QUÁ TRÌNH MÀNG SINH HỌC XỬ LÝ NƯỚC THẢI TRONG BỂ SINH HỌC BIOPHIN

Phân loại: Dựa vào cấu tạo thiết bị xử lý, quá trình màng sinh học được chia làm 3 loại:  Bể lọc sinh học có vật liệu lọc không ngập nước lọc nhỏ giọt.. Màng sinh học được tạo thành ch

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP.HCM

PHÂN HIỆU TẠI GIA LAI

BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ

GVHD: Nguyễn Thị Hồng Phượng Nhóm: 9.2

DANH SÁCH NHÓM 9.2

1 Nguyễn Thị Hạnh

2 Lưu Thanh Hiền

3 Nguyễn Minh Lân (NT)

4 Phùng Mạnh Sinh

5 Nguyễn Thị Dạ Thảo

6 Nguyễn Nhã Uyên

Đánh giá của giáo viên

I MỞ ĐẦU

Nước là nguồn tài nguyên vô cùng quan trọng và cần thiết cho sự sống của con người nhưng đang bị ô nhiễm nghiêm trọng Để làm sạch nguồn nước có nhiều cách khác nhau như: phương pháp vật lý, phương pháp hóa học, phương pháp hấp thụ…trong đó phải kể đến cả phương pháp

xử lý bằng sinh học

II MÀNG SINH HỌC

1 Màng sinh học:

Nguyên lý của phương pháp lọc sinh học:

- Dựa trên hoạt động của vi sinh vật ở màng sinh học, oxy hóa chất bẩn hữu cơ

- Màng sinh học là tập hợp các vi sinh vật (chủ yếu là vi khuẩn) hiếu khí, kỵ khí và tùy tiện

- Các vi sinh vật phát triển và gắn với giá màng gọi là quá trình sinh trưởng gắn kết hay dính bám.

- Nước thải sau khi qua bể lọc và bể lắng 2, một phần quay trở lại để pha loãng nước thải đậm đặc và giữ nhiệt cho màng vi sinh vật

- Chất hữu cơ hấp thụ vào màng hay lớp màng vi sinh vật (dày 0,4mm)

0,1 Khi lớp màng tăng lên, chất hữu cơ bị hấp thụ hết ở bên ngoài, vi sinh vật chuyển sang hô hấp nội bào và mất khả bám vào bề mặt vật liệu học

Trong dòng nước thải vi khuẩn xâm nhập vào một số vị trí, tế bào mới sinh ra và bao phủ lên lớp ban đầu (chủ yếu là vi khuẩn) Phát triển cho đếnkhi toàn bộ chất rắn bao phủ một lớp đơn bào Chất hữu cơ trong nước thải được vi khuẩn chuyển hóa thành CO2 và H2O

2 Phân loại:

Dựa vào cấu tạo thiết bị xử lý, quá trình màng sinh học được chia làm

3 loại:

 Bể lọc sinh học có vật liệu lọc không ngập nước (lọc nhỏ giọt)

 Bể lọc sinh học có vật liệu lọc ngập nước (lọc cao tải)

 Đĩa quay sinh học RBC

3 Cấu tạo của màng sinh học

Màng thường có độ dày từ 2-3mm và hơn nữa Màu của màng thay đổitheo thành phần của nước thải từ màu vàng đến màu nâu tối Màng được

tạo thành từ hàng triệu đến hàng tỉ tế bào vi khuẩn, các vi sinh vật khác và

có cả động vật nguyên sinh Khác với vi sinh vật của bùn hoạt tính, thành phần loài và số lượng các loài ở màng lọc tương đối đồng nhất Mỗi màng lọc có một quần thể cho riêng mình

Màng sinh học được tạo thành chủ yếu là các vi khuẩn hiếu khí và các phim lọc sinh học là các công trình làm sạch nước hiếu khí, nhưng thực ra phải coi đây là một hệ tùy tiện Ngoài các vi khuẩn hiếu khí, màng còn các

vi khuẩn tùy tiện và kị khí

Màng sinh học gồm 4 lớp:

• Lớp ngoài cùng là lớp hiếu khí

• Lớp trung gian là các vi khuẩn tùy tiện

• Lớp sâu bên trong màng là kị khí

• Phía dưới cùng của màng là lớp quần thể vi sinh vật với sự có mặt của động vật nguyên sinh và một số sinh vật khác

Quần thể vi sinh vật của màng sinh học có tác dụng như bùn hoạt tính Ở vùng trên cùng của phin lọc có sinh khối nhiều nhất và màng lọc cũng dày nhất, ở vùng giữa ít hơn và vùng dưới nữa là ít nhất Màng vi sinh vật sẽ tăng dần lên và dày them, các tế bào bên trong màng ít tiếp xúc với cơ chất và ít nhận được oxy phải chuyển sang phân hủy kị khí

4 Cơ chế hoạt động của màng sinh học:

Màng sinh học có thể oxy hóa được tất cả các hợp chất hữu cơ dễ phânhủy có trong nước thải Màng này dần dần bịt các khe giữa các hạt cát, phin lọc giữ lại các tạp chất, các thành phần sinh học có trong nước làm cho vận tốc nước qua lọc chậm dần và phin làm việc có hiệu quả hơn Nó hấp phụ giữ lại các vi khuẩn cũng như tạp chất hóa học Nó oxy hóa các chất hữu cơ có trong nước và nước được dần dần làm sạch Nếu lớp màng quá dày ta có thể dùng nước rửa, sục nước để loại bỏ màng và phin sẽ chảynhanh hơn, hiệu quả của lọc có giảm nhưng dần dần lại được phục hồi Vận

tốc lọc tốt nhất là vào khoảng 11000m3/0,4 ha.ngày Hiệu quả của phin lọc chậm có thể giữ được tới 99% vi khuẩn có trong nước Cơ chế hoạt động

có thể chia thành các giai đoạn như sau:

Quá trình tiêu thụ cơ chất làm sạch nước

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

III BỂ BIOPHIN (BỂ LỌC SINH HỌC)

1 Bể lọc sinh học có lớp vật liệu không ngập nước (lọc nhỏ giọt)

a) Cấu tạo

Lọc nhỏ giọt là loại bể lọc sinh học với vật liệu tiếp xúc không ngập trong nước Bể bao gồm vật liệu học, hệ thống phân phối nước, sàn đỡ và thu nước

 Vật liệu lọc

Vật liệu lọc khá phong phú: từ đá cuội, đá dăm, đá ong, vòng kim loại,than đá, than cốc, gỗ mảnh, chất dẻo tấm uốn lượn Các loại đá nên chọn các cục có kích thước trung bình 60-100 mm Chiều cao lớp đá thường chọn 0,4 m - 2,5 m – 4 m, trung bình khoảng 1,8-2,5 m Nếu kích thước của vật liệu nhỏ sẽ làm giảm độ hở giữa các cục vật liệu gây tắc nghẽn cục

bộ, nếu kích thước quá lớn thì diện tích tiếp xúc sẽ giảm dẫn tới giảm hiệu suất xử lí Bể với liệu là đá giăm thường có dạng hình tròn.

Những năm gần đây, do kĩ thuật chất dẻo có nhiều tiến bộ, nhựa PVC,

PP được sử dụng rộng rãi do có đặc điểm rất nhẹ

Các vật liệu lọc cần đáp ứng các yêu cầu sau:

- Diện tích riêng lớn

- Chỉ số chân không cao để tránh lắng đọng

- Nhẹ, có thể sử dụng ở độ cao lớn

- Có độ bền cơ học đủ lớn

 Hệ thống phân phối nước

Nước thải được phân phối trên bề mặt lớp vật liệu lọc nhờ một hệ thống giàn quay phun nước thành tia hoặc nhỏ giọt Khoảng cách từ vòi phun đến bề mặt vật liệu khoảng 0,2-0,3m

- Thu đều nước có các mãnh vỡ của màng sinh học bị tróc

- Phân phối đều gió vào bể lọc để duy trì môi trường hiếu khí trong các khe rỗng

b) Cơ chế hoạt động

Các vật liệu lọc có độ rỗng và diện tích tiếp xúc trong một đơn vị diện tích là lớn nhất trong điều kiện có thể Nước từ hệ thống phân phối nước đến vật liệu lọc chia thành các dòng hoặc hạt nhỏ chảy thành lớp mỏng quakhe hở của vật liệu, đồng thời tiếp xúc với màng sinh học ở trên bề mặt củavật liệu và được làm sạch do vi sinh vật của màng phân hủy hiếu khí và kị khí các chất hữu cơ có trong nước Các chất hữu cơ phân hủy hiếu khí sinh

ra CO2 và nước, phân hủy kị khí sinh ra CH4 và CO2 làm tróc màng ra khỏi

vật mang, bị nước cuốn theo Trên mặt giá mang là vật liệu lọc lại hình thành màng mới Hiện tượng này được lặp đi lặp lại nhiều lần Kết quả BOD của nước thải bị vi sinh vật sử dụng làm chất dinh dưỡng và bị phân hủy kị khí cũng như hiếu khí: nước thải được làm sạch.

Nước thải trước khi đưa vào xử lý ở lọc phun cần phải qua xử lý sơ bộ

để tránh các tắc nghẽn các khe trong vật liệu Nước sau khi xử lý ở lọc sinhhọc thường chứa nhiều chất lơ lửng do các mảnh vỡ của màng sinh học cuốn theo, vì vậy cần phải đưa vào lắng 2 và lưu ở đây thời gian thích hợp

để lắng cặn Trong trường hợp này, khác với nước ra ở bể aroten: nước ra khỏi bể lọc sinh học thường ít bùn cặn hơn bể aroten Nồng độ bùn cặn ở đây thường nhỏ hơn 500mg/l, không xảy ra hiện tượng làm hạn chế Tải trọng bề mặt của lắng 2 sau lọc phun vào khoảng 16-25 m3/m2 Tải trọng bềmặt của lắng 2 sau lọc phun vào khoảng 16-25 m3/m2.ngày

c) Phân lọai bể lọc nhỏ giọt

Dựa vào các thông số khác nhau của bể lọc mà người ta chia ra làm hailoại: bể lọc tải trọng thấp và bể lọc tải trọng cao Sự khác nhau được đưa radưới bảng 1.1

Bảng 1.1 Phân biệt tải trọng trong các bể lọc sinh học nhỏ giọt

(các chỉ tiêu thiết kế)Thông số Đơn vị đo Tải trọng thấp Tải trọng caoChiều cao lớp

lực theo diện tích

bề mặt

m3/m2.ngày 1-4,1 4,1-40,7

Hiệu quả BOD % 80-90 65-85

Chú ý: tải trọng thủy lực nếu trong bảng là tỉ số của lưu lượng nước

xử lý (m3/ngày) cộng với lưu lượng tuần hoàn (m3/ngày) (nếu có) chia cho diện tích bề mặt của thể lọc S (m2)

d) Ưu, nhược điểm của bể lọc sinh học nhỏ giọt

 Ưu điểm của bể lọc sinh học nhỏ giọt:

- Quá trình oxi hóa rất nhanh nên rút ngắn được thời gian xử lý

- Điều chỉnh được thời gian lưu nước và tốc độ dòng chảy

- Xử lý hiệu quả nước cần có quá trình khử nitrat hoặc phản nitrathóa

- Nước ra khỏi bể lọc sinh học thường ít bùn cặn hơn bể aroten

 Nhược điểm của bể lọc sinh học:

- Không khí ra khỏi bể lọc thường có mùi hôi thối

- Khu vực xung quanh bể thường có nhiều ruồi muỗi

2 Bể lọc sinh học có lớp vật liệu ngập nước

a) Cấu tạo

Bể lọc sinh học có lớp vật liệu ngập nước cũng bao gồm vật liệu học,

hệ thống phân phối nước, sàn đỡ và thu nước giống như bể lọc sinh học cóvật liệu không ngập nước Tuy nhiên lớp vật liệu lọc được thiết kế ngậptrong nước

Hình 2.1 Bể lọc sinh học có lớp vật liệu ngập nước

b) Cơ chế hoạt động

Trong quá trình làm việc, lọc có thể khử BOD và chuyển hóa NH4+

thành NO3-, lớp vật liệu lọc có khả năng giữ lại cặn lơ lững Để tiếp tục khửđược BOD, NO3- và P người ta thường đặt 2 lọc liên tiếp Giàn phân phốikhí của lọc sau khi ở giữa lớp vật liệu với độ cao sao cho lớp vật liệu nằm

ở phía dưới là vùng hiếu khí để khử NO3- và P Ở lọc này nước và khôngkhí cùng chiều đi từ dưới lên cho hiệu quả xử lí cao

Kĩ thuật này được áp dụng cho việc xử lí nước thải sinh hoạt đô thịđồng thời khử được những hợp chất hữu cơ cacbon và nito đồng thời loại

bỏ được huyền phù Đối với nước sạch sinh hoạt phương pháp lọc sinh họcvới vật liệu ngập nước rất thích hợp để nitrat hóa khử nitrat hóa

c) Ưu, nhược điểm của bể lọc sinh học có lớp vật liệu ngập nước

- Không cần phải rửa lọc

- Phù hợp với nước thải pha loãng

- Đưa vào hoạt động rất nhanh

- Dễ dàng tự động hóa

 Nhược điểm:

- Tăng tổn thất tải lượng

- Giảm lượng nước thu hồi

- Tổn thất khí cấp cho quá trình

- Giảm khả năng giữ huyền phù

3 Đĩa quay sinh học

a) Cấu tạo

Đĩa quay sinh học gồm hàng loạt các đĩa

tròn, phẳng được làm bằng nhựa PVC hoặc PS

lắp trên một trục Các đĩa này được đặt vào

nước một phần (khoảng 30-40% theo đường

kính có khi ngập tới 70 – 90%) và quay chậm

khi làm việc Đây là công trình hoặc thiết bị xử

lý nước thải bằng kĩ thuật màng sinh học dựa

trên sự sinh trưởng gắn kết của vi sinh vật trên

bề mặt của vật liệu đĩa.Vật liệu thường gặp ở dạng đĩa có diện tích bề mặt khoẳng 6 - 7,2 m2/m3, dạng lưới có diện tích bề mặt khoảng 9,1 -

10,6m2/m3 Dạng lưới được chế tạo từ nhựa cứng polystiren còn dạng lưới làm từ polyetylen

b) Cơ chế hoạt động

Khi quay, màng sinh học tiếp xúc với chất hữu cơ trong nước thải vàsau đó tiếp xúc vs oxy khi ra khỏi nước thải Đĩa quay sinh học nhờ motohoặc sức gió Nhờ quay liên tục mà màng sinh học vừa được tiếp xúc đượcvới không khí vừa tiếp xúc được với chất hữu cơ trong nước thải, vì vậychất hữu cơ được phân hủy nhanh

 Tốc độ quay đĩa: 1 – 2 vòng/phút

 Đảm bảo chảy rối không cho bùn cặn lắng lại trong bể

 Chiều dày của màng sinh học phụ thuộc vào vận tốc quay của đĩa(thường 2 – 4 mm)

 Không hạn chế công suất xử lý (thường là 5000 m3/ngày)

Yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng tới hoạt động của RBC là lớp màngsinh học.Khi bắt đầu vận hành các vi sinh vật trong nước bám vào vật liệu

và phát triển ở đó cho đến khi tất cả vật liệu được bao bởi lớp màng nhầydày chừng 0,16 – 0,32cm Sinh khối bám chắc vào RBC như ở màng lọcsinh học

Hình 3.1 Sơ đồ điển hình của hệ thống xử lý RBC

a) Hệ thống xử lý bằng RBCb) và c) Cách đặt các đĩa quay