Đang tải... (xem toàn văn)
Bài thuyết trình: Các đặc điểm chính của bể UASB
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU MỘT KHOA MÔI TRƯỜNG TIỂU LUẬN MÔN VI SINH VẬT MÔI TRƯỜNG GVHD:Th.S Nguyễn Bằng Phi Tên sinh viên thực hiện: (Nhóm 13) 1. Lê Duy Khánh 2. Mai Thế Tâm 3. Mai Thanh Điền 4. Nguyễn Ngọc Hữu Bình Dương, 26 tháng 05 năm 2014 MỤC LỤC I. MỞ ĐẦU Vi sinh vật là một thế giới sinh vật vô cùng nhỏ bé mà ta không thể quan sát bằng mắt thường. Nó phân bố khắp mọi nơi, trong đất, trong nước, trong không khí Vi sinh vật đóng vai trò vô cùng quan trọng trong tự nhiên cũng như trong cuộc sống của con người. Nó biến đá mẹ thành đất trồng, nó làm giàu chất hữu cơ trong đất, nó tham gia vào tất cả các vòng tuần hoàn bật chất trong tự nhiên. Nó là các khâu quan trọng trong chuỗi thức ăn của hệ sinh thái. Nó đóng vai trò quyết định quá trình tự làm sạch các môi trường tự nhiên. Từ xa xưa, con người đã biết sử dụng VSV trong đời sống hằng ngày. Các quá trình làm rượu, làm dấm, muối chua đều ứng dụng đặc tính sinh học của các nhóm VSV. Khi khoa học phát triển, biết rõ vai trò của VSV thì việc ứng dụng trong sản xuất và đời sống hằng ngày càng rộng rãi và có hiệu quả lớn. Trong lĩnh vực bảo vệ môi trường, con người đã sử dụng VSV làm sạch môi trường, xử lý các chất độc hại, sử dụng VSV trong việc chế tạo phân bón hóa học, thuốc bảo vệ thực vật không gây độc đến môi trường và bảo vệ sự cân bằng sinh thái. Các hợp chất hữu cơ có thể tồn tại dưới các dạng hòa tan, keo, không tan, bay hơi, không bay hơi, dễ phân hủy, khó phân hủy, Phần lớn các chất hữu cơ trong nước đóng vai trò là cơ chất đối với vi sinh vật. Nó tham gia vào quá trình dinh dưỡng và tạo năng lượng cho vi sinh vật. Vì thế, công nghệ xử lý nước thải bằng sinh học thường được áp dụng vì dựa trên cơ sở hoạt động của vi sinh vật để phân hủy các chất hữu cơ gây nhiễm bẩn trong nước thải, các vi sinh vật sử dụng các chất hữu cơ và một số chất khoáng làm chất dinh dưỡng và tạo năng lượng. Chúng nhận các chất dinh dưỡng để xây dựng tế bào, sinh trưởng, sinh sản nên sinh khối của chúng tăng lên. Quá trình phân hủy các chất hữu cơ nhờ vi sinh vật gọi là quá trình oxy hóa sinh hóa, nhưng do trong môi trường có các vi khuẩn giúp cho quá trình chuyển hóa, phân hủy chất hữu cơ nên khi xử lý nước thải cần xem xét nước thải có các vi sinh vật hay không để lợi dụng sự có mặt của nó và nếu có thì tạo điều kiện tốt nhất cho các vi sinh vật phát triển và từ đó chúng đóng vai trò to lớn trong việc xử lý nước thải. Trong xử lý nước thải, có các loại phương pháp xử lý sinh lọc như: Phương pháp kỵ khí : sử dụng vi sinh vật kỵ khí , hoạt động trong môi trường không có Oxy ( xử lý bằng phương pháp dùng bể UASB). Phương pháp hiếu khí : sử dụng vi sinh vật hiếu khí hoạt động trong điều kiện cung cấp Oxy liên tục. Trong chủ đề này ta đề cập đến phương pháp xử lý sinh học kỵ khí mà nổi bật là xử lý bằng phương pháp dùng bể UASB. II. KHÁI QUÁT QUÁ TRÌNH XỬ LÝ SINH HỌC KỴ KHÍ II.1. Cơ sở lý thuyết Nguyên tắc của phương pháp này là sử dụng các vi sinh vật kị khí và vi sinh vật tùy nghi để phân hủy các hợp chất hữu cơ và vô cơ có trong nước thải, ở điều kiện không có oxi hòa tan với nhiệt độ, pH… thích hợp để cho các sản phẩm dạng khí (CO 2 , CH 4 ). Quá trình phân hủy kị khí có thể mô tả bằng sơ đồ tổng quát: (CHO) n NS → CO 2 + H 2 O + CH 4 + NH 4 + H 2 + H 2 S + Tế bào VI SINH Quá trình sinh học kị khí có thể xử lý nước thải có hàm lượng chất bẩn hữu cơ cao BOD ≥ 10 – 30 (g/l). Có nhiều chủng loại vi sinh vật cùng nhau làm việc để biến đổi các chất ô nhiễm hữu cơ thành khí sinh học. II.2. Các công nghệ xử lý kị khí III. BỂ UASB III.1. Tổng quan và vị trí của UASB: UASB – Upflow Anaerobic Sludge Blanket Process – Quy trình kỵ khí có tầng bùn dòng chạy ngược. UASB được nghiên cứu và phát triển vào cuối những năm 1970 bởi Tiến sĩ Gatze Lettinga và các đồng nghiệp tại trường đại học Wageningen (Hà Lan). Lúc đầu công nghệ UASB được xây dựng thí điểm để xử lý nước thải của một nhà máy sản xuất đường từ củ cải ở Hà Lan. Sau đó, công nghệ này được nhanh chóng phát triển và ứng dụng trên quy mô lớn trong XLNT nhà máy đường, chế biến tinh bột khoai tây, và các ngành công nghiệp thực phẩm khác cũng như các nhà máy tái chế giấy trên khắp đất nước Hà Lan cuối những năm 1970. Năm 1980, công nghệ UASB được công bố và ứng dụng rộng rãi trên toàn thế giới. UASB là một trong những phương pháp XLNT bằng biện pháp sinh học kỵ khí được ứng dụng rộng rãi do các đặc điểm sau: - Cả 3 quá trình: Phân hủy – Lắng bùn – Tách khí được đặt chung trong một công trình - Tạo thành các loại bùn hạt kỵ khí có mật độ VSV cao và tốc độ lắng vượt xa do với lớp bùn hiếu khí lơ lửng. Do đặc tính của bể UASB xử lý được chất hữu cơ có hàm lượng cao nhưng không triệt để. Do đó, đối với nước thải có hàm lượng BOD cao thì trong sơ đồ công nghệ vị trí bể UASB thường đặt trước bể hiếu khí Aerotank nhằm để xử lý triệt để chất hữu cơ trong nước thải, vì vể UASB chỉ xử lý BOD giảm về một mức độ nhất định, không triệt để, còn bể Aerotank thì có thể xử ký được chất hữu cơ có nồng độ thấp đạt hiếu quả cao. Do đó, bể UASB thường đặt trước bể hiếu khí. Tùy vào chất lượng nước ra thì sau bể UASB có thể có hoặc không có bể xử lý hiếu khí. III.2. Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động bể UASB: III.2.1. Cấu tạo Bể UASB chia thành 2 vùng chính: - Vùng chứa bùn phân hủy kỵ khí: (không chiếm quá 60% thể tích bể). Là lớp bùn hoạt tính chứa các VSV kỵ khí có khả năng phân hủy các hợp chất hữu cơ, nước thải vào được chảy qua lớp bùn này để xử lý. - Vùng lắng: nằm phí trên lớp bùn kỵ khí. Nước thải sau khi phân hủy sẽ di chuyển lên vùng này để thực hiện quá trình lắng cặn. Ngoài ra còn có hệ thống phân phối nước vào, hệ thống thu nước ra, hệ thống thu khí và một số hệ thống phụ trợ khác. III.2.2. Nguyên tắc hoạt động của bể UASB: Nước thải được nạp liệu từ phía đáy bể, đi qua lớp bùn hạt, quá trình xử lý xảy ra khi các chất hữu cơ trong nước thải tiếp xúc với bùn hạt. Khí sinh ra trong điều kiện kỵ khí (chủ yếu là CH 4 và CO 2 ) sẽ tạo nên dòng tuần hoàn cục bộ giúp cho quá trình hình thành và duy trì bùn sinh học dạng hạt. Khí sinh ra từ lớp bùn sẽ dính bám vào các hạt bùn và cùng với khí tự do nổi lên phía mặt bể. Tại đây, quá trình tách pha khí – lỏng – rắn xảy ra nhờ bộ phận tách pha. Khí theo ống dẫn qua bồn hấp thu chứa dung dịch NaOH 5 – 10%. Bùn sau khi tách khỏi bọt khí lại lắng xuống. Nước thải theo máng tràn răng cưa dẫn đến công trình xử lý tiếp theo. Sự xử lý xảy ra khi nước thải đến và tiếp xúc với các hạt sinh khối và sau đó đi ra khỏi thiết bị từ phía trên của thiết bị. Trong suốt quá trình này thì sinh khối với đặc tính lắng cao sẽ được duy trì trong thiết bị. Một trong những bộ phận quan trọng của thiết bị UASB đó là bộ phận tách khí - lỏng - rắn ở phía trên của thiết bị. Trong quá trình xử lý nước thải, lượng khí tạo ra chủ yếu là CH 4 và CO 2 tạo nên sự lưu thông bên trong giúp cho việc duy trì và tạo ra hạt sinh học. Các bọt khí tự do và các hạt khi thoát lên tới đỉnh của bể tách khỏi các hạt rắn và đi vào thiết bị thu khí. Dịch lỏng chứa một số chất còn lại và hạt sinh học chuyển vào ngăn lắng, ở đó chất rắn được tách khỏi chất lỏng và quay trở lại lớp đệm bùn, nước thải sau đó được thải ra ngoài ở phía trên của thiết bị. Vận tốc nước thải đưa vào bể UASB được duy trì trong khoảng 0,6 – 0,9m/h (nếu bùn ở dạng bùn hạt), pH thích hợp cho quá trình phân hủy kỵ khí dao động trong khoảng 6,6 – 7,6. Do đó cần cung cấp đủ độ kiềm (1000 – 5000 mg/L) để bảo đảm pH của nước thải luôn luôn > 6,2 vì ở pH < 6,2 – vi sinh vật chuyển hóa methane không hoạt động được. Cần lưu ý rằng chu trình sinh trưởng của vi sinh vật acid hóa ngắn hơn rất nhiều so với vi sinh vật acetate hóa (2 – 3 giờ ở 35 0 C so với 2 – 3 ngày, ở điều kiện tối ưu). Do đó, trong quá trình vận hành ban đầu, tải trọng chất hữu cơ không được quá cao vì vi sinh vật acid hóa sẽ tạo ra acid béo dễ bay hơi với tốc độ nhanh hơn rất nhiều lần so với tốc độ chuyển hóa các acid này thành acetate dưới tác dụng của vi sinh vật acetate hóa. III.3. Hoạt động của bùn trong bể UASB Đóng vai trò quyết định trong việc phân huỷ và chuyển hoá chất hữu cơ. Chia thành 2 vùng rõ rệt và chiều cao ¼ bể từ đáy tính lên. Lớp bùn hình thành do các hạt cặn keo tụ nồng độ 5 ÷ 7%. Lớp bùn lơ lửng nồng độ 1000 ÷ 3000mg/l. Nồng độ cao của bùn cho phép bể làm việc với tải trọng chất hữu cơ cao. Bùn nuôi cấy ban đầu: Bùn nuôi cấy ban đầu phải có độ hoạt tính metan. Độ hoạt tính metan ngày càng cao thì thời gian khởi động càng ngắn. Nếu sử dụng được bùn hạt hoặc bùn lấy từ một bể xử lý kỵ khí là tốt nhất. Ngoài ra có thể sử dụng bùn chứa nhiều chất hữu cơ như bùn từ bể tự hoại, phân gia súc hoặc phân chuồng. Loại bùn Hoạt tính mêtan (kg CH 4 – COD/kg VSS) Hàm lượng (kg VSS/m 3 ) Bùn hạt 0,8 ÷ 1,5 15 ÷ 35 Bùn từ các bể xử lý lý kỵ khí khác 0,4 ÷ 1,2 10 ÷ 25 Bùn cống rãnh 0,02 ÷ 0,1 8 ÷ 20 Phân chuồng 0,02 ÷ 0,08 20 ÷ 80 Bùn bể tự hoại 0,01 ÷ 0,02 15 ÷ 50 Phân bò tươi 0,001 ÷ 0,006 30 ÷ 100 Phân gia súc khác 0,001 ÷ 0,004 30 ÷ 100 Nồng độ bùn nuôi cấy ban đầu cho bể UASb tối thiêt là 10 kgVSS/m 3 . Lượng bùn cho vào bể không nên nhiều hơn 60% thể tích bể. Khi mới nuôi cấy, vận tốc nước bơm vào bể phải đủ nhỏ để không đẩy bùn ra ngoài. Mặt khác, chất lượng nước đầu vào nên pha loãng trước khi bơm vào bể để giảm nồng độ COD nhằm giúp VSV phát triển tốt. Cần chú ý đến lượng khí sinh ra để biết được sự phát triển của các vi khuẩn sinh metan. IV. LÝ THUYẾT SPAGHETTI TRONG VIỆC TẠO BÙN HẠT IV.1. Những đặc tính của bùn hạt kỵ khí Bùn hạt được xem là một sinh khối có một số đặc tính xác định. Các đặc tính của bùn hạt được nêu lên bởi bao gồm: vận tốc lắng cao, có một độ bền cơ học nhất định, hoạt tính tạo khí methan và hoạt tính khử sunfate cao. Về phương diện vi sinh học, bùn hạt bao gồm một hệ vi sinh vật cân bằng, nó bao gồm tất cả các loài vi khuẩn cần thiết cho quá trình phân hủy các hợp chất hữu cơ có trong nước thải. Về mặt hình thái học, bùn hạt được mô tả là một hạt rắn có kích thước tương đối lớn (d > 0.5 mm) với một bề mặt rõ ràng. Cùng với mật độ tương đối cao, hình thái học ổn định, bùn hạt có khả năng lắng rất tốt. Trái ngược với các dạng sinh khối ổn định khác, các phần tử vật chất mang tính trơ không những đóng vai trò hết sức cần thiết trong sự hình thành bùn hạt kỵ khí mà còn là một trong những yếu tố rất quan trọng có liên quan đến khả năng ổn định của chúng. Quan hệ giữa những nhân tố sinh học và vật lý trong quá trình tạo hạt của bùn được mô tả trong Hình 1. [...]... vật lý trong quá trình tạo hạt của bùn Chất lượng bùn hạt Chất lượng của bùn hạt phụ thuộc vào nhiều đặc tính: các đặc tính sinh học và các đặc tính vật lý của bùn Các đặc điểm lý học quan trọng nhất của bùn hạt trong các mô hình là: khả năng lắng và độ bền cơ học Tất nhiên các quá trình sinh học được xác định chủ yếu bởi thành phần và số lượng các loài vi sinh vật, nhưng các nhân tố khác cũng đóng vai... xốp của bùn hạt, kích thước hạt nhân của bùn và độ thẩm thấu của cơ chất và các sản phẩm khác vào bùn hạt Cơ chế tạo hạt của bùn Sự hình thành bùn hạt trong thực tế là một quá trình tự nhiên Hiện tượng này thường xuất hiện trong tất cả các hệ thống xử lý nước thải dùng công nghệ sinh học đáp ứng được những điều kiện cơ bản Một trong những lý thuyết để giải thích quá trình tạo hạt của bùn là lý thuyết. .. V ƯU – NHƯỢC ĐIỂM CỦA QUÁ TRÌNH KỊ KHÍ TRONG BỂ UASB - V.1 Ưu điểm Ít tiêu tốn năng lượng vận hành: do quá trình phân hủy là quá trình giả lập tự nhiên với cường độ ca, sự phân hủy xảy ra chủ yếu do các VSV kỵ khí tạo ra cho nên khi vận hành bể tốn ít chi phí Chi phí chủ yếu là quá trình bơm nước vào bể và quá trình tuần hoàn bùn, hút bùn - Công nghệ không đòi hỏi kỹ thuật phức tạp: khi bể đã đi vào... hưởng của lượng nguyên liệu nạp có thể biểu thị bằng 2 nhân tố sau: Hàm lượng chất hữu cơ biểu thị bằng kg COD/m3/ngày hay VS/m3/ngày Thời gian lưu trữ hỗn hợp nạp trong bể HRT Lượng chất hữu cơ nạp cao sẽ làm tích tụ các acid béo do các vi khuẩn ở giai đoạn 3 không sử dụng kịp làm giảm pH của hầm ủ gây bất lợi cho các vi khuẩn methane VI.8 Ảnh hưởng của các chất khoáng trong nguyên liệu nạp Các chất... Na Ammonium - N, Ca, MgK VII SO SÁNH BỂ KỊ KHÍ VÀ BỂ UASB Cấu tạo Nguyên tắc hoạt động Bể UASB Bể có thể xây bằng gạch hoặc bê tông cốt thép Để tách khí khỏi nước thải, trong bể gá thêm tấm phẳng đặt nghiêng so với phương ngang >= 350 thể tích ngăn lắng tính theo thời gian lưu nước >= 1 giờ Tổng chiều cao ngăn lắng khoảng 2m, chiều cao phần lắng >=1m Bể kỵ khí Bể lọc khí làm bằng vật liệu nổi polyspiren... hơi Acid béo mạch dài Kim loại nặng Cyanide, Sulfide, Tanin Độ mặn Các hợp chất vô cơ độc và ức chế Các hợp chất hữu cơ độc và ức chế VI.6 Các chất dinh dưỡng Để bảo đảm năng suất sinh khí của bể, nguyên liệu nạp nên phối trộn để đạt được tỉ số C/N từ 25/1 ¸ 30/1 bởi vì các vi khuẩn sử dụng carbon nhanh hơn sử dụng đạm từ 25 ¸ 30 lần Các nguyên tố khác như P, Na, K và Ca cũng quan trọng đối với quá... nồng độ thấp Nikel làm tăng quá trình sinh khí Các chất khoáng này còn gây hiện tượng cộng hưởng hoặc đối kháng Hiện tượng cộng hưởng là hiện tượng tăng độc tính của một nguyên tố do sự có mặt một nguyên tố khác Hiện tượng đối kháng là hiện tượng giảm độc tính của một nguyên tố do sự có mặt của một nguyên tố khác Hiện tượng cộng hưởng và đối kháng của các cation đối với quá trình lên men yếm khí (EPA,... và điều kiện môi trường , phải đủ lâu để cho phép các hoạt động trao đổi chất kỵ khí xảy ra Bể phân hủy kỵ khí tăng trưởng dính bám (attached growth) có HTR 1-10 ngày trong khi bể kỵ khí tăng trưởng lơ lửng đòi hỏi 10 – 60 ngày (Polprasert, 1989) VI.3 Độ pH: Trong xử lí kị khí pH của môi trường ảnh hưởng rất lớn đến hoạt động, sinh sản và phát triển của sinh vật Đối với từng nhóm từng loài vsv có một... khi điều chỉnh pH theo ống vào hệ thống phân phối điều trên diện tích đáy bể Nước thải từ dưới lên với vận tốc v = 0.6-0.9 m/h Bùn trong bể lắng được hình thành 2 vùng rõ rệt ở chiều cao ¼ tính từ đáy bể lên, lớp bùn này hình thành do các hạt keo tụ có nồng độ 5-7% phía trên lớp này là lớp bùn lơ lững có nồng độ 10003000mg/l gồm các bông cặn chuyển động giữa lớp bùn đáy và bùn tuần hoàn từ ngăn lắng... đan xen vào nhau tạo thành một viên nấm (viên spaghetti) Các viên ban đầu này có thể hình thành một bề mặt lôi kéo các vi sinh vật khác tham gia vào quá trình phân huỷ kỵ khí và hình thành bùn hạt Cơ chế tạo thành bùn hạt có thể được minh hoạ trong Hình 2 Hình: Viên nấm (viên spaghetti) Hình 2 Lý thuyết spaghetti trong việc tạo thành bùn hạt I: Các vi khuẩn methan khác nhau III: Tạo thành viên spaghetti . trình tạo hạt của bùn. Chất lượng bùn hạt Chất lượng của bùn hạt phụ thuộc vào nhiều đặc tính: các đặc tính sinh học và các đặc tính vật lý của bùn. Các đặc điểm lý học quan trọng nhất của bùn hạt. chất lượng nước ra thì sau bể UASB có thể có hoặc không có bể xử lý hiếu khí. III.2. Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động bể UASB: III.2.1. Cấu tạo Bể UASB chia thành 2 vùng chính: - Vùng chứa bùn phân. cùng nhau làm việc để biến đổi các chất ô nhiễm hữu cơ thành khí sinh học. II.2. Các công nghệ xử lý kị khí III. BỂ UASB III.1. Tổng quan và vị trí của UASB: UASB – Upflow Anaerobic Sludge Blanket