Giáo trình Công nghệ môi trường Phần II - ĐHQG HN

Phần II của Giáo trình Công nghệ môi trường trình bày các nội dung về: các quá trình xử lý sinh học, một số quá trình xử lý nước thải, ví dụ xử lý nước thải cụ thể, thu dọn chất thải rắn, phân loại và giảm kích thước chất thải rắn, chế biến chất thải rắn và bãi thãi.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Giáo trình Công nghệ môi trường Phần II - ĐHQG HN Chương 8 CÁC QUÁ TRÌNH XỬ LÍ SINH HỌC8.1. MỘT SỐ VẤN ĐỀ CHUNG CỦA QUÁ TRÌNH XỬ LÍ SINH HỌC 8.1.1. Một số loại vi khuẩn trong hệ thống xử lý nước thải Các nhà máy xử lý nước thải thường dựa trên hoạt động phân hủy cácchất hữu cơ dạng dễ phân hủy sinh học của các nhóm vi sinh vật. Sự phânhuỷ sinh học này được tiến hành dưới điều kiện có oxy. Ví dụ oxy hoá 2 mgcacbon thì phải cần 2,67 mg oxy. Các nguyên tố hydro, lưu huỳnh và nitơtrong các chất hữu cơ - các nguyên tố chính chứa trong nước thải, đòi hỏimột lượng oxy bổ sung cho quá trình oxy hoá chúng. Các chất thải hữu cơ + O 2 → CO 2 + H 2 O +H 2 SO 4 + NH 4 + … + NO 3- (C, H, O, N) Vi khuẩn Dựa trên phương thức phát triển vi khuẩn được chia thành: + Các vi khuẩn dị dưỡng (heterotrophic): Sử dụng các chất hữu cơ làmnguồn năng lượng và nguồn cacbon để thực hiện các phản ứng sinh tổnghợp. Trong loại này có các loại vi khuẩn hiếu khí (aerobic) có thể oxy hoáhoà tan khi phân huỷ chất hữu cơ; vi khuẩn kị khí (anaerobic) có thể oxyhoá các chất hữu cơ mà không cần oxy tự do vì chúng có thể sử đụng oxyliên kết trong nitrat và sunphat. {CH 2 O} + O 2 → CO 2 + H 2 O + E Vi khuẩn hiếu khí {CH 2 O} + NO 3 - → CO 2 + N 2 +E Vi khuẩn kị khí {CH 2 O} + SO 4 2- → CO 2 + H 2 S + E {CH 2 O} → các axit hữu cơ + CO 2 + H 2 O + E CH 4 + CO 2 + E Năng lượng E được dùng để tổng hợp tế bào mới và một phần thoát raở dạng nhiệt năng. + Các vi khuẩn tự dưỡng (aototrophic) có khả năng oxy hoá chất vô cơđể thu năng lượng và sử dụng CO 2 làm nguồn cacbon cho quá trình sinhtổng hợp. Ví dụ: các loại vi khuẩn nitơrat hoá, vi khuẩn lưu huỳnh, vikhuẩn sắt v.v... + Quá trình nitrat hoá (nitrification) nitrosomonas 2NH 4 + + 3O 2 → 2NO 2 - + 4H + + 2H 2 O + E 75 nitrobacter 2NO 2 + O 2 → 2NO 3 - + E - + Các vi khuẩn sắt: Có khả năng xúc tiến cho phản ứng oxy hoá Fe 2+tan trong nước thành Fe(OH) 3 , [FeO(OH)] kết tủa. vi khuẩn sắt Fe 2 + nước + O 2 → Fe 3+ (OH) 3 ↓ + E hoặc 4Fe 2+ + 4H + + O 2 → 4Fe 3+ + 2H 2 O + Các vi khuẩn lưu huỳnh: Có thể xúc tiến cho phản ứng gây ăn mònthiết bị: H 2 S + O 2 → H+SO 4 + E Vi khuẩn lưu huỳnh 8.1.2. Động học của phát triển vi sinh vật Trong những thiết kế xử lý môi trường bằng phương pháp sinh học cầnthiết phải có sự kiểm soát về môi trường và quần thể sinh vật. Điều kiệnmôi trường ở đây được thể hiện qua các thông số như độ pH, nhiệt độ, chấtdinh dưỡng, hàm lượng oxi hoà tan, các chất vi lượng... Những thông sốmôi trường này được kiểm soát để giữ mức độ thích hợp đối với đời sốngvà sự phát triển của vi sinh vật. Sinh trưởng phát triển vi sinh vật thường được mô tả như một phảnứng bậc một: trong đó: X là nồng độ chất rắn hữu cơ, khối lượng / đơn vị thể tích t là thời gian Khi cơ chất trở thành yếu tố hạn định thì tốc độ sinh trưởng có thểđược mô tả bởi phương trình sau: trong đó: S là nồng độ cơ chất µ m là tốc độ phát triển riêng cực đại K s là hằng số bão hòa hay hệ số bán vận tốc. Với mức độ làm sạch nhất định các yếu tố chịu ảnh hưởng tới tốc độphản ứng sinh hoá là chế độ thuỷ động, hàm lượng oxy trong nước thải,nhiệt độ, pH, các nguyên tố dinh dưỡng cũng như các kim loại nặng và cácmuối khoáng.76 Tỷ lệ BOD 5 : N: P trong nước thải để xử lý sinh học cần có giá trịkhoảng 100:5:1. Trong quá trình xử lý chất thải bằng phương pháp sinh học, ảnh hưởngcủa nhiệt độ tới tốc độ phản ứng giữ một vai trò rất quan trọng. Nhiệt độkhông những ảnh hưởng tới các hoạt động chuyển hoá của vi sinh vật màcòn gây ảnh hưởng tới chính bản thân cơ thể của chúng như tính chất lắngđọng của các chất sinh học. 8.1.3. Quá trình oxy hoá sinh học Oxy hoá sinh học là quá trình chuyển hoá các nguyên tố từ dạng hữucơ sang các dạng vô cơ có trạng thái oxy hoá cao nhất dưới tác dụng của vikhuẩn. Vì vậy, quá trình này còn được gọi là sự khoáng hoá. vi khuẩn Cacbon hữu cơ + O 2 → CO2 vi khuẩn Hydro hữu cơ O 2 → H 2 O vi khuẩn Nitơ hữu cơ + O 2 → NO 3 - vi khuẩn Lưu huỳnh hữu cơ + O 2 → SO 4 2- vi khuẩn Photpho hữu cơ + O 2 → PO 4 3- Vi khuẩn oxy hóa các chất thải nhằm tự cung cấp đủ năng lượng để cóthể tổng hợ ...