hợp chất hữu cơ và một số chất khoáng làm nguồn dinh dưỡng và tạo ra năng lượng Sản phẩm của các quá trình phân hủy này là khí CO2, H2O, N2, ion sulfite

Mục đích của xử lý nước thải bằng vi sinh là khử các chất hữu cơ COD, BOD,…với nồng độ cao ở trong nước về nồng độ cho phép, ở mức không gây hại tới môi trường

2.3 Phương pháp xử lý sinh học nước thải:

Bao gồm 3 phương pháp chính: Hiếu khí, kị khí và màng sinh học (ở nội dung bài báo cáo, nhóm tập trung báo cáo xử lý nước thải bằng phương pháp hiếu khí)

Phương pháp xử lý nước thải bằng vi sinh vật hiếu khí

Xử lý nước bằng vi sinh hiếu khí: là quá trình sử dụng các vi sinh oxy hóa các chất hữu cơ trong điều kiện có oxy

Xử lý nước thải bằng vi sinh hiếu khí thường gồm 3 giai đoạn:

 Oxy hóa các chất hữu cơ: Oxy hóa toàn bộ chất hữu cơ có trong nước thải nhằm đáp ứng nhu cầu năng lượng của tế bào

CxHyOzN + (x+ + + ) O2 → xCO2 + H2O + NH3

 Tổng hợp tế bào mới: Tổng hợp để xây dựng tế bào

CxHyOzN + NH3 + O2 → xCO2 + C5H7NO2

 Phân hủy nội bào: Hô hấp nội bào

C5H7NO2 + 5O2 → xCO2 + H2O

NH3 + O2 → O2 + HNO2 → HNO3

* Các quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học hiếu khí có thể xảy ra ở điều kiện tự nhiên hoặc nhân tạo

3.3.1 Phương pháp xử lý sinh học tự nhiên: bao gồm ao hồ sinh học hiếu khí và cánh đồng tưới và bãi lọc

Hiếu khí

Ao

sinh

học

Cánh đồng tưới

và bãi lọc

Lọc sinh

Đĩa quay sinh học

Mương oxi hóa

Ao hồ sinh học: vi sinh vật thường dùng oxy sinh có từ rêu tảo trong quá trình quang hợp cũng như oxy hóa từ không khí để oxy hóa các chất hữu cơ Rong, tảo lại tiêu thụ CO2, photphat và nitrat amoni sinh ra từ sự phân hủy, oxy hóa các chất hữu cơ bởi vi sinh Hồ sinh học xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học chủ yếu dựa vào quá trình tự làm sạch của hồ

- Cánh đồng tưới và bãi lọc: Trong nước thải sinh hoạt chứa hàm lượng nitơ, photpho, kali khá đáng kể Sử dụng vi sinh trong tự nhiên để xử lý chất hữu cơ, quá trình xử lý diễn ra chậm

Cánh đồng tưới

Mục đích: Tưới bón cây, xử lý nước thải sinh hoạt, công nghiệp chứ nhiều chất hữu cơ không chứ chất độc, và vi sinh vật gây bệnh

Hiệu quả: BOD20 còn 10-15mg/l, NO3-là 25mg/l, vi khuẩn giảm tới 99,9% Nước thu không cần khử khuẩn vẫ có thể đổ vào các thủy lực

Nguyên tắc hoạt động của cánh đồng tưới

Bãi lọc là khu đất chỉ dung xử lý hoặc chưa nước thải

Đặc điểm chung của bãi lọc

ặc điểm chung của bãi lọc

 Nhu cầu năng lượng thấp ( lấy từ năng lượng mặt trời)

 Yêu cầu diện tích lớn hơn so với hệ thống thông thường

 Dễ xây dựng vào bảo dưỡng

 Có thể sử dụng nguyên vật liệu địa phương

 Chi phí vận hành và bảo dưỡng thấp

 Chịu được thay đổi tải trọng

 Có giá trị thẩm mỹ và sinh học

 Có thể áp dụng để xử lý nước thải, nước xám, nước thải công nghiệp hay nước mưa

Có 2 loại bãi lọc thường dùng là

o FSW (Bãi lọc trồng cây ngập nước)

o SSF (Bãi lọc trồng cây dòng chảy ngầm) : SSF dòng chảy ngang, SSF dòng chảy thẳng đứng Cánh đồng tưới và bãi lọc là 2 công nghệ độc lập, tuy nhiên trong một số điều kiện cụ thể hai công nghệ này kết hợp với nhau thành một dây chuyền công nghệ Thường thì cánh đồng lọc hỗ trợ cho cánh đồng tưới khi mà tới thời gian 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 cho phát triển thực vật Nhằm xử lý nước thải đồng thời tận dụng nước thải làm nguồn phân bón Nguyên tắc hoạt động: dựa trên khả năng giữ cặn trên mặt đất, nước thấm qua đất như đi qua lọc, trong đất chứa VSV hiếu khí với lượng oxy có trong các lổ hỏng và mao quản của lớp đất mặt

2.3.2 Phương pháp xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học hiếu khí nhân tạo

Tương ứng với từng dạng vi sinh vật mà quá trình sinh học hiếu khí nhân tạo được chia thành dạng lơ lửng hay dạng dính bám

- Xử lý sinh học hiếu khí với vi sinh tồn tại ở dạng lơ lửng chủ yếu sử dụng khử các chất hữu cơ chứa Cacbon như quá trình bùn hoạt tính, hồ làm thoáng…

- Xử lý sinh học hiếu khí với vi sinh tồn tại ở dạng dính bám như quá trình bùn hoạt tính dính bám, bể lọc nhỏ giọt, bể lọc cao tải, đĩa sinh học, bể phản ứng Nitrat hóa với màng cố định

* Quá trình hiếu khí sinh trưởng lơ lửng (Aerotank)

Bể bùn hoạt tính (bể aerotank) là xử lý nước thải bằng vi sinh có dạng bể, được thực hiện nhờ bùn hoạt tính và cung cấp oxy bằng khí nén hoặc làm thoáng, khuấy đảo liên tục Bùn phát triển ở trạng thái lơ lửng và hiệu suất xử lý các hợp chất hữu cơ là khá cao Bùn hoạt tính là tập hợp những vi sinh vật có trong nước thải, tạo thành những bông cặn có khả năng hấp thu và phân hủy các chất hữu cơ khi có mặt oxy

Bể bùn hoạt tính là một trong những phương pháp xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học hiếu khí được sử dụng rộng rãi trong xử lý nước thải sinh hoạt và nước thải công nghiệp Ưu điểm của bể này là dễ xây dựng và vận hành Tuy nhiên do bể này sử dụng bơm để tuần hoàn bùn nhẳm ổn định lại nồng độ bùn hoạt tính ở trong bể nên khi vận hành khá tốn năng lượng

Có nhiều loại bể bùn hoạt tính: bể bùn hoạt tính truyền thống, bể bùn hoạt tính tiếp xúc 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)

Các quá trình sinh hóa xảy ra trong Aerotank

 Quá trình tang sinh khối

 Quá trình chuyển đổi cơ chất

 Quá trình khử nito và photpho

Một số vi sinh vật trong bể Aerotank

Hệ sinh vật bao gồm:

 Vi khuẩn: Zooglea, Pseudomonas, Flavobacterium, Alcaligenes, Bacilus, Achromobacter, Corynebaterium, Commonas, Brevibacterium, Acinetobacterium

Vai trò: Oxi hóa các chất hữu cơ, đóng vai trò quan trọng trong việc hình thành bông bùn

Zoogles :Đóng vai trò quan trong trong việc hình thành bông bùn Chúng là xương sống của hệ bùn hoạt tính

Pseudomonas

Bacilus

Flavobacterium

Acinetobacterium

 Tảo: Các sợi tảo lam

 Nấm: Geotrichum, candida, Trichoderma Penicillium, …

 Nguyên sinh động vật

 Trùng bánh xe : Có mặt ở nhiều thời gian lưu bùn khác nhau, một số loại còn chỉ thị thời gian lưu bùn

 Giun tròn

 Một số loại động vật không xương sống khác

Macromiotus blocki, Macrobiotus

Quá trình hiếu khí sinh trưởng dính bám (Lọc sinh học hiếu khí):

Khái niệm : Là hoạt động nhờ quá trình dính bám của một số vi khuẩn hiếu khí trên lớp vật liệu giá thể Do quá trình dính bám tốt lên lượng sinh khối tăng lên, thời gian lưu bùn kéo dài nên xử lý tải trọng cao Vi sinh xử lý BOD, COD và một phần Nitơ, phospho

Bể lọc sinh học là công trình nhân tạo, trong đó chất thải được lọc qua lớp vật liệu lọc rắn được bao phủ bởi lớp màng vi sinh vật Các vi khuẩn trong màng sinh học thường 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, hệ thống phân phối nước trên toàn bộ bề mặt bể, hệ thống thu và dẫn nước sau khi lọc, 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 trong nước và lọc sinh học

có lớp vật liệu không ngập trong nước

Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý trong thiết bị lọc sinh học: bản chất của chất hữu cơ ô nhiễm, vận tốc oxi hóa, cường độ thông khí, tiết diện màng sinh học, thành phần vi sinh…

Bể 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 chữ nhật

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 liệu đệm sinh học, dưới tác dụng của các vi sinh vật phân hủy hiếu khí trên lớp màng vật liệu thì các chất hữu cơ bị phân hủy và loại bỏ

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: khi quay màng sinh học tiếp xúc với chất hữu cơ có trong nước thải, nhờ quay liên

tục mà màng sinh học vừa được tiếp xúc với không khí vừa tiếp xúc được với chất hữu cơ trong nước thải, vì vậy, chất hữu cơ được phân hủy nhanh

Trong quá trình vận hành, các VSV sẽ sinh trưởng gắn trên bề mặt đĩa và hình thành 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 để hấp thụ oxi Đĩa quay cũng là cơ chế để tách các chất rắn thừa

ra khỏi bề mặt các đĩa nhờ lực ly tâm

Mương oxy hóa: là dạng cải tiến của bể Aerotank khuấy trộn hoàn chỉnh làm việc trong điều kiện hiếu khí kéo dài với bùn hoạt tính Thường sử dụng với nước thải có độ nhiễm bẩn cao BOD từ 1000-5000 mg/l

Mương oxi hóa gồm 2 phần:

 Vùng hiếu khí: Khử BOD và oxi hóa NH4 thành NO3

 Vùng kị khí: Khử NO3 thành N2

3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học hiếu khí

 Oxy: Trong điều kiện hiếu khí thì Oxy là thành phần cực quan trọng Nếu không cung cấp đầy

đủ lượng Oxy một cách liên tục thì vi sinh sẽ chết, quá trình xử lý không đạt hiệu quả

 Độ pH: Độ pH của nước thải ảnh hưởng đến quá trình sinh hóa của vi sinh, quá trình tạo bùn

và lắng

 Tải trọng BOD, COD cần được kiểm soát ổn định với hiệu suất tối ưu

 Hàm lượng bùn hoạt tính

 Chất dinh dưỡng như Nitrogen, Phosphor, K, Ca, S…