TRƯỜNG ĐH TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG TP.HCM
KHOA MÔI TRƯỜNG

QUÁ TRÌNH SINH HỌC TRONG CNMT

Chöông III.
QÚA TRÌNH SINH HỌC LƠ LỬNG

TP.HCM, 3/2013


Chöông III. QUAÙ TRÌNH SINH HOÏC LÔ LÖÛNG

Quá trình xử lý sinh học

- Là quá trình xử lý chất thải dựa trên hoạt
động sống của vi sinh vật để đồng hóa các
chất hữu cơ trong chất thải thành các chất
khí và tế bào vi sinh
- Có 2 quá trình chính: sinh học hiếu khí
(aerobic) và sinh học kị khí (anaerobic).
ngoài ra còn có quá trình thiếu khí (anoxic)


Chöông III. QUAÙ TRÌNH SINH HOÏC LÔ LÖÛNG

Quá trình xử lý sinh học: sinh trưởng lơ lửng

Bể lắng 2
Nước vào

Nước ra

Aerotank
Bùn tuần hoàn
Bùn dư


Chöông III. QUAÙ TRÌNH SINH HOÏC LÔ LÖÛNG

Quá trình xử lý sinh học: sinh trưởng lơ lửng

UASB: Upflow Anaerobic Sludge Blanket


Chửụng III. QUA TRèNH SINH HOẽC Lễ LệNG

Khớ

vaứo

EGSB: Expanded Granular Sludge Bed

H = 20m

Doứng hoaứn lửu

Vup = 6-10m/h

Ra



Chöông III. QUAÙ TRÌNH SINH HOÏC LÔ LÖÛNG

Quá trình xử lý sinh học: sinh trưởng bám dính

Khí

Khí

Nước vào

Nước ra

Bùn

Lọc hiếu khí


Chửụng III. QUA TRèNH SINH HOẽC Lễ LệNG

Quỏ trỡnh x lý sinh hc: sinh trng bỏm dớnh

Khớ
Ra

Vaứo

Lc k khớ



Chöông III. QUAÙ TRÌNH SINH HOÏC LÔ LÖÛNG

3.1. Quá trình sinh học hiếu khí

Quá trình hiếu khí
Tăng trưởng lơ lửng

Tăng trường bám dính

Kết hợp quá trình tăng
trưởng lơ lửng và bám
dính

Tên


Chöông III. QUAÙ TRÌNH SINH HOÏC LÔ LÖÛNG

3.1. Quá trình sinh học hiếu khí

Quá trình hiếu khí
Tăng trưởng lơ lửng

Tăng trường bám dính

Tên
- Bùn hoạt tính/ SBR
- Mương ôxi hóa
- Hồ sinh học hiếu khí


- Bể lọc sinh học
- Bể lọc sinh học tiếp xúc
quay
- Bể phản ứng giá thể cố
định
Kết hợp quá trình lơ lửng và - Lọc sinh học/ bùn hoạt
bám dính
tính


Chöông III. QUAÙ TRÌNH SINH HOÏC LÔ LÖÛNG

3.1. Quá trình sinh học hiếu khí
3.1.1 Khái niệm và các yếu tố ảnh hưởng

Phương pháp sinh học hiếu
khí là phương pháp sử dụng
các vi sinh vật hiếu khí để
phân huỷ các chất hữu cơ
Phản ứng ôxi hóa:
CxHyOzN + (x+y/4+z/3+3/4)O2
 xCO2 + [(y-3)/2]H2O + NH3 + ΔH
Phản ứng xây dựng tế bào:
CxHyOzN + NH3 + O2
 C5H7NO2 + CO2 + ΔH


Chöông III. QUAÙ TRÌNH SINH HOÏC LÔ LÖÛNG

3.1. Quá trình sinh học hiếu khí

3.1.1 Khái niệm và các yếu tố ảnh hưởng

Khi không đủ cơ chất, quá
trình phân hủy nội bào xảy ra:
C5H7NO2 + 5O2
 5CO2 + NH3 + 2H2O + ΔH

C5H7NO2 là công thức của tế bào vi
sinh vật


Chöông III. QUAÙ TRÌNH SINH HOÏC LÔ LÖÛNG

3.1. Quá trình sinh học hiếu khí
3.1.1 Khái niệm và các yếu tố ảnh hưởng

Quá trình phân hủy các chất
hữu cơ gồm 3 giai đoạn:
-Di chuyển các chất gây ô nhiễm
từ pha lỏng tới tế bào VSV
-Di chuyển chất từ mặt ngoài tế
bào qua màng tế bào
- Chuyển hóa và tổng hợp các chất
mới với việc sinh và hấp thụ năng
lượng


Chöông III. QUAÙ TRÌNH SINH HOÏC LÔ LÖÛNG

3.1. Quá trình sinh học hiếu khí

CxHyOzN + (x+y/4+z/3+3/4).O2 xCO2 + [(y-3)/2].H2O + NH3 + ΔH
3.1.1 Khái niệm và các yếu tố ảnh hưởng

Tốc độ ôxi hóa sinh hóa phụ
thuộc vào:
- Nồng độ các chất hữu cơ
- Hàm lượng các tạp chất

- Mức độ ổn định và khuấy trộn
của dòng nước thải


Chöông III. QUAÙ TRÌNH SINH HOÏC LÔ LÖÛNG

3.1. Quá trình sinh học hiếu khí
3.1.1 Khái niệm và các yếu tố ảnh hưởng

Nhiệt độ
Kim loại nặng
Oxi
Chất dinh dưỡng
pH

-Tốc độ phản ứng oxy hóa sinh hóa tăng khi
nhiệt độ tăng (2-3 lần)
- Nhiệt độ thường duy trì trong khoảng 20 –
30oC
- Nếu nhiệt độ tăng quá ngưỡng sẽ làm vi
khuẩn bị chết
- Nếu nhiệt độ thấp hơn ngưỡng thì vi khuẩn

phát triển chậm


Chöông III. QUAÙ TRÌNH SINH HOÏC LÔ LÖÛNG

3.1. Quá trình sinh học hiếu khí
3.1.1 Khái niệm và các yếu tố ảnh hưởng

Nhiệt độ
Kim loại nặng
Oxi
Chất dinh dưỡng
pH

Bùn hoạt tính có khả năng hấp thụ các muối
kim loại nặng
Lúc đó, hoạt động sinh hóa bị giảm do sự
phát triển mạnh của vi khuẩn dạng sợi làm
cho bùn hoạt tính bị phồng lên
Độc tính với VSV: Sb (Atimon) > Ag > Cu > Hg
> Co ≥ Ni ≥ Pb > Cr3+ > V ≥ Cd > Zn > Fe


Chöông III. QUAÙ TRÌNH SINH HOÏC LÔ LÖÛNG

3.1. Quá trình sinh học hiếu khí
6.1.1.1 Khái niệm và các yếu tố ảnh hưởng

Nhiệt độ
Kim loại nặng

Oxi
Chất dinh dưỡng
pH

V: Vanadium
Sb: atimon


Chöông III. QUAÙ TRÌNH SINH HOÏC LÔ LÖÛNG

3.1. Quá trình sinh học hiếu khí
CxHyOzN + (x+y/4+z/3+3/4).O2 xCO2 + [(y-3)/2].H2O + NH3 + ΔH
3.1.1 Khái niệm và các yếu tố ảnh hưởng

Nhiệt độ
Kim loại nặng
Oxi
Chất dinh dưỡng
pH

Để oxi hóa chất hữu cơ, vi sinh vật cần có oxi
và chỉ sử dụng oxi hòa tan
Để cung cấp oxi, tiến hành khuếch tán dòng
không khí thành các bóng nhỏ phân bố đều
trong khối chất lỏng


Chöông III. QUAÙ TRÌNH SINH HOÏC LÔ LÖÛNG

3.1. Quá trình sinh học hiếu khí

CxHyOzN + (x+y/4+z/3+3/4).O2 xCO2 + [(y-3)/2].H2O + NH3 + ΔH
3.1.1 Khái niệm và các yếu tố ảnh hưởng

Nhiệt độ
Kim loại nặng
Oxi
Chất dinh dưỡng
pH

Quá trình di chuyển ôxi từ các bóng khí đến
VSV hạn chế bởi sự khuếch tán của chất lỏng
xung quanh bóng khí
Như vậy để tăng cấp ôxi cho VSV cần tăng
việc cấp khí và giảm đường kính bóng khí


Chöông III. QUAÙ TRÌNH SINH HOÏC LÔ LÖÛNG

3.1. Quá trình sinh học hiếu khí
6.1.1.1 Khái niệm và các yếu tố ảnh hưởng

Nhiệt độ
Kim loại nặng
Oxi
Chất dinh dưỡng
pH

Để có phản ứng sinh hóa, nước thải cần chứa hợp
chất của các nguyên tố dinh dưỡng và vi lượng
Các nguyên tố: N, P, K, S, Ca, Mg, Na, Cl. Fe, Mn, Mo,

Ni, Co, Zn, Cu…
Trong đó N, P, và K là các nguyên tố chủ yếu, cần
phải đảm bảo lượng cần thiết
Nếu thiếu N, cản trở quá trình sinh hóa và tạo bùn
hoạt tính khó lắng
Nếu thiếu P → vi khuẩn dạng sợi phát triển → Bùn nổi
BOD:N:P = 100:5:1 (3 ngày đầu);

BOD:N:P = 200:5:1 (những ngày sau)


Chöông III. QUAÙ TRÌNH SINH HOÏC LÔ LÖÛNG

3.1. Quá trình sinh học hiếu khí
6.1.1.1 Khái niệm và các yếu tố ảnh hưởng

Nhiệt độ
Kim loại nặng

pH cũng ảnh hưởng rất lớn đến quá trình tạo
men trong tế bào và quá trình hấp thụ chất
dinh dưỡng vào tế bào

Oxi
Đa số vi sinh vật, pH tối ưu từ 6.5– 8.5
Chất dinh dưỡng
pH

pH < 6 sẽ tạo điều kiện thích hợp cho nấm tăng
trưởng và gây nên hiện tượng bùn khó lắng.



Chöông III. QUAÙ TRÌNH SINH HOÏC LÔ LÖÛNG

3.1. Quá trình sinh học hiếu khí

3.1.2 Bùn hoạt tính- Nguyên lý hoạt động


Bùn hoạt tính là bùn sinh học tập hợp nhiều loại vi sinh vật hiếu khí
có khả năng phân hủy chất hữu cơ (vi khuẩn, xạ khuẩn, nấm…)



Bông bùn hoạt tính có kích thước từ 50-200μm có thể lắng được

Nấm Candida

Baccilus Cereus
Xạ khuẩn


Chöông III. QUAÙ TRÌNH SINH HOÏC LÔ LÖÛNG

3.1. Quá trình sinh học hiếu khí

3.1.2 Bùn hoạt tính- Nguyên lý hoạt động

Bể lắng 2
Nước vào


Nước ra

Aerotank
Bùn tuần hoàn
Bùn dư


Chöông III. QUAÙ TRÌNH SINH HOÏC LÔ LÖÛNG

3.1. Quá trình sinh học hiếu khí

3.1.2 Bùn hoạt tính- Nguyên lý hoạt động
Quá trình sục khí ở bể aeroten:
 Phải đảm bảo bùn hoạt tính ở trạng thái lơ lửng



Phải đảm bảo cung cấp đủ lượng oxi
Xáo trộn đều bùn và chất hữu cơ

Bể lắng 2
Nước vào
Nước ra

Aerotank
Bùn tuần hoàn
Bùn dư



Chöông III. QUAÙ TRÌNH SINH HOÏC LÔ LÖÛNG

3.1. Quá trình sinh học hiếu khí

3.1.2 Bùn hoạt tính- Nguyên lý hoạt động


Bùn + nước thải sẽ đi qua bể lắng 2, bùn sẽ được giữ lại



Hơn 50% bùn hoạt tính được tuần hoàn trở lại bể aeroten



Bùn dư sẽ đưa đến bể nén bùn để tiếp tục xử lý
Bể lắng 2
Nước vào
Nước ra

Aerotank
Bùn tuần hoàn
Bùn dư


Chöông III. QUAÙ TRÌNH SINH HOÏC LÔ LÖÛNG

3.1. Quá trình sinh học hiếu khí

3.1.2 Bùn hoạt tính- Ứng dụng


Bùn hoạt tính (activated sludge) được sử dụng để xử lý nước thải
sinh hoạt, nước thải có chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học như nước
thải thực phẩm, nước thải thủy sản, nước thải bia, nước giải khát v.v…
Ưu điểm: hiệu suất xử lý cao, dễ vận hành
Khuyết điểm:
- Chi phí nhiều năng lượng
- Sản sinh nhiều bùn