Bài giảng Các quá trình sinh học trong kỹ thuật môi trường - Chương 4: Quá trình sinh trưởng bám dính (Phần 1)

Chia sẻ: Hứa Tung | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:30

Thêm vào BST

Báo xấu

55
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Các quá trình sinh học trong kỹ thuật môi trường - Chương 4: Quá trình sinh trưởng bám dính (Phần 1) có nội dung giới thiệu về quá trình sinh trưởng bám dính, quá trình xử lý sinh trưởng bám dính, quá trình xử lý sinh trưởng bám dính hiếu khí, dòng cơ chất trong màng sinh học,... Mời các bạn cùng tham khảo chi tiết dội dung bài giảng.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Các quá trình sinh học trong kỹ thuật môi trường - Chương 4: Quá trình sinh trưởng bám dính (Phần 1)

BK TPHCM BAØI GIAÛNG CAÙC QUAÙ TRÌNH SINH HOÏC TRONG COÂNG NGHEÄ MOÂI TRÖÔØNG Chöông IV: QUAÙ TRÌNH SINH TRÖÔÛNG BAÙM DÍNH-P1 (Attached-Growth Treatment Processes) (Biofilm reactor) GVHD: TS. Leâ Hoaøng Nghieâm Email: hoangnghiem72@gmail.com hoangnghiem72@yahoo.com
BK TPHCM GIỚI THIỆU QUAÙ TRÌNH SINH TRÖÔÛNG BAÙM DÍNH Quá trình sinh học bám dính (STBD) là quá trình trong đó màng sinh học (biological slimes) hình thành trên các giá thể (media) để đồng hóa (assimilate) và oxy hóa (oxidize) các chất ô nhiễm trong nước thải. 2 TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM
QUA QUAÙÙ TRÌNH SINH TR ÖÔÛNG TRÖÔÛ NG BA BAÙÙM D ÍNH (STBD) DÍNH BK TPHCM Trong quaù trình STBD, VSV baùm dính (maøng sinh hoïc) treân caùc giaù theå trô seõ chuyeån hoùa vaø khöû hôïp chaát höõu cô hoaëc chaát dinh döôõng. Quaù trình STBD coù theå hoïat ñoäng nhö quaù trình hieáu khí hay kò khí. Giaù theå coá ñònh coù theå ñaët ngaäp trong nöôùc hoaëc khoâng ñaët ngaäp. Biofilm được sử dụng trong các công trình lọc sinh học, RBC, hiếu khí tiếp xúc (contact aerator), lọc ngập (SAF), MBBR. 3 TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM
BK TPHCM QUA QUAÙÙ TRÌNH XÖÛ LY XÖÛ LYÙÙ SINH TR ÖÔÛNG TRÖÔÛ NG BA BAÙÙM D ÍNH DÍNH Maøng sinh hoïc goàm coù nhöõng VSV, caën/haït, vaø polymer ngoaïi baøo baùm dính vaø bao phuû beà maët giaù theå (nhöïa, ñaù) . Ñoä daøy maøng sinh hoïc = 100μm ñeán 10mm. Trong thöïc teá lôùp maøng sinh hoïc raát phöùc taïp, caáu truùc khoâng ñoàng ñeàu. Noàng ñoä VSS cuûa maøng sinh hoïc coù theå khoaûng töø 40 – 100 g/L. Khoâng coù söï phaùt trieån ñoàng ñeàu cuûa MSH trong lôùp giaù theå vaät lieäu, bôûi vì chuùng seõ bò bong ra khoûi giaù theå theo ñònh kì. 4 TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM
BK TPHCM QUA QUAÙÙ TRÌNH X ÖÛ LY XÖÛ LYÙÙ SINH TR ÖÔÛNG TRÖÔÛ NG BA BAÙÙM D ÍNH HIE DÍNH HIEÁÁU KH KHÍÍ (AEROBIC ATTACHED -GROWTH TREATMENT PROCESSES) ATTACHED-GROWTH Quaù trình taêng tröôûng hieáu khí baùm dính ñöôïc söû duïng ñeã khöû chaát höõu cô vaø thöïc hieän quaù trình nitrat hoùa. Caùc coâng trình söû duïng quaù trình naøy bao goàm: 9 Loïc sinh hoïc nhoû gioït (trickling filter) 9 Loïc sinh hoïc cao taûi (roughing filter) 9 Beå sinh hoïc tieáp xuùc quay (rotating biological contactor - RBC) 9 Beå nitrat hoùa maøng dính baùm (fix-film nitrification reactor) 9 Beå loïc sinh hoïc ngaäp nöôùc hieáu khí (Submerged aerated biofilter) Caùc coâng trình naøy coù theå chòu ñöôïc taûi troïng shock vaø söï thay ñoåi nhieät ñoä. 5 TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM
BK TPHCM PHAÂN LOA LOAÏÏI BE BEÅÅ SINH HO HOÏÏC STBD HIE HIEÁÁU KH KHÍÍ CÔNG TRÌNH SINH HỌC TĂNG CÔNG TRÌNH SINH HỌC TRƯỞNG BÁM DÍNH TĂNG TRƯỞNG LƠ LỮNG CÔNG TRÌNH LAI HỢP •Lọc sinh học •Bùn hoạt tính •Lọc sinh học bùn hoạt tính. •Bể sinh học tiếp quay (RBC) •SBR •Bể sinh học hiếu khí tiếp xúc •Lọc sinh học hiếu khí vật liệu ngập •MBR (submerged aerated biofilter – SAF) (contact aerator). •Mương oxy hóa (OD) •Bể sinh học tầng giá thể động (moving bed bioreactor - MBBR) 6 TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM
BK TPHCM Caáu taïo maøng vi sinh vaät Nöôùc thaûi Lôùp nöôùc tónh Q, S Lôùp maøng vi sinh vaät chia thaønh hai lôùp: Lôùp z maøng kò khí ôû beân trong vaø lôùp maøng hieáu khí ôû Chaát höõu cô beân ngoaøi. Maøng vi sinh vaät O2 Maøng vi sinh luoân toàn taïi Giaù theå CO2 ñoàng thôøi vi sinh vaät kò khí Saûn phaåm sau cuøng vaø vi sinh vaät hieáu khí Oxy hoaø tan trong nöôùc chæ khueách taùn vaøo gaàn z + dz beà maët maøng Nöôùc thaûi Q, S+(ΔS/∆z)dz 7 TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM
BK TPHCM Caáu taïo maøng vi sinh vaät Nöôùc thaûi Lôùp nöôùc tónh Q, S dS f dS f z − D e As − De As Maøng vi sinh vaät Chaát höõu cô dx dx x O2 x + Δx Sb Giaù theå x + dx Ss x Saûn phaåm sau cuøng CO2 z + dz L 0 x Nöôùc thaûi Q, S+(ΔS/∆z)dz 8 Hình veõ: Moâ hình hoùa lôùp maøng vi sinh vaät TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM
BK TPHCM DO DOØØNG NG CÔ CHA CHAÁÁT TRONG MA MAØØNG NG SINH HO HOÏÏC Dòng cơ chất xuyên qua lớp nước tĨnh là một hàm số của hệ số khuếch tán cơ chất và nồng độ cơ chất: dS ( Sb − Ss ) − Dw = − Dw (4.1) dx L Sử dụng dấu (-) vì nồng độ cơ chất giảm dần dọc theo lớp nước tĩnh và cơ chất được loại bỏ từ khối chất lỏng Dw = hệ số khuếch tán cơ chất trong nước, m2/ngày dS/dx = gradient nồng độ cơ chất, g/m3.m Sb = nồng độ cơ chất trong khối chất lỏng, g/m3 Ss = nồng độ cơ chất trên bề mặt màng sinh học, g/m3 L = Độ dày hiệu quả của màng nhầy, m 9 TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM
BK TPHCM DO DOØØNG NG CÔ CHA CHAÁÁT TRONG MA MAØØNG NG SINH HO HOÏÏC Qúa trình truyền khối trong màng sinh học được mô tả bởi định luật Fick’s cho sự khuếch tán trong dung dịch: ∂S f rbf = − De (4.2) ∂x rbf = Tốc độ dòng cơ chất trong màng sinh học do truyền khối, g/m2.ngày De = Hệ số khuếch tán trong màng sinh học, m2/ngày ∂Sf/∂x = gradient nồng độ cơ chất, g/m3.m Tốc độ sử dụng cơ chất trong màng sinh học ở mọi điểm: kS f X rsu = − (4.3) Ks + S f rsu = Tốc độ sử dụng cơ chất trong màng sinh học, g/m2.ngày 10 S = Nồng độ cơ chất ở 1 điểm trong màng sinh học, g/m3 TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM f
CAÂN BA BK TPHCM BAÈÈNG NG KHO KHOÁÁI LLÖÔÏ ÖÔÏNG NG CÔ CHA CHAÁÁT CHO MA MAØØNG NG SINH HO HOÏÏC Cân bằng khối lượng cơ chất cho vi phân thể tích xung quanh (dx) trong màng sinh học: Tốc độ tích = Tốc độ dòng - Tốc độ dòng + tốc độ sử dụng cơ lũy cơ chất cơ chất vào cơ chất ra chất trong phần vi trong phần phần vi phân khỏi phần vi phân vi phân phân Trong điều kiện ổn định, cân bằng khối lượng là: Tích lũy = vào - ra + phát sinh dS f dS f ⎛ kS f X ⎞ 0 = − De As + De As − ΔxAs ⎜ ⎟ (4.4) dx x dx x + Δx ⎜K +S ⎟ ⎝ s f ⎠ As = Diện tích MSH tiếp xúc với dòng cơ chất, m2 ∆x = Khoảng biến thiên, m 11 TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM
CAÂN BA BK TPHCM BAÈÈNG NG KHO KHOÁÁI LLÖÔÏ ÖÔÏNG NG CÔ CHA CHAÁÁT CHO MA MAØØNG NG SINH HO HOÏÏC Chia 2 vế cho As và dx, và lấy biên từ ∆x đến 0 Î thu được phương trình cho sự thay đổi nồng độ cơ chất trong MSH. d 2S f⎛ kS f X ⎞ De −⎜ ⎟ = 0 (4.5) dx 2 ⎜K +S ⎟ ⎝ s f ⎠ Để giải phương trình trên cần 2 điều kiện biên: 9Dòng cơ chất ở bề mặt màng sinh học bằng với dòng cơ chất xuyên qua lớp màng tĩnh 9Không có dòng ở bề mặt giá thể. dS f = 0 (4.6) dx x =L 12 TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM
BE BEÅÅ LO LOÏÏC SINH HO HOÏÏC (TRICKLING FILTER) BK TPHCM Beå lọc SH nhoû gioït öùng duïng quaù trình STBD, nöôùc thaûi ñöôïc phaân phoái ñeàu khaép dieän tích beà maët cuûa beå chöùa nhöõng giaù theå coá ñònh khoâng ñaët ngaäp. Nhöõng vaät lieäu coá ñònh coù theå baèng ñaù, nhöïa plastic, xæ than ñöôïc thieát keá sao cho chieám khoảng 90 – 95% theå tích cuûa thaùp goàm coù nhöõng khe hôû. 13 TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM
BK TPHCM BỂ LỌC SINH HỌC Primary treatment Secondary treatment disposal Recycled flow screenings grit scum Primary Secondary sedimentation Qr sedimentation tank tank Raw Treated sewage effluent Q, So Fine bar Q, S screens Grit chamber High rate Primary sludge trickling filter Sludge Disinfectant thickening (chlorine) Belt press or Anaerobic sludge lagoon Sludge disposal digestion Sludge treatment 14 TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM
BỂ LỌC SINH HỌC BỂ LỌC SINH HỌC BK TPHCM Vòi phun Vật liệu lọc Lỗ thông hơi sàn thu nước BỂ LẮNG II Vào Ra Tới xử lý bù n Màng nhầy vi sinh vật phủ lên bề mặt vật liệu lọc. Màng nhầy là quần thể vi sinh chủ yếu VK dị dưỡng hiếu khí oxy hóa CHC khi NT đi qua. Vật liệu lọc: Đá, sỏi, nhựa tổng hợp Khi màng VS phát triển dày lớp màng VS bên trong thiếu oxy và chất dinh dưỡng → giảm tốc độ oxy hóa → tế bà o chết, mất khả năng bám dính màng VS tróc ra khỏi VL lắng lại ở bể lắng II Áp dụng: Tương tự BHT Thuận lợi: Tiêu thụ năng lượng thấp, chi phí QL và VH thấp 15 Bất lợi: Đòi hỏi diện tích rộng, có mùi hôi. TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM
Caáu taïo maøng vi sinh vaät BK TPHCM 16 TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM
BK TPHCMBE BEÅÅ LO LOÏÏC SINH HO HOÏÏC 17 TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM
BK TPHCMBE BEÅÅ LO LOÏÏC SINH HO HOÏÏC 18 TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM
GIAÙ THEÅ TRONG BEÅ LOÏC SINH HOÏC BK TPHCM 19 TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM
SOÁÁ Ñ THOÂNG SO AËC TR ÑAË BEÅÅ LO ÖNG BE TRÖNG HOÏÏC LOÏÏC SINH HO BK TPHCM Taûi troïng thuyû löïc hay taûi troïng beà maët (Hydraulic loading rate - HRT): Löu löôïng nöôùc thaûi Q + Qr ⎡ m 3 ⎤ Taûi troïng beà maët = = ⎢ 2 ⎥ (4.18) Dieän tích beå loïc A ⎣ m ngay ⎦ Tæ soá tuaàn hoaøn (Recirculation ratio): Qr R= (4.19) Q Taûi troïng höõu cô (Organic loading rate - OLR): Taûi troïng BOD Q × So ⎡ kgBOD ⎤ Taûi troïng höõu cô = = ⎢ m 3ngay ⎥ (4.20) Theå tích beå loïc V ⎣ ⎦ 20 TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM