Chuyên Đề Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học

MỤC LỤC ( Giáo trình xử lý nước thải dài 327 trang có File WORD)

CHƯƠNG I: CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ NƯỚC VÀ NƯỚC THẢI . . 7
1.1 TỔNG QUAN VỀ NƯỚC VÀ NƯỚC THẢI . 7
1.2 THÀNH PHẦN LÝ HÓA HỌC CỦA NƯỚC THẢI 9
1.2.1 Tính chất vật lý . 10
1.2.2 Tính chất hóa học 10
1.3 NGUỒN GỐC PHÁT SINH CÁC LOẠI NƯỚC THẢI ĐẶC TRƯNG 12
1.4 CÁC THÔNG SỐ đÁNH GIÁ Ô NHIỄM VÀ YÊU CẦU CẦN THIẾT
PHẢI XỬ LÝ NƯỚC THẢI 19
1.4.1. Các thông số đánh giá ô nhiễm . 19
1.4.2 Yêu cầu cần thiết phải xử lý nước thải . 25

CHƯƠNG II: TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH SINH HỌC TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI 26
2.1 PHÂN LOẠI CÁC QUÁ TRÌNH SINH HỌC 26
2.1.1 Biến đổi sinh hóa . 27
2.1.2 Môi trường sinh hóa 28
2.1.3 Trình tự phản ứng của quá trình . 29
2.2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QUÁ TRÌNH 29
2.3 CÂN BẰNG HÓA HỌC VÀ đỘNG HỌC CỦA QUÁ TRÌNH SINH HỌC 32
2.3.1 động học phản ứng lên men quá trình xử lý nước thải 32
2.3.2. động học chuyển hóa cơ chất hữu cơ trong quá trình xử lý theo sinh khối
bùn và thời gian. 34

CHƯƠNG III: VI SINH VẬT TRONG HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI 35
3.1 KHÁI NIỆM 35
3.2 SINH THÁI, SINH LÝ, PHÂN LOẠI VI SINH VẬT 35
3.2.1 Sinh thái, sinh lý vi sinh vật 35
3.2.2 Phân loại vi sinh vật 39
3.2.2.1 Vi khuẩn . 46
3.2.2.2 Eukarya (Sinh vật nhân thực) . 50
3.2.2.3 Archaea (cổ khuẩn) 55
3.3 SỰ TĂNG TRƯỞNG CỦA TẾ BÀO VI SINH VẬT . 56
3.3.1 Nuôi cấy tĩnh/ nuôi cấy theo mẻ. 56
3.3.2 Nuôi cấy liên tục/ dòng liên tục. . 58
3.4 đỘNG HỌC CỦA QUÁ TRÌNH TĂNG TRƯỞNG 59
3.4.1 Các đặc trưng động học của quá trình sinh trưởng . 59
3.4.2 Các giai đoạn phát triển của vi sinh vật trong quá trình sinh trưởng . 60



3.4.2.1. Giai đoạn chậm phát triển (giai đoạn cảm ứng): 61
3.4.2.2. Giai đoạn phát triển theo hàm số mũ của vi sinh vật: . 61
3.4.2.3. Giai đoạn phát triển tuyến tính: . 62
3.4.2.4. Giai đoạn ổn định: . 62
3.4.3 Sự phụ thuộc tốc độ phát triển của vi sinh vật vào nồng độ cơ chất: 63
3.4.3.1 Phương trình Mono: . 63
3.4.3.2 Xác định KS và các thông số động học theo phương pháp Lineweaver
Burk: 64
3.4.4 động học quá trình chết của vi sinh vật: 65
3.5 CHỈ THỊ VI SINH VẬT TRONG CÁC CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI 66
3.5.1 Vi sinh vật lên men kỵ khí . 66
3.5.2 Vi sinh vật lên men hiếu khí 67
3.5.2.1 Tác nhân sinh trưởng lơ lửng: . 67
3.5.2.2 Tác nhân sinh trưởng bám dính: . 69
3.5.3 Vi sinh vật trong các hồ ổn định 73
3.6 ỨNG DỤNG 74
3.6.1 Thực phẩm 74
3.6.2 Nông nghiệp 75
3.6.3 Khai thác nguyên liệu 75
3.6.4 Bảo vệ môi trường . 75

CHƯƠNG IV: ĐỘNG HỌC CỦA QUÁ TRÌNH SINH HỌC 77
4.1 MÔ HÌNH đỘNG HỌC HÌNH THỨC 77
4.1.1Phản ứng bậc 1 . 77
4.1.2Phản ứng bậc 2 . 78
4.1.3Phản ứng bậc bất kỳ . 78
4.2MÔ HÌNH DỰA TRÊN CƠ CHẾ LÊN MEN XÚC TÁC . 80
4.2.1 Phương trình động học – phương trình Michaelis-Menten: . 80
4.2.2 Xác định các thông số động học 82
4.3 MÔ HÌNH DỰA TRÊN CƠ CHẾ LÊN MEN SINH KHỐI 86
4.3.1 Mô hình dựa trên cơ chế lên men sinh khối . 86
4.3.2 Phương pháp xác định các thông số của mô hình . 88
4.3.2.1 Phương pháp vi phân . 88
4.3.2.2 Phương pháp tích phân . 89
4.4 PHƯƠNG TRÌNH MICHAELIS-MENTEN TRONG DẠNG TÍCH PHÂN: . 93

CHƯƠNG V: CÔNG NGHỆ SINH HỌC KỴ KHÍ 96
5.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT . 96
5.2 CÁC CÔNG TRÌNH SINH HỌC KỴ KHÍ 97

5.2.1 Các dạng bể xử lý kỵ khí . 97
5.2.2 Sinh học kỵ khí hai giai đoạn: . 98
5.2.3 Bể kỵ khí kiểu đệm bùn dòng chảy ngược - UASB (Upflow Anaerobic
Sludge Blanket reactor) 99
5.2.4 Bể phản ứng khuấy liên tục - CSTR (Continuously stirred tank reactor) 102
5.2.5 Bể phản ứng dòng chảy đều - PFR (plug flow reactor) 104
5.2.6 Lọc kỵ khí bám dính cố định - AFR (anaerobic filter reactor) 104
5.2.7 Bể phản ứng kỵ khí có đệm giãn - FBR, EBR (fluidized and expanded bed reactor) 105
5.3 MÔ TẢ QUÁ TRÌNH 106
5.4 YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG 108
5.5 THÔNG SỐ THIẾT KẾ . 109
5.6 THÔNG SỐ VẬN HÀNH 111
5.7 ỨNG DỤNG đẶC TRƯNG 115

CHƯƠNG VI: CÔNG NGHỆ SINH HỌC HIẾU KHÍ 116
6.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT . 116
6.2 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG . 117
6.3 CÁC DẠNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC HIẾU KHÍ 119
6.3.1 Bùn hoạt tính . 119
6.3.1.1 Khuấy trộn hoàn toàn . 127
6.3.1.2 Dòng chảy nút (Bể bùn hoạt tính cấp khí giảm dần) . 128
6.3.1.3 Thổi khí nhiều bậc (Bể bùn hoạt tính nạp nước thải theo bậc) 129
6.3.1.4 Mương oxy hóa: . 130
6.3.1.5 Thiết bị khí nâng (Airlift reactor) . 133
6.3.1.6 Tăng trưởng hiếu khí của sinh khối trong các tháp kín A – B (Aerobic
growth of biomass in packed towers) . 137
6.3.1.7 Bể hiếu khí gián đoạn - SBR (Sequencing Batch Reactor) 138
6.3.1.8 Unitank 140
6.3.2 Lọc sinh học 142
6.3.2.1 RBC (Roltating Biological Contactor - đĩa quay sinh học): . 145
6.3.2.2 Lọc nhỏ giọt: 146
6.3.2.3 Lọc sinh học ngập nước (đệm cố định, đệm giãn nở) 148
6.4 THÔNG SỐ TÍNH TOÁN 149
6.4.1 Tính toán bể Aerotank . 149
6.4.1.1 Aerotank năng suất cao với sự khoáng hóa bùn hoạt tính tách biệt 149
6.4.1.2 Tối ưu hóa công nghệ bể aerotank năng suất cao 156
6.4.1.3 Kết cấu aerotank năng suất cao 158

6.4.1.4 Aerotank sục khí kéo dài 161
6.4.1.5 Ví dụ tính toán công nghệ hệ thống xử lý 163
6.4.2 Các thông số thiết kế cụ thể . 169
6.4.2.1 Quá trình phân hủy hiếu khí . 169
6.4.2.2 Các thông số thiết kế cho bể Aerotank: . 170
6.4.2.3 Các thông số thiết kế mương oxy hóa . 171
6.4.2.4 Thiết kế bể lọc sinh học nhỏ giọt 171
6.4.2.5 Thông số thiết kế bể lọc sinh học ngập nước . 172
6.5 THÔNG SỐ VẬN HÀNH 174
6.5.1 Vận hành hệ thống xử lý hiếu khí 174
6.5.1.1 Các thông số kiểm tra trong quá trình vận hành 175
6.5.1.2 Kiểm soát quá trình xử lý 176
6.5.1.3 Quan sát vận hành 177
6.5.1.4 Ngừng hoạt động 177
6.5.1.5 Giải quyết sự cố 177
6.5.1.6 Những sự cố thường gặp 178
6.5.2 Vận hành hệ thống lọc sinh học nhỏ giọt . 179
6.5.2.1 Theo dõi vận hành 179
6.5.2.2 Kiểm soát các quá trình thử mẫu và kiểm tra 180
6.5.2.3 Các vấn đề thường gặp trong quá trình vận hành và cách khắc phục . 180
6.5.3. Vận hành hệ thống bùn hoạt tính: . 183
6.5.3.1 Các thông số vận hành hệ thống: 185
6.5.3.2 Kiểm soát vận hành hệ thống; 186
6.5.3.3 Các vấn đề có thể xảy ra khi vận hành và cách khắc phục: . 186
6.6 ỨNG DỤNG 195

CHƯƠNG VII: HỒ SINH HỌC 196
7.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT . 196
7.2 CÁC DẠNG HỒ SINH HỌC . 196
7.2.1 Hồ tự nhiên, hồ nhân tạo: 197
7.2.1.1 Hồ tự nhiên 197
7.2.1.2 Hồ nhân tạo 197
7.2.2 Hồ kỵ khí: . 198
7.2.3 Hồ tùy tiện: . 199
7.2.4 Hồ hiếu khí: 202
7.2.5 Hồ sinh học với sự tham gia của thực vật nước: 203
7.3 VI SINH VẬT HIỆN DIỆN . 204
7.3.1 Vi khuẩn hiếu khí: . 205

7.3.2 Vi khuẩn kỵ khí: 206
7.3.3 Các vi sinh vật quang hợp: 206
7.3.4 động vật nguyên sinh và động vật không xương sống: 207
7.3.5 Hồ thực vật: 207
7.4 THÔNG SỐ THIẾT KẾ . 207
7.4.1 Thiết kế hồ kỵ khí . 208
7.4.2 Thiết kế hồ tùy tiện . 209
7.4.3 Thiết kế hồ hiếu khí . 213
7.4.4 Thiết kế hồ thực vật nước: . 214
7.5 THÔNG SỐ VẬN HÀNH 215
7.6 ỨNG DỤNG đẶC TRƯNG 216
CHƯƠNG VIII: CÔNG NGHỆ SINH HỌC LAI HỢP . 217
8.1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 217
8.2 CÁC DẠNG HỆ THỐNG SINH HỌC LAI HỢP . 218
8.2.1 Công nghệ kỵ khí hai giai đoạn (acid hóa + lọc kỵ khí) . 218
8.2.2 UASB + lọc kỵ khí 218
8.2.4 Hệ thống hybrid kị khí tăng trưởng lơ lửng. . 221
8.2.5 Bùn hoạt tính + lọc màng 224
8.2.6 Bùn hoạt tính + lọc sinh học 226
8.3 ĐỘNG HỌC CỦA QUÁ TRÌNH . 228
8.4 THÔNG SỐ TÍNH TOÁN 228
8.5 CÁC ỨNG DỤNG đẶC TRƯNG . 229
CHƯƠNG IX: XỬ LÝ CÁC CHẤT DINH DƯỠNG (N,P) BẰNG CÔNG
NGHỆ SINH HỌC . 230
9.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QUÁ TRÌNH 230
9.2 đỘNG HỌC CỦA QUÁ TRÌNH . 236
9.2.1 động học quá trình Nitrat hóa sinh học . 236
9.2.2 động học quá trình khử Nitrat sinh học . 239
9.3 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG . 244
9.4 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ 246
9.4.1 Nitrat hóa và khử nitrat kết hợp . 246
9.4.2 Nitrat hóa và khử nitrat riêng biệt 254
9.4.3 Khử P 254
9.5 ỨNG DỤNG đẶC TRƯNG 255
CHƯƠNG X: ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC CHO XỬ LÝ CÁC
LOẠI NƯỚC THẢI . 257
10.1 BẢN CHẤT CỦA QUÁ TRÌNH XỬ LÝ . 257



10.2 CƠ SỞ LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ . 257
10.3 CƠ SỞ THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ 260
10.4 YÊU CẦU THIẾT KẾ 260
10.5 CÔNG NGHỆ XỬ LÝ SƠ BỘ NƯỚC THẢI SINH HOẠT (CHO KHU
DÂN CƯ) 262
10.6 XỬ LÝ NƯỚC THẢI CÓ TÍNH CHẤT NGUY HẠI . 263
10.6.1 Xử lý nước thải dệt nhuộm 263
10.6.2 Xử lý nước thải thuộc da . 266
10.6.3 Xử lý nước thải chế biến mủ cao su . 269
10.6.4 Xử lý nước thải sản xuất thuốc trừ sâu . 271
10.6.5 Xử lý nước thải chế biến hạt điều 273
10.7 CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI KHU CÔNG NGHIỆP 276
10.7.1 Khu công nghiệp Biên Hòa 2 . 276
10.7.2 Khu công nghiệp Việt Nam - Singapore 281
10.7.3 Khu chế xuất Linh Trung 1 284
10.7.4 Khu chế xuất Tân Thuận . 288
10.7.5 Khu công nghiệp Tân Tạo . 291
10.7.6 Khu công nghiệp Long Thành (đồng Nai) . 295
10.7.7 Khu công nghiệp Mỹ Phước (Bình Dương) . 301
10.7.8 Khu chế xuất và công nghiệp Linh Trung III . 303
10.8 XỬ LÝ NƯỚC THẢI CÁC NGÀNH CÔNG NGHIỆP đẶC TRƯNG 307
10.8.1 Xử lý nước thải chăn nuôi heo . 307
10.8.2 Xử lý nước thải tinh bột mì . 309
10.8.3 Xử lý nước rỉ rác . 313
10.8.4 Xử lý nước thải sản xuất DOP . 319
10.8.5 Xử lý nước thải làng nghề sản xuất bún . 322
10.8.6 Xử lý nước thải sản xuất bia nhà máy bia Việt Nam 324



CHƯƠNG I: CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ NƯỚC VÀ NƯỚC THẢI

1.1 TỔNG QUAN VỀ NƯỚC VÀ NƯỚC THẢI

Nước là nguồn tài nguyên vô cùng quan trọng cho tất cả các sinh vật trên trái đất. Nếu không có nước thì chắc chắn không có sự sống xuất hiện, thiếu nước thì cả nền văn minh hiện nay cũng không tồn tại được. Từ xưa, con người đã biết đến vai trò quan trọng của nước; các nhà khoa học cổ đại đã coi nước là thành phần cơ bản của vật chất và trong quá trình phát triển của xã hội loài người thì các nền văn minh lớn của nhân loại đều xuất hiện và phát triển trên lưu vực của các con sông lớn như: nền văn minh Lưỡng Hà ở Tây Á nằm ở lưu vực hai con sông lớn là Tigre và Euphrate (thuộc Irak hiện nay); nền văn minh Ai Cập ở hạ lưu sông Nil; nền văn minh sông Hằng ở Ấn Độ; nền văn minh Hoàng Hà ở Trung Quốc; nền văn minh sông Hồng ở Việt Nam .
Nước đóng vai trò quan trọng trong nhiều quá trình diễn ra trong tự nhiên và trong cuộc sống của con người. Từ 3.000 năm trước Công Nguyên, người Ai Cập đã biết dùng hệ thống tưới nước để trồng trọt và ngày nay con người đã khám phá thêm nhiều khả năng của nước đảm bảo cho sự phát triển của xã hội trong tương lai: nước là nguồn cung cấp thực phẩm và nguyên liệu công nghiệp dồi dào, nước rất quan trọng trong nông nghiệp, công nghiệp, trong sinh hoạt, thể thao, giải trí và cho rất nhiều hoạt động khác của con người. Ngoài ra nước còn được coi là một khoáng sản đặc biệt vì nó tàng trữ một nguồn năng lượng lớn và lại hòa tan nhiều vật chất có thể khai thác phục vụ cho nhu cầu nhiều mặt của con người. Trong công nghiệp, người ta sử dụng nước làm nguyên liệu và nguồn năng lượng, làm dung môi, làm chất tải nhiệt và dùng để vận chuyển nguyên vật liệu .
Nước bao phủ 71% diện tích của quả đất trong đó có 97% là nước mặn, còn lại là nước ngọt. Nước giữ cho khí hậu tương đối ổn định và pha loãng các yếu tố gây ô nhiễm môi trường, nó còn là thành phần cấu tạo chính yếu trong cơ thể sinh vật, chiếm từ 50%-97% trọng lượng của cơ thể, chẳng hạn như ở người nước chiếm 70% trọng lượng cơ thể và ở Sứa biển nước chiếm tới 97%. Trong 3% lượng nước ngọt có trên quả đất thì có khoảng hơn 3/4 lượng nước mà con người không sử dụng được vì nó nằm quá sâu trong lòng đất, bị đóng băng, ở dạng hơi trong khí quyển và ở dạng tuyết trên lục điạ . chỉ có 0, 5% nước ngọt hiện diện trong sông, suối, ao, hồ mà con người đã và đang sử dụng. Tuy nhiên, nếu ta trừ phần nước bị ô nhiễm ra thì chỉ có khoảng 0,003% là nước ngọt sạch mà con người có thể sử dụng được và nếu tính ra trung bình mỗi người được cung cấp 879.000 lít nước ngọt để sử dụng.