Giáo trình -Vi hóa sinh kỹ thuật môi trường -Chương 2

Với việc phân tích và kiểm soát môi trường thích hợp, hầu hết các loại nước thải đều có thể được xử lý bằng phương pháp sinh học. Mục đích của xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học là keo tụ và tách các loại keo không lắng và ổn định (phân hủy) các chất hữu cơ nhờ hoạt động của vi sinh vật hiếu khí hoặc kỵ khí. Sản phẩm cuối cùng của quá trình phân hủy sinh học thường là các chất khí (CO2, N2, CH4, H2S), các chất vô cơ ( NH4+, PO43-) và tế...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Giáo trình -Vi hóa sinh kỹ thuật môi trường -Chương 2 Giáo trình -Vi hóa sinh kỹ thuật môi trường -Chương 2 TLGD VI HÓA SINH KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG CHƯƠNG 2 VI SINH VẬT TRONG NƯỚC THẢI 1. LÝ THUYẾT XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC Với việc phân tích và kiểm soát môi trường thích hợp, hầu hết các loại nước thải đều có thể được xử lý bằng phương pháp sinh học. Mục đích của xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học là keo tụ và tách các loại keo không lắng và ổn định (phân hủy) các chất hữu cơ nhờ hoạt động của vi sinh vật hiếu khí hoặc kỵ khí. Sản phẩm cuối cùng của quá trình phân hủy sinh học thường là các chất khí (CO2, N2, CH4, H2S), các chất vô cơ ( NH4+, PO43-) và tế bào mới. Các quá trình sinh học chính sử dụng trong xử lý nước thải gồm 5 nhóm chính: quá trình hiếu khí, quá trình thiếu khí, quá trình kỵ khí, thiếu khí và kỵ khí kết hợp và quá trình hồ sinh vật. Mỗi quá trình riêng biệt còn có thể phân chia thành chi tiết hơn, phụ thuộc vào việc xử lý được thực hiện trong hệ thống tăng trưởng lơ lửng (suspended - growth system), hệ thống tăng trưởng dính bám (attached – growth system), hoặc hệ thống kết hợp. Phương pháp sinh học có ưu điểm là rẻ tiền và có khả năng tận dụng các sản phẩm phụ làm phân bón (bùn hoạt tính) hoặc tái sinh năng lượng (khí methane). Vi sinh vật học cơ sở là phương tiện cho kĩ sư môi trường, để họ thiết kế, xây dựng và quản lí nước thải bằng phương pháp sinh học. Điều quan trọng đối với kĩ sư môi trường là phải hiểu rằng tất cả các hệ sinh vật đều dựa trên nguyên tắc chung. Nhưng sự khác nhau giữa chúng là môi trường và thành phần môi trường. Những vi sinh vật có thể liên tục chuyển hóa các chất hữu cơ trong nước thải bằng cách duy nhất là tổng hợp thành tế bào (nguyên sinh chất) mới. Chúng có thể hấp thụ một lượng lớn các chất hữu cơ qua bề mặt tế bào của chúng. Nhưng sau khi hấp thụ, nếu các chất hữu cơ không được đồng hóa thành tế bào chất thì tốc độ hấp thụ sẽ giảm tới 0. Một lượng nhất định các chất hữu cơ hấp thụ được giành cho việc kiến tạo tế bào. Một lượng khác các chất hữu cơ lại được oxy hóa để sinh năng lượng cần thiết cho việc tổng hợp. Mối quan hệ giữa việc chuyển hóa chất hữu cơ và tổng hợp tế bào cùng với việc tiêu thụ oxy (tạo năng lượng) theo Mackiney Ross E được biểu thị như sau: F = K1S+K2Os (2-1) Với F: lượng chất hữu cơ được chuyển hóa, mg/l theo BOD toàn phần S: lượng sinh khối tổng hợp được, mg/l chất hữu cơ volantin (chất khô không tro) Os: tiêu thụ oxy cho tổng hợp, mg/l oxy hòa tan tự do K1: 1,43 K2: 1,0 Hai hằng số được dùng để chuyển đơn vị đo lường thành mg/l oxy. Phương trình (2-1) có thể áp dụng cho hệ hiếu khí, còn hệ yếm khí thì khác. Ở hệ yếm khí thì không Biên soạn: Ths Nguyễn Trần Thiện Khánh 6 TLGD VI HÓA SINH KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG có oxy tự do, chỉ có oxy hóa gián tiếp. Đó cũng là oxy hóa nhưng đó là oxy hóa yếm khí, bằng cách sử dụng chất hữu cơ có liên quan với lượng oxy hóa. 1.1. Xử lý hiếu khí Những hệ hiếu khí để xử lý nước thải bao gồm: bùn hoạt tính (aeroten), lọc sinh vật, hồ sinh vật hay hồ oxy hóa, cánh đồng tưới. Phương trình cơ bản được biểu thị trực tiếp theo oxy hòa tan, chừng nào hệ được duy trì trong điều kiện hiếu khí. Vì yêu cầu một năng lượng nhất định để tạo ra một lượng sinh khối nhất định, nên ta có thể biểu thị mối quan hệ giữa tổng hợp và năng lượng bằng phương trình: Os = 0,7S (2-2) Thay giá trị này vào phương trình (2-1) ta được phương trình biểu thị mối quan hệ giữa lượng chất hữu cơ đã bị khử và lượng chất được tổng hợp: F = 2,13S (2-3) Vấn đề còn lại là xác định chính xác lượng sinh khối được tổng hợp. Đây không phải là do trực tiếp lượng tăng sinh khối mà tổng lượng tăng sinh khối hoạt tính cộng với lượng sinh khối hoạt tính bị giảm do trao đổi nội bào. S = ∆Ma + K3Mat (2-4) Với Ma: sinh khối hoạt tính của vi sinh vật, mg/l chất khô volatin (chất khô không tro) t: thời, h K3: 0,006 Thay vào (2-3) ta có: F = 2,13 ∆Ma + 0,012Mat (2-5) Đây là phương trình cơ bản được dùng để thiết kế các hệ xử lý nước thải trong điều kiện hiếu khí. Cần nhớ rằng đây không phải là phương trình duy nhất được sử dụng trực tiếp, mà còn phải kết hợp với các phương trình khác để giải bài toán. Quan trọng hơn về phương diện thiết kế là tốc độ phản ứng. Có hai mô hình về tốc độ trong hệ sinh học: Tốc độ tăng và tốc độ giảm. Tốc độ tăng (của phản ứng) diễn ra trong suốt khoảng thời gian của pha sinh trưởng lorarit. Trong khi đó, tốc độ giảm của phản ứng diễn ra ở cả pha sinh trư ...