Câu 11: Nguyên tắc, cơ chế, tác nhân quá trình xử lý sinh học hiếu khí nước thải

·        Cơ chế: oxi hóa nhờ vsv:

-         Oxi hóa hợp chất hữu cơ không chứa N:

CxHyOz + (x+y/4-z/2)O2à xCO2 + y/2H2O

-         Oxi hóa các hợp chất hữu cơ có chứa N:

CxHyOzN + (x+y/4-z/2-3/4)O2 à xCO2 + (y-3)/2 H2O + NH3(hoặc NH4+,NH2)(không tạo mùi vì NH3 sẽ đi vào sinh khối)

-         Phản ứng oxi hóa tạo sinh khối:

CxHyOz + (x+y/4-z/2)O2 + nNH3à nC7H5NO2 + n(x-5)CO2 + n(y-4)/2 H2O

-         Phản ứng oxi hóa sinh khối(tự hủy của bùn):

C5H7NO2 + 5O2à 5CO2 + 2H2O + NH3

(NH3àNH4+àNO2àNO3-)

-         Oxi hóa một số chất vô cơ

+ sunfat hóa SH- à SO42-

+ Fe2+àFe3+

+ Mn2+à Mn4+

·        Tác nhân sinh học: chủ yếu là vk(90-95% hợp chất hữu chơ đc oxi hóa bới vk)

-         Các vk hô hấp hiếu khí:

Aerobacter aerogenes

Pseudomonas putida, Pseud, Stutzeri

Bacillus subtilis

Nitrobacter vinogradski, Alcaligenes,(môi trường giàu Fe và...)

-         Các vk hô hấp tùy tiện:

Cellulomonas bizotera

Rhodo pseudomonas(có sắc tố đỏ)

Nitrosomonas sp(môi trường giàu N)

Microthrix và Thiothrix(vk dạng sợi)

-         Nguyên sinh vật:

Ciliatae(trùng tơ)

Flagellatae(trùng roi)

Câu 12: Vẽ sơ đồ và giải thích vai trò của các hạng mục trong hệ thống Aeroten

Giải thích vai trò của các hạng mục Aeroten:

-         Song chắn rác (1): loại các tạp lớn: rẻ rách,rác,..

-         Bể điều hòa (2): điều hòa BOD,độ pH,lưu lượng, đảo trộn

-         Bể lắng sơ cấp (3): lắng cặn vô cơ,tạp chất kích thước lớn

-         Sau khi lắng nước thải được đưa lên bể Aeroten lớn(4),tại đây được cấp khí,các chất ô nhiễm(hữu cơ) được oxi hóa nhờ các vsv hô hấp hiếu khí và tùy tiện có trong bể

-         Nước thải sau khi bị oxi hóa chảy sang bể thứ cấp (5) (có thể lắng đứng hoặc lắng ngang). Nước thải sau khi xử lí ở trên ,bùn được lắng xuống đấy,chức năng của bể lắng là lắng bùn hoạt tính(bông bùn)

-         Một phần bùn được bơm (6) bơm trở lại bể Aeroten(4) (để duy trì hàm lượng sinh khối trong bể),phần bùn dư được chuyển về xử lí bùn (7). Bùn sau xử lí có thể dùng làm phân bón.

Câu 13: Các đặc trưng của hệ thống Aeroten

·        Vi sinh vật: bùn hoạt tính,bông sinh học

-         Kích thước tương đối lớnà bùn dễ lắng

-         Khả năng oxi hóa mạnhàrút ngắn thời gian xử lí

-         Các vsv có khả năng tạo bao nhầyàcác tế bào dễ dàng dính vào nhauàtạo bông bùn kích thước lớn(50-200micromet)

-         Chỉ số thể tích lắng của bùn SVI:

-         SVI là dung tích lắng của 1g bùn khô:

SVI = VL*1000/X(ml/g)

VL: dung tích lắng của bùn

X là hàm lượng sinh khối(mg/l)

SVI tối ưu: 80-150ml/g

Nếu SVI lớn,tỉ trọng của bùn thấpàpải tuần hoàn bùn nhiều hơn

-         Khi lắng có thể xảy ra các hiện tượng:

+ thiếu O2,N,P

Bùn tốt có màu vàng nâu,khi thiếu O2,N,P bùn có màu trắng do vk dạng sợi phát triểnàbùn xốp(hiện tượng phồng của bùn)àSVI lớnàthời gian lắng lớn

Bùn có màu đỏ do vk Rhodo pseudomonas(hô hấp tùy tiện) phát triển do thiếu oxi

Bùn có màu đen do vk hoại sinh,hô hấp yếm khí,tùy tiện phát triển mạnh do thiếu oxi nghiêm trọng

Bùn có thể bị rã ra khi môi trường có các kim loại nặng(Hg,Zn,..)

·        Nguyên sinh vật: là chỉ thị đánh giá chất lượng bông bùn(có NSV chứng tỏ có đủ O2)

Làm tăng tỉ trọng bùnàbùn dễ lắng hơn

Ăn các tế bào rời làm nước trong hơn

Câu 14: Các yếu tố ảnh hưởng tới hiệu quả xử lý bằng hệ thống Aeroten.

·         Nồng độ O2 hòa tan (DO):

-         Tối ưu: DO>=4mg/l

-         Nếu DO,2mg/l vk hô hấp tùy tiện phát triển,vi khuẩn dạng sợi,vk Rhodo pseudomonas phát triển

-         Nhu cầu oxi phụ thuộc: bản chất BOD của nước thải và tải trọng BOD,BOD càng lớnànhu cầu O2 càng lớn

+ hệ số oxi hóa củ BOD

Hệ số oxi hóa COD nói chung: 0,68( oxi hóa 1mg COD cần 0,68mg oxi)

Hệ số oxi hóa BOD5(phân tử lượng nhỏ): 1

Hệ số oxi hóa BOD(chuyển hóa chậm)1,42

Hệ số oxi hóa hợp chất hữu cơ chứa N: 4,32

Hệ số oxi hóa sinh khối 6,27

·        Nhiệt độ:

Top = 25-320C

Nhiệt độ thấp,nồng độ oxi hóa hòa tan tăng nhưng tốc độ oxi hóa giảm

·        pH môi trường: tối ưu 6.5-8,5

·        hàm lượng sinh khối(hàm lượng bùn)

phụ thuộc hàm lượng BOD và bản chất BOD của nước thải cần xử lí

Aeroten thông thường: hàm lượng sinh khối 500-1000mg/L

Aeroten cao tải: có thể đến 3000mg/L

·        Tỉ lệ C/N: 20/1 hoặc C/N/P: 100/5/1

·        Tỉ lệ F/M: hàm lượng dinh dưỡng/VSV

Tối ưu <=1, nếu F/M >> 1 sinh khối tăng nhanh,VSV chưa có thời gian tạo bao nhầy,bông bùn không dính vào nhauàkích thước nhỏ,khó lắng.

Câu 15: Nguyên tắc, cơ chế XL hiếu khí NT bằng lọc sinh học. Các dạng lọc sinh học

·        Nguyên lí hoạt động:

-         Sử dụng vsv hô hấp hiếu khí hoặc tùy tiện để oxi hóa các hợp chất hữu cơ dễ chuyển hóa sinh học

-         Vsv tồn tại dưới dạng màng sinh học

-         Độ dày của màng: 50-700micromet,tối ưu 150micromet

·        Cơ chế:

-         1/2 – 1/3 màng ở phía trong hô hấp YK,pần còn lại hô hấp HK

-         Cơ chất được hấp thụ vào màng

-         O2 đi vào màng

-         Các sản phẩm oxi hóa thoát ra khỏi màng và đi vào pha lỏng

-         Thời gian lưu của màng: 10 ngày

·        Các dạng lọc sinh học:

1.     Bể lọc nhỏ giọt(thấp tải) R/H: 1,15-2

-         Tải trọng bể lọc: 0,5-1m3/m3 đêm ngày

-         Hiệu suất oxi hóa : 90%

-         Cấp khí tự nhiên

-         Sử dụng đối với lưu lượng nước thải nhỏ: Q= 20-1000 m3/ngày

-         BOD vào < 300mg/l

-         Nước thải phân bố càng đều càng tốt,tránh những điểm khô(điểm chết)

2.     Tháp lọc sinh học(lọc cao tải) H>>R

-         Chiều cao8-16m

-         Tải trọng 10-30m3/m3 ngày

-         Cấp khí nhân tạo

-         Sử dụng đối với lưu lương nước thải lớn( có thể lên đến 50000m3/ngày)

-         Yêu cầu nước thải có hàm lượng chất rắn SS<50mg/L

-         Tải trọng khối: Kg/m3 đệm ngày

Là đại lượng biểu thị khả năng oxi hóa của 2 đơn vị dung tích đệm trong 1 ngày

TK = (SV-SR)Q/VĐ    (kg/m3.ngày)

SV,SR là BOD đầu vào và đầu ra

Q là lưu lượng nước thải(m3/ngày)

VĐ: dung tích đệm

TK: công suất oxi hóa của hệ thống lọc,cho bít năng lực xử lí chất ô nhiễm của hệ thống

Tk phụ thuộc: + bản chất BOD(BOD dễ chuyển hóa thì TK càng lớn)

                     + khả năng oxi hóa của vsv(tốc độ oxi hóa,độ dày màng)

3.     Đĩa lọc sinh học

-         Bộ đĩa đồng trục: 20-40 đĩa

-         Đường kính đĩa: 2-3m

-         Độ dày đĩa: 10-20mm

-         Khoảng cách giữa các đĩa: 10mm

-         2 bên bề mặt đĩa có màng sinh học bám vào

-         Đĩa quay: ½ thời gian đĩa ngập trong nước,màng sinh học hấp phụ lên đĩa, chất ô nhiễm cũng đc hấp phụ lên màng

-         Phần đĩa phía trên thực hiện quá trình oxi hóa

-         Tốc độ quay phụ thuộc kích thước đĩa: 1,3-1,5 vòng/phút(đĩa kích thước lớn); 2-2,5 vòng/phút(đĩa nhỏ)

Câu 16: Nguyên tắc, cơ chế, tác nhân quá trình XL sinh học yếm khí nước thải.

·        Cơ sở hóa sinh học

Nguyên tắc: sử dụng vsv hô hấp yk hoặc tùy tiện để phân giải các hợp chất hữu cơ (vô cơ) có thể chuyển hóa sinh học

ứng dụng: nước thải có BOD cao (BOD5>3000mg/l)

Cơ chế: 3giai đoạn :thủy phân,lên men axit hữu cơ,lên men khí mêtan

-         Giai đoạn 1: THủy phân

Hợp chất hữu cơ phân tử lớnà(hydrolaza) hợp chất hữu cơ phân tử nhỏ

Lipità(lipaza)glixerin+axit béo

Proteinà(proteara)peptità(peptidaza)axamin

Gluxità(amflaza)đường(mono,disacarit)

-         Giai đoạn 2: lên men axit hữu cơ và chất trung tính

+ các axits hữu cơ:propionic,butylic,axetic,focmic

+ các chất trung tính: etanol,propanol,butanol, xeton

Vsv: clostridium, bacillus,bactrioides(giàu axit amin)

+đặc điểm: pH giảm mạnh,có thể xuống đến 5 do tạo thành nhiều axit hữu cơ

                   Cuối giai đoạn 2, các axit có số C lớn hơn axit axetic sẽ tạo thành axit axetic(axit hữu cơ phân tử khối lớnàaxit axetic)

-         Giai đoạn 3: lên men tạo CH4:

Đây là giai đoạn quan trọng nhất ,quyết định hiệu quả xử lí của cả quá trình

+ do decacboxyl hóa: chủ yếu là từ axit axetic

CH3COOHà CH4+ CO2( 70% CH4 tạo thành từ axit axetic)

+ khử CO2 do H2 nhờ NADH2, NADH,FADH2

CO2 + 8Hà CH4 + 2H2O

Ngoài ra: 4CH3CH2COOH + 2H2Oà 7CH4 + 5CO2

2CH3CH2CH2COOH + 2H2Oà5CH4 + 3CO2

2C2H5OH à 3CH4+CO2

CH3COCH3 + H2Oà2CH4 + CO2

+ VSV: vk ưa ấm : Top=35-370C

Methanococcus,methanosarcina,methanobacterium

          Vk ưa nóng: Top= 55-60 0C

Methanobacillus, methannothrix,methanospirilium

Câu 17.Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình XL yếm khí.

·        ảnh hưởng của nhiệt độ

-         vi khuẩn ưa ấm: 35-37 0C

nhiệt độ không cao,CO2 còn khuếch tán trong môi trường sẽ được khử thành CH4. Hiệu quả thu hồi CH4 cao( 30% CH4 được tạo thành nhờ khử CO2)

-         vk ưa nóng: 55-60 0C

đối lưu lớn CO2 thoát ra khỏi môi trường,lượng CO2 được khử thành Ch4 giảm. Sử dụng để sử lí không thu biogas(tốc độ xử lí nhanh)

·        pH

-         gđ 2: lên men axit hữu cơ, pHop=4-4,5

-         gđ 3: lên men tạo khí CH4, vk metan pHop= 6,5-7,5( axit nhẹ, trung tính)

nếu pH giảm mạnh thì vk metan k hoạt độngàhiệu quả thu khí giảm

-         có sự phân vùng pH trong thiết bị

-         sử dụng hệ 2 thiết bị: thiết bị 1 thực hiện quá trình thủy phân và lên men axit,thiết bị 2 thực hiện quá trình metan hóa

·        tỉ lệ C/N: 30/1

trong xử lú yếm khí,sinh khối tạo thành rất ít,nên nhu cầu N k lớn,nếu N<30/1,N k được sử dụng hết,NH3 gây độc đối với VSV

·        thời gian lưu

-         3-50 ngày

-         Phần lớn các loại đường có thời gian lưu: 3-10 ngày

-         Các hợp chất hữu cơ phân tử lượng lớn,khó phân giải,thời gian lưu: 30 ngày

-         Hợp chất lignoxenlulo thơi gian lưu 50 ngày

·        Độ yếm khí

Các vk lên men tạo metan rất nhạy cảm với O2 vì vậy thiết bị pải kín

Câu 19: So sánh ưu nhược điểm của xử lí sinh học hiếu khí aeroten và yếm khí bằng UASB

Phương pháp Aeroten:

Ưu điểm: Hiệu suất xử lý BOD cao 90%

-Khởi động nhanh, thời gian lưu ngắn

-Vận hành đơn giản

NHược điểm:

-Tạo nhiều bùn, tốn chi phí xử lí bùn

100g BOD  2 —> 5g sinh khối

-Tốn năng lượng cấp khí

-Cần cấp dinh dưỡng khi lưu bùn ( trong vận hành gián đoạn)

Phương pháp yếm khí bằng UASB

*Ưu điểm:-Sử dụng cho hệ thống nhỏ, thời gian sử dụng dài hơn

-Chịu được tải trọng cao, CODđầu vào lớn, hiệu suất 85-90%

-Bùn yếm khí có thể bảo quản trong thời gian dài mà không cần cấp dinh dưỡng

-Tiêu thụ ít Q ( chỉ cần Q cấp cho bơm nước thải)

-Tạo biogas, tận dụng làm nguồn nhiên liệu

-Tạo ít bùn, giảm chi phí xử lý bùn thải

--Yêu cầu về dinh dưỡng (N,P) thấp hơn so với xử lí hiếu khí, do hệ số tạo sinh khối thấp

*Nhược điêm:- Mất thời gian dài khởi động (6-12) tuần

      -Thời gian lưu nước thải lớn( tính bằng ngày)

      -Tạo ra nước thải chứa H2­s, NH3 gây mùi hôi

      -Vận hành phức tạp hơn

      -Thông thường dòng chảy ra chưa đạt tiêu chuẩn nên phải xử lý tiếp hiếu khí

Câu 18:Các thông số trong XL sinh học  NT( giải thích công thức, ý nghĩa): SVI, Tk, Tr

*chỉ số SVI

SVI = VL * 1000/x (đvị :ml/g) trong đó Vl : dung tích lắng của bùn

X: hàm lượng sinh khối (mg/l)

-         Sử dụng để đánh giá chất lượng của bùn

*Tk = (Sv-Sr)*Q/Va  kgm3/ ngày

Trong đó:

Sv, Sr: BOD đầu ra, vào

Q: lưu lượng nước thải

Va: dung tích đệm

Ý nghĩa: Tk: còn được gọi là công suất oxh của hệ thống lọc, cho biết năng lượng nước xử lí chất ô nhiễm của hệ thống

Tk phụ thuộc vào bản chất BOD và khả năng oxh của VSV

*Tr: là đại lượng biểu thị khả năng oxh BOD hoặc COD của 1 đơn vị sinh khối trong 1 ngày

Quá trình liên tục: Tr = (S0-Sr)*Df*24/(X*Va)(kgBOD chuyển hóa/ Kg sinh khối.ngày)

Quá trình gián đoạn Tr =(S0-Sr)*Q/(X*Va)(KgBOD chuyển hóa/ kg SK. Ngày)

S0,sr: hàm lượng BOD vào và ra (g/cm3)

X: hàm lượng sinh khối trong bể Aeroten (m3)

Va: dung tích hđộng của bể aeroten( m3)

D: Vận tốc dòng vào (m3/ h)

Q: Lưu lượng nước thải (m3/ngày)

Tr: thể hiện năng lực xử lí của aeroten