Báo cáo thực hành kỹ thuật xử lý nước thải

- Lượng các nguyên tố dinh dưỡng cần thiết để các quá trình sinh hóa diễn rabình thường cần nằm trong giới hạn cho phép các hợp chất chứa nit,photpho - Nồng độ của muối vô cơ trong nước

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

cũng bị loại nhờ quá trình nitrat hóa của vi sinh vật tự dưỡng.

NH4+ + 2O2→ NO3- + 2H+ + H2O + Năng lượng

b) Cơ chế của quá trình phân hủy các chất trong tế bào

Cơ chê của quá trình phân hủy các chất trong tế bào có thể tóm tắt như sau:

- Các chất hữu cơ đầu tiên bị oxy hóa là hydrat cacbon và một số các chất hữu

cơ khác Men của vi sinh vật sẽ tách hydro khỏi móc xích và đem phối hợpvới oxy không khí để tạo thành nước Nhờ có hydro khỏi móc xích và oxytrong nước, các phản ứng oxy hóa khử giữa các nguyên tử cacbon mới diễn

ra được

- Đường, rượu và các axit hữu cơ và các axit hữu cơ khác là các sản phẩm đặctrưng nhất của quá trình oxy hóa bởi vi sinh vật hiếu khí Các chất đó khiphân hủy hoàn toàn sẽ tạo thành CO2 và H2O

- Thực ra không phải tất cả các chất đã bị giử lại ở tế bào khuẩn (chỉ một

và được sử dụng để tổng hợp các chất mới của tế bào,tức là để sinh khối của

vi sinh vật tăng lên

c) Sự sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật

- Sự sinh trưởng của vi sinh vật là sự tăng sinh khối của nó do hấp thụ, đồnghóa các chất dinh dưỡng Theo nghĩa rộng, sinh trưởng hay sự tăng sing khối

là tăng trọng lượng, kích thước hoặc số lượng tế bào

- Như vậy, hiệu quả dinh dưỡng( cũng đồng thời là sự giảm BOD) là quá trìnhtổng hợp các bộ phận của cơ thể - tế bào và s tăng sinh khối- sức sinhtrưởng Các quá trình diễn ra không đồng đều theo thời gian và không giantrong tế bào vi sinh vật

d) Sự chuyển hóa các chất hữu cơ (hay giảm BOD)

- Thường tốc độ chuyển hóa rất nhanh trong 10-15 phút đầu Trong thời giannày lượng chất hữu cơ có thể chuyển hóa bởi 1 gr bùn được biểu thị bằngphương trình sau:

- S : lượng bùn hoạt tính ban đầu

- Li : lượng chất hữu cơ của nước thải

e) Các điều kiện, yêu cầu và các yếu tố môi trường ành hưởng đến quá trình

xử lý.

- Điều kiện đầu tiên là phải đảm bảo cung cấp lượng oxy một cách liên tục vàsao cho lượng oxy hòa tan trong nước ra khỏi bể lắng đợt 2 không nhỏ hơn2mg/l

- Nồng độ cho phép các chất bẩn hửu cơ: có nhiều chất bẩn trong nước thảisản xuất ở một mức độ nhất định nào đó sẽ phá hủy chế độ hoạt động – sốngbình thường của vi sinh vật Các chất độc hại đó thường có tác dụng làm hủyhại thành phần cấu tạo của tế bào

- Lượng các nguyên tố dinh dưỡng cần thiết để các quá trình sinh hóa diễn rabình thường cần nằm trong giới hạn cho phép (các hợp chất chứa nit,photpho)

- Nồng độ của muối vô cơ trong nước thải không vượt quá 10g/l

- Nhiệt độ nước thải ảnh hưởng rất lớn đến quá trình tạo men trong tế bào vàquá trình hấp thụ các chất dinh dưỡng vào tế bào

- Nhiệt độ ảnh hưởng rất lớn đến chức năng hoạt động của vi sinh vật Đối với

đa số vi sinh vật , nhiệt độ nước thải trong các công trình xử lý nằm trongkhoảng 6-370C

f) Cấu trúc của các chất bẩn và bùn hoạt tính

Khi nghiên cứu khả năng oxy hóa sinh hóa của các chất hữu cơ có cấu trúckhác nhau, nhiều tác giả đã đi đến kết luận:

- Những hợp chất với những trọng lượng phân tử lớn, cấu trúc nhiều mạchnhánh bên là những chất không bị oxy hóa sinh hóa

- Các chất không bị oxy hóa sinh hóa là những chất mà men (enzym) của visinh vật rất khó thâm nhập và cũng là chất khó thẩm thấu khuếch tán quamàng tế bào

- Đối với những chất có nguyên tử cacbon ở trung tâm , dù chỉ còn một liênkết H-C thì mức độ ảnh hưởng của cấu trúc nhánh phân tử đối với quá trìnhoxy hóa sinh hóa sẽ giảm đi

- Trong liên kết H-C nếu thay nguyên tử hydro bằng các nhóm ankyl hoặcaryl thì sẽ khó bị oxy hóa sinh hóa đơn

g) Những đặc tính của vi sinh vật

- Bùn hoạt tính là bông màu vàng nâu, dễ lắng, có kích thước từ 3-150micromet Những bông bùn có các vi sinh vật sống và chất rắn (40%).Những vi sinh vật sống là vi sinh vật (vi khuẩn), động vật hạ đẳng, dòi giun,nấm men, nấm móc và các vi sinh vật khác

- Các loài vi sinh lại được phân chia thành các nhóm – sắp xép theo chế độhấp thụ các chất dinh dưỡng trong nước thải

h) Quá trình xử lý bằng bùn hoạt tính với vật liệu tiếp xúc

- Quá trình xử lý nước thải bằng bùn hoạt tính bao gồm 3 giai đoạn:

+) Giai đoạn khuếch tán và chuyển chất từ dịch thể (nước thải) tới bề mặtcác tế bào vi sinh vật

+) Hấp phụ: khuếch tán và hấp phụ các chất bẩn từ bề mặt các tế bào quamàng bán thấm

+) Quá trình chuyển hóa các chất đã được khuếch tán và hấp phụ ở trong tếbào vi sinh vật sinh ra năng lượng và tổng hợp các chất mới của tế bào

2 CÁC BƯỚC LÀM THÍ NGHIỆM BÙN HOẠT TÍNH

Bước 1: Xác định pH

Bước 2: Xác định SS Các tải trọng 24h, 12h, 6h, 4h, 2h Chạy động không làm tải

trọng 2h

- Giấy lọc đem sấy 30 phút ở 1050C, hút ẩm 15 phút, sau đó cân, xác định m0

- Mỗi mẫu làm 3 mẫu giấy lọc

đó đem cân, xác định m1

SS= (m1-m0).105 (g/10ml –mg/l)

Bước 3: Xác định COD Các tải trọng 24h, 12h, 6h, 4h, 2h Chạy động không làm

tải trọng 2h

- Lọc mẫu trước khi tiến hành đo COD

đậy nút, lắc kỹ (cẩn thận vì phản ứng phát nhiệt) (Làm mẫu rỗng với nướccất) Mỗi mẫu làm ba ống COD

- Để nguội, thêm 2 giọt Feroin, tráng ống COD bằng một ít nước cất và địnhphân bằng FAS 0,1M Kết thúc khi mẫu chuyển từ xanh lục sang nâu đỏ.COD(mg/l)=[(A-B)*N*8000]/2,5

A: Thể tích FAS dùng trong mấu rỗng

B: Thể tích FAS dùng trong mấu thật

CODra(mg/l)

Thể loại 10 Thể loại 3 Thể loại 4

CODra(mg/l)

Hiệusuất

Hiệusuất

Hiệusuất

COD vào (mg/l) COD ra (mg/l) Hiệu suất (%)

COD ra(mg/l)

Hiệu suất

%

MLSS

CODra(mg/l)

Hiệusuất

Hiệusuất

Hiệusuất

Hiệusuất

COD vào (mg/l) COD ra (mg/l) Hiệu suất (%)

BÀI 2: KHẢO SÁT HIỆU QUẢ XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG QUÁ TRÌNH LỌC SINH HỌC HIẾU KHÍ

1 Mục đích

- Tìm hiểu về quá trình lọc sinh học hiếu khí, khả năng áp dụng cũng như

cách thức vận hành trong xử lí nước thải

- Nghiên cứu xác định hiệu quả xử lí của mô hình sinh học hiếu khí tại các

tải trọng khác nhau, từ đó, xác định tải trọng tối ưu của quá trình

- Xác định các thông số động học của quá trình.

2 Cơ sở lí thuyết

Như tất cả các mô hình xử lí nước thải áp dụng Công nghệ sinh học hiếu khí,Lọc sinh học làm sạch nước thải nhờ các vi sinh hiếu khí ( Aerobic- Microbiology)phân hủy chất hữu cơ trong điều kiện có oxy hòa tan Song song đó, nhờ lượngoxygen hòa tan tồn tại trong quá trình xử lý được cng cấp từ hệ thống phân phối

về mặt cơ bản là tương đồng với các phương pháp xử lí hiếu khí khác Nhưng,cũng có một số đặc trưng riêng mà sinh viên cần phải quan tâm như sau:

2.1 Định nghĩa quá trình lọc sinh học

Là quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học sử dụng các vi sinhvật không di động và dính bám trên bề mặt các vật liệu rắng để tiếp xúc thườngxuyên hay di động đối với nước thải Ở một cơ sở lí luận khác, lọc sinh học được

xem là hoạt động dựa vào “ phương pháp vận chuyển kết gần” để làm sạch nướcthải, mà ở đó lớp màng sinh vật đóng vai trò chủ yếu.

2.2 Phân loại

Dựa vào nguyên tắc hoạt động , quá trình lọc sinh học chia làm 3 loại:

nước Được chia thành nhiều loại dựa trên các hoạt động của giá thể: nên cốđịnh (fixed bed), nền mở rộng ( expanded bed) và nền giá lỏng ( fluidizedbed)

dụng một lượng lớn các đĩa quay một phần hay toàn phần trong nước Nướcthải được làm sạch bằng hệ thống màng lọc chính là vi sinh vật tạo thànhxung quanh bề mặt đĩa quay mà các RBC là một ví dụ cho trường hợp này

toàn vật liệu lọc Lọc sinh học nhỏ giọt gồm một bể tròn hat chữ nhât cóchứa vật liệu lọc ( đa, ống nhựa, nhựa miếng ) Nước thải được tưới liên tụchay gián đoạn từ một ống phân phối thích hợp đặt bên trên bể Khi nước thảitiếp xúc với lớp màng vi sinh trên bề mặt giá thể cũng là lúc chất hữu cơđược tiêu thụ Và như thế nước thải được làm sạch

2.3 Cấu tạo và hoạt động cảu màng sinh vật

2.3.1 Cấu tạo màng sinh vật:

kết trong ma trận cấu tạo bởi các polymer ngoại bào ( gelatin) do v sinh vật (gồm các vi khuẩn và protozoa ) tiết ra trong quá trình Trao đổi chất và phânhủy tế bào Thành phân chủ yếu của polymer ngoại bào là polysaccharide vàprotein

của một màng vi sinh vật bao gồm :

hình dạng khác nhau) có bề mặt rắn làm môi trường dính bám cho visinh vật Lớp màng vi sinh vật phát triển dính bám trên bề mặt vật liệuđệm Lớp màng vi sinh vật được chia thành hai lớp: lớp màng nền vàlớp màng bề mặt

quan tâm đúng tới vai trò của lớp màng bề mặt, và hư cấu như chỉ chú

ý tới lớp màng nền

những hình ảnh mới về cấu trúc nội tại của lớp màng nền dần dầnđược đưa ra Phát hiện mới cho thấy màng vi sinh vật là một cấu trúckhông đồng nhất bao gồn những cụm tế bào rời rạc bám dính với nhautrên bề mặt đệm, bên trong ma trận polymer ngoại bào, tồn tại những

khoảng trống giữa những cụm tế bào theo chiều ngang và chiều đứng.Những khoảng trống này đóng vai trò như những lỗ rổng theo chiềuđứng và như những kênh vận chuyển theo chiều ngang Kết quả là sựphân bố sinh khối trong màng vi sinh vật không đồng nhất Và quantrọng hơn là sự vận chuyển cơ chất từ chất lỏng ngoài vào màng vàgiữa các vùng bên trong màng không bị chi phối bởi sự khuếch tán.Nhờ 2 quá trình đó, vật chất được đem tới “ cụm sinh khối vi sinh vật”

và quá trình khuếch tán có thể xảy ra theo mọi hướng trong đó Do đó,

hệ số khuếch tán hiệu quả mô tả quá trình vận chuyển cơ chất, chấtnhận điện tử ( chất oxi hóa )… giữa pha lỏng và màng vi sinh vật thayđổi theo chiều sâu của màng, và quan điểm cho rằng chỉ tồn tại một hệ

số khuếch tán hiệu quả là không hợp lý

chia làm 2 lớp ( chỉ đúng trong trường hợp màng vi sinh hiếu khí):Lớp màng kỵ khí bên trong và lớp màng hiếu khí bên ngoài Trongmàng vi sinh luôn tồn tại đồng thời vi sinh vật hiếu khí và vi sinh vật

kỵ khí Vì chiều sâu của lớp màng lớn hơn nhiều so với kích thước visinh vật, oxy hào tan trong nước chỉ khuếch tán lại gần bề mặt mànglàm cho màng phía ngoài trở thành lớp hiếu khí, bên trong hầu nhưkhông tiếp xúc được với oxy nên trở thành lớp màng kỵ khí

2.3.2 Quá trình tiêu thụ cơ chất và làm sạch nước thải:

- Lớp màng vi sinh vật phát triển trên bề mặt đệm tiêu thụ cơ chất như chất hữu

cơ , oxy, nguyên tố vết ( các chất vi lượng)… cần thiết cho hoạt động của visinh vật từ nước thải tiếp xúc với màng

- Quá trình tiêu thụ cơ chất diễn ra như sau:

vận vào màng vi sinh theo cơ cấu khuếch tán phân tử

tiêu thụ cơ chất của vi sinh vật trong màng Đối với những dạng cơ chất ởthể rắn, lơ lửng, hoặc có phân tử khối lớn chúng sẽ bị phân hủy thành nhữngphân tử có kích thước nhỏ hơn tại bề mặt màng và sau đó mới tiếp tục vậnchuyển vào bên trong màng vi sinh vật Sản phẩm cuối của quá trình traođổi được vận chuyển ra khỏi màng vào trong chất lỏng Quá trinh tiêu thụ

cơ chất được mô tả theo công thức như sau:

Màng hiếu khí:

Màng kỵ khí:

Chất hữu cơ + nguyên tố vết sinh khối của vi khuẩn + sản phẩm cuối

ứng sinh hóa sẽ xảy ra không đồng đều Nếu như một trong những cơ chất bị

hết ở một chiều sâu nào đấy của màng vi sinh vật, thì tại đó những phản ứngsinh học sẽ không xảy ra, cơ chất đó được gọi là cơ chất giới hạn của quátrình ( limited- subtract), đồng thời chiều sâu hiệu quả của màng cũng dượcxác định từ vị trí đó.

đủ trong nước thải theo tỷ lệ cảu phản ứng sinh học thì sẽ trở thành yếu tốgiới hạn cảu phản ứng Tương tự chất hữu cơ hoặc oxy cũng có thể tạo thànhyếu tố giới hạn trong màng kỵ khí Thông thường, nếu nồng độ oxy hòa tantrong nước thải tiếp xúc với màng thấp hơn nồng độ chất hữu cơ, oxy hòatan lúc này sẽ trở thành yếu tố giới hạn Do đó, ngay trong trường hợp mànhiếu khí, khu vực nào bị thiếu oxy sẽ trở thành khu vực màng thiếu ( anoxic)hoặc khu vực kỵ khí ( anaerobic) Lớp màng kỵ khí khống đóng vai trò trựctiếp trong quá trình làm sạch nước thải Tuy nhiên trong lớp màng kỵ khí cóthể diễn ra các quá trình hóa lỏng, lên men acid chất hữu cơ dạng hạt rắn,oxy hóa chất hữu cơ và hình thành sulfide bởi sự khử sulfate hoặc khửnitrate , nitrie tạo ra lớp màng hiếu khí Vì vậy, sự tồn tại đồng thời hoạtđộng của hai lớp màng trên một yếu tố quan trọng trong quá trình màng visinh vật

2.3.3 Quá trình sinh trưởng, phát triển và suy thoái của màng vi sinh vật:

- Quá trình vi sinh vật phát triển dính bám trên bề mặt đệm chia thành 3

giai đoạn :

- Giai đoạn thứ nhất: có dạng logarithm, khi màng vi sinh vật mỏng và

chưa bao phủ hết bề mặt rắn Trong trường hợp này, tất cả các vi sinh vậtphát triển như nhau, cùng điều kiện, sự phát triển giống như quá trìnhsinh vật lơ lửng

- Giai đoạn thứ hai: độ dày màng trở nên lớn hơn độ dà hiệu quả Trong

giai đoạn này, tốc độ phát triển là hằng số, bởi vì độ dày lớp màng hiệuquả không thay đổi bất chấp sự thay đổi của toàn bộ lớp màng Tổng số

vi sinh vật đang phát triển cũng không thay đổi trong suốt quá trình.Lượng tiêu thụ cơ chất chỉ dùng để duy trì sự trao đổi chất của vi sinh,không nhằm vào mục đích tăng sinh khối Lưu ý: lượng cơ chất đưa vàoquá trình phải đủ cho quá trình trao đổi chất, nếu không sẽ có sự giảmsinh khối và lớp màng sẽ mỏng dần nhằm đạt tới cân bằng mới giữa cơchất và sinh khối

- Giai đoạn thứ ba: bề dày lớp màng trở nên khá ổn định Khi đó tốc độ

phát triển màng cân bằng với tốc độ để suy giảm bởi sự phân hủy nộibào, phân hủy theo dây chuyền thực phẩm, hoặc bị rửa trôi theo lực cắtcủa dòng chảy

3 Các bước thực hành bùn bám dính

Bước 1: Xác định pH

Bước 2: Xác định SS ở cả 3 mức Các tải trọng 24h, 12h, 6h, 4h, 2h.

- Mỗi mẫu làm 3 mẫu giấy lọc

đó đem cân, xác định m1

SS= (m1-m0).105 (g/10ml –mg/l)

Bước 3: Xác định COD ở 3 mức Các tải trọng 24h, 12h, 6h, 4h, 2h.

- Lọc mẫu trước khi tiến hành đo COD

đậy nút, lắc kỹ (cẩn thận vì phản ứng phát nhiệt) (Làm mẫu rỗng với nướccất) Mỗi mẫu làm ba ống COD

- Để nguội, thêm 2 giọt Feroin, tráng ống COD bằng một ít nước cất và địnhphân bằng FAS 0,1M Kết thúc khi mẫu chuyển từ xanh lục sang nâu đỏ.COD(mg/l)=[(A-B)*N*8000]/2,5

A: Thể tích FAS dùng trong mấu rỗng

B: Thể tích FAS dùng trong mấu thật

CODvào

1933

2133

2933

16 0.64 320 107 107 139 66.7 66.56 56.56 1900 1987 21933

44

4

58.33

63.98

2230

1900

14404

2

405

54

9

59.03

64.84

1620

1500

1390

0

320

58

3

60.94

72.22

4810

1890

16205

6250

4500

2050

2600

3000

1600

2200

1800

1800

61.04

1800

2000

1700

61.0

1340

1220

62.43

1070

1770

2070

83.72

110

Hiệu suất ở mức 1 Hiệu suất ở mức 2 Hiệu suất ở mức 3

Bài 3: THÍ NGHIỆM JARTEST

o Mục đích

o Cơ sở lý thuyết

Xử lý bắng phương pháp keo tụ là cho vào nước một loại hoá chất là chất keo tụ cóthể đủ làm cho các hạt rất nhỏ biến thành những hạt lớn lắng xuống Thông thườngquá trình tạo bông xảy ra theo 2 giai đoạn sau:

và ngưng tụ

Kết quả của quá trình trên là hình thành các hạt lớn lắng xuống

Để thực hiện quá trình keo tụ, người ta cho vào nước các chất keo tụ thích hợp nhưphèn nhôm Al2(SO4), phèn sắt FeSO4 hoặc loại FeCl3 Các phèn này được đưa vàonước dưới dạng hoà tan

bị thuỷ phân thành Al(OH)3

Al3+ + 3 H2O = Al(OH)3 + H+

nước Chất dùng để kiềm hoá thông dụng nhất là vôi (CaO) Một số trường hợpkhác có thể dùng sôđa( Na2CO3), hay sút (NaOH)

 Trị số pH của nước.

Nước thiên nhiên sau khi đã cho Al2 (SO4)vào, trị số pHcủa nó bị giảm thấp, vì Al2

thể tăng tính axit của nước Đối với hiệu quả keo tụ có ảnh hưởng, chủ yếu là trị số

pH của nước sau khi cho phèn vào Cho nên trị số pH dưới đây đều là trị số pHcủa nước sau khi cho phèn vào

Trị số pH ảnh hưởng rất lớn và nhiều mặt đến quá trình keo tụ

điển hình Trị số pH của nước quá cao hoặc quá thấp đều đủ làm cho nó hoàtan, khiến hàm lượng nhôm dư trong nước tăng thêm

Al(OH) 3 + 3 H +

 Al 3+ + 3 H 2 O

Al(OH) 3 + OH

- AlO 2 + 2 H 2 O

cùng thành dung dịch muối nhôm

sunfat kiềm rất ít hoà tan Trong phạm vi này, khi trị số pH biến đổi cao muốisunfat kiềm ở hình thái Al(OH)4SO4 khi pH biến đổi thấp ở dạng Al(OH)SO4

Tóm lại trong phạm vi pH từ 5.5 đến 7 lượng nhôm dư trong nước đều rất nhỏ

keo trong dung dịch nước có quan hệ đến thành phần của ion trong nước, đặtbiệt là nồng độ ion H+ Cho nên trị số pH đối với tính mang điện của hạt keo

có ảnh hưởng rất lớn Khi 5< pH <8 nó mang điện dương, cấu tạo của đámkeo này do sự phân hủy của nhôm sunfat mà hình thành Khi pH < 5 vì hấp

trung tính, vì thế mà dễ dàng kết tủa nhất

như chất hữu cơ bị thối rữa, khi pH thấp, dung dịch keo của axit humicmang điện tích âm Lúc này dễ dàng dùng chất keo tụ khử đi Khi pH cao nótrở thành muối axit humic dễ tan.Vì thế mà hiệu quả khử đi tương đối kém.Dùng muối nhôm khử loại này, thích hợp nhất ở pH = 6  6.5

keo và điện thế  của nó có quan hệ Trị số điện thế  càng nhỏ, lực đẩy giữacác hạt càng yếu, vì vậy tốc độ keo tụ càng nhanh Khi điện thế  bằng 0nghĩa là đạt đến điểm đẳng điện Tốc độ keo tụ của nó lớn nhất

Dung dịch keo này hình thành từ hợp chất lưỡng tính, điện thế  cuả nó và điểmđẳng điện chủ yếu quyết định bởi trị số pH cuả nước Nhôm hydroxit và các chấthumic, đất sét hợp thành dung dịch keo trong nước thiên nhiên đều là lưỡng tính,cho nên pH là nhân tố chủ yếu ảnh hưởng đến tốc độ keo tụ

Từ một số nguyên nhân trên, đối với một loại nước cụ thể thì không có phươngpháp tính toán trị số pH tối ưu mà chỉ xác định thực nghiệm Chất lượng nước khácnhau, trị số pH tối ưu khác nhau, nghĩa là cũng một nguồn nước, các mùa khácnhau, trị số pH tối ưu có thể thay đổi

Khi dùng muối nhôm làm chất keo tụ, trị số pH tối ưu nằm trong giới hạn 6.6 7.5 Quy luật nói chung là khi lượng chất keo tụ cho vào tương đối ít, dung dịchkeo tự nhiên trong nước chủ yếu là dựa vào quá trình keo tụ của bản thân nó màtách ra, nên dùng pH tương đối là thích hợp, vì khi điện tích dương của dung dịchkeo nhôm hydroxit tương đối lớn Như vậy rất có lợi để trung hòa điện tích âm củadung dịch keo tự nhiên, giảm thấp điện thế  của nó Khi lượng phèn cho vàotương đối nhiều, chủ yếu là làm cho dung dịch nhôm hydroxit của bản thân chấtkeo tụ hình thành keo tụ càng tốt Để khử đi vật huyền phù và dung dịch keo tự