Bài giảng Các quá trình sinh học trong kỹ thuật môi trường - Chương 1: Khái niệm cơ bản về xử lý chất thải bằng phương pháp sinh học

BK TPHCM

BAØI GIAÛNG MOÂN HOÏC

CAÙC QUAÙ

TRÌNH SINH HOÏC TRONG

KYÕ THUAÄT MOÂI TRÖÔØNG

XÖÛ

LYÙ

CHÖÔNG 1 CHAÁT KHAÙI NIEÄM CÔ BAÛN VEÀ THAÛI BAÈNG PHÖÔNG PHAÙP SINH HOÏC

Bieân

Daân

soaïn: PGS. Nguyeãn Hoaøng

GVHD: TS. Leâ

Phöôùc Nghieâm

Email: hoangnghiem72@gmail.com hoangnghiem72@yahoo.com

BK TPHCM

•

ToToåå trình

ngng sinh

quanquan hoïc

caùc

quaù

tieâu

trong

coâng

ngheä

moâi

–

caùc

thaønh

phaân

huûy

hoïc

thaønh

caùc

sinh

Muïc tröôøng: ñoåi phaåm

chaáp

phaàn nhaän

–

Bieán saûn Khöû

cuoái chaát

deã ñöôïc nhö

caùc

dinh

N, P

döôõng

–

caùc

keo

haït

vaø

haït

vaøo

keo (biological floc) hay maøng

chaát buøn

raén/haïït hoïc sinh

lô sinh

löõng vaät

–

Baét caùc giöõ vaøo boâng (biofilm) caùc

thaønh

phaàn/chaát

höõu

cô

veát

(trace

Khöû organic/constitutent)

•

lyù

(pollutants) cuûa voâ tan, chaát

trình khoâng

chaát loaïi Boán treân: CHC hoøa voâ chaát tan vaø

tan.

hoøa

•

troø

cuûa

sinh

Vai processes) trong

hoaù sô

xöû caàn tan, CHC khoâng cô trình quaù XLNT theå

hieän

trong

quaù cô (biochemical ñoà

sau: TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM

BK TPHCM

quanquan

ToToåå

ngng

lyù

baäc

Xöû

baäc

lyù

Quaù sinh

trình hoùa

Taùch-Laéng Physical unitä

Xöû 1 Preliminary physical unitä

boä sô Xöû Preliminary physical unitä

lyù cao Advanced treatment

Biochemical process

Neùn buøn Thickening

Xöû lyù boå sung Additional treatment

buøn ñònh Oån Biochemical processä

Neùn-taùch nöôùc Thickening- Dewatering

SOM: Soluble organic matter

IOM: Insoluble organic matter SIM: Soluble inorganic matter IIM: Insoluble inorganic matter Biomass

TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM

BK TPHCM

•

ToToåå trình

quanquan hoùa

treân

quan

quaù sinh

ngng sinh hoùa: (1) chuyeån huûy phaân

loaïi

vaø

ba (oxy hoùa) caùc boû hoïc

–

thöïc

hieän

–

hai

cuûa

hoùa khí. nhoùm vi sinh: Lô

chính, löûng

Phaân ñieåm – Bieán thaønh chaát Moâi trong Hình phuï vaø

dính

döïa hoùa sinh trình sinh khí, thieáu laøm hoïc: chia sinh theå

theå coù döôõng sinh hoùa: quaù kieän khí, hieáu kò sinh beå thaùi hình treân

tröôûng raén

giaù

loaïi sau: ñoåi phaàn dinh tröôøng ñieàu daïng thuoäc baùm

TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM

BK TPHCM

quanquan

ToToåå

(cid:153) Söï khaùc bieät giöõa quaù trình sinh hoïc vaø hoùa hoïc

ngng

– tham hieän gia cuûa vi sinh vaät,

caùc hoïc

trình vôùi vôùi ñieåm söï sau: thöïc ôû

Quaù khaùc (cid:57) Tính phöùc taïp cuûa hoãn hôïp caùc chaát phaûn öùng hoïc, ñöôïc hoaù trình sinh quaù

(cid:57) Söï gia taêng sinh khoái dieãn ra cuøng vôùi söï chuyeån hoaù sinh hoïc

(cid:57) Khaû naêng cuûa vi sinh vaät töï toång hôïp caùc xuùc taùc cho rieâng

mình (men vi sinh)

(cid:57) Khoù giöõ vaän toác chuyeån hoaù khoâng ñoåi (tính khoâng oån ñònh cuûa

quaù trình)

(cid:57) Tieán haønh quaù trình chæ trong pha loûng (nöôùc)

(cid:57) Noàng ñoä cô chaát vaø saûn phaåm töông ñoái thaáp

– vi sinh hoïc ñeàu ra xaûy

coù

heä

oxi dò laø raén, laø tham trong vì theå vi sinh pha gia thoâng khi khaùc kî

caùc caû Taát gia tham söï (nöôùc). Ñoâi pha raén heä trong 2 pha: pha theå trình hoaëc chuùng vaø vaät pha khí, pha loûng vaø khí hieáu TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM vôùi loûng vaø CO2

öùng phaûn ít cuûa nhaát quaù trong khí (khoâng khí)

BK TPHCM

•

duïng

((tttt)) trong

hoïc

lónh

vöïc

moâi

cuûa

quanquan sinh

ToToåå quaù

Öùng tröôøng

–

söû

vi sinh

naøy

vaät soáng

ñöôïc cuûa

nöôùc lyù chuyeån saûn ñaït

nöôùc chaát caùc

ñoäng naøo ñònh thaûi oâ

Xöû ñeå thaønh naøy nghieäp phaân

–

chöùa

thaûi

raén

naêng

duïng con ngöôøi hoaù chuyeån hoaït coâng vaø naêng khaû coù lôùn phaàn hoïc. Vi sinh thaønh hoùa

ñoù. Söï sinh nhieãm hoaït huûy sinh chuyeån vaø

sinh phaân aên thöùc

lyù Xöû thaønh vaät söû phaân

khaû nguoàn

–

saïch

moâi

tröôøng

(ñaát, nöôùc,

trình

vaøo

laøm

töï

–

vi sinh

chaát

nhieãm

trong

oâ

khí

lyù

vaät cacbon

duïng lyù xöû

söû nhö

TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM

Tham khoâng Xöû thaûi

khí laøm

ngng trình thaûi: quaù trình trong hoaù do hoaït thaûi chaát phaåm nhaát trò giaù coù laø ñöôïc trong nhôø lôùn löôïng moät chöùa hoïc. sinh huûy chaát raén: chaát thaûi coù cô phaàn höõu laøm chuùng duïng compost. gia quaù khí). thaûi: nguoàn

caùc VOC

BK TPHCM

ThaThaøø

nn

vi vi sinhsinh

ii loaloaïï

tt vavaää

•

Thaønh

nhnh phaàn

phaphaàà teá

baøo

phaân vavaøø phaân vi sinh

vaät

Nöôùc

muoái

vaø

khoaùng

– (cid:57) Nöôùc coù trong teá baøo VSV khoaûng 75-90%

(cid:57) Haøm löôïng chaát khoâ trong teá baøo VSV khoaûng 10- 30%, haøm löôïng muoái khoaùng trong chaùt khoâ khoaûng 5-10%

–

Caùc

hôïp

chaát

höõu

cô

(cid:57) Caùc loaïi hydrat cacbon: goàm monosacarit vaø

polysacarit

(cid:57) Lipit: haøm löôïng môõ vaø caùc chaát beùo

(cid:57) Protit: goàm protein (protit ñôn giaûn) vaø proteic

(protit phöùc taïp)

(cid:57) Caùc loaïi axit nucleic

TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM

BK TPHCM

ThaThaøø

nn

vi vi sinhsinh

phaân phaân

ii loaloaïï

tt vavaää

((tttt))

•

nhnh truùc

phaphaàà baøo teá

vavaøø vi khuaån:

chaát

sinh chaát

Caáu – – – – – – –

mao töû

nhaày Maøng baøo teá Vaùch nguyeân Maøng sinh Nguyeân Nhaân Tieâm Baøo

TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM

BK TPHCM

ThaThaøø

nn

vi vi sinhsinh

vavaøø

phaân phaân

ii loaloaïï

tt vavaää

((tttt))

•

Phaân

phaphaàà nhnh vi sinh

loaïi

vaät

Vi khuaån

–

Naám

–

Taûo: taûo

khueâ, taûo

lam,...

–

vaät

nguyeân

roi, thaûo

truøng,...

Ñoäng

sinh: truøng

–

vaät

baäc

Thöïc

nöôùc

cao

TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM

BK TPHCM

TraoTrao

aa

ii ññooåå

tt chachaáá

vavaøø

naêng naêng

llööôôïï

ngng

cucuûû

vi vi sinhsinh

tt vavaää

(cid:153) Quaù trình trao ñoåi chaát ôû VSV bao goàm 2 quaù trình cô

baûn:

–

Quaù

trình

ñoàng

hoùa: toång

hôïp

vaät

chaát

trong

teá

baøo

(cid:57) Naêng löôïng ñöôïc cung caáp bôûi quaù trình di hoùa

(cid:57) Vaät chaát ñöôïc laáy töø moâi tröôøng vaø ñöôïc toång hôïp xaûy ra

trong teá baøo

–

Quaù

trình

dò

hoùa:

phaân

giaûi

vaät

chaát

trong

vaø

ngoaøi

teá

baøo

(cid:57) Dò hoùa ngoaøi teá baøo cung caáp vaät chaát cho teá baøo nhôø caùc enzym ngoaïi baøo (ñöôïc toång hôïp trong teá baøo vaø thöïc hieän caùc phaûn öùng ngoaøi teá baøo)

(cid:57) Dò hoùa trong teá baøo ñöôïc thöïc hieän nhôø enzym noäi baøo (ñöôïc toång hôïp trong teá baøo vaø thöïc hieän caùc phaûn öùng trong teá baøo)

TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM

BK TPHCM

aa

TraoTrao

((tttt))

tt vavaää

vi vi sinhsinh

cucuûû

llööôôïï

naêng naêng

tt chachaáá

ii ññooåå

ngng vavaøø (cid:153) Quaù trình trao ñoåi chaát bao goàm:

–

trình

chuyeån

hoùa

vaät

chaát

töø

ngoaøi

teá

baøo

vaøo

trong

teá

–

trình

toång

vaät

chaát

trong

teá

baøo

hôïp

Quaù baøo Quaù

–

boû

dö

baøo

ra

moâi

tröôøng

Quaù

trình

thaûi

caùc

chaát

thöøa

töø

teá

(cid:153) Quaù trình trao ñoåi naêng löôïng bao goàm taát caû caùc quaù trình oxy hoùa phaân huûy coù keøm theo giaûi phoùng naêng löôïng

TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM

BK TPHCM

aa

QuaQuaùù

((tttt))

tt vavaää

vi vi sinhsinh

cucuûû

tt chachaáá

ii ññooåå

traotrao

trtrììnhnh

TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM

BK TPHCM

aa

nn

SSöïöï

tt vavaää

trietrieåå

tt phaphaùù

•

nuoâi

sinhsinh kieän

cucuûû ngng tónh (cid:198) khoâng theâm dinh döôõng cuõng khoâng

trtrööôôûû caáy

vi vi sinhsinh vavaøø Ñieàu loaïi boû caùc saûn phaåm cuoái cuøng cuûa trao ñoåi chaát

•

nuoâi

trình

caáy

lieân

ñoàng

nuoâi

caáy

tuïc

vaø

boä(cid:198) chaát dinh Quaù döôõng ñöôïc theâm vaøo lieân tuïc vaø caùc saûn phaåm thöøa cuûa trao ñoåi chaát luoân ñöôïc laáy khoûi moâi tröôøng

•

Ñöôøng

cong sinh

tröôûng

cuûa

quaàn

theå

vi khuaån:

TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM

BK TPHCM

aa

nn

SSöïöï

((tttt))

tt vavaää

vi vi sinhsinh

cucuûû

trietrieåå

tt phaphaùù

vavaøø

ngng

trtrööôôûû

sinhsinh (cid:153) Pha lag

– ñeán khi vi khuaån ñaït ñöôïc toác ñoä sinh caáy ñaàu

– chöa coù khaû naêng sinh

vôùi töø Tính tröôûng Trong saûn) maø

– luùc cöïc lag vi khuaån pha daàn thích löôïng (chöa tröôøng. do quaù trình toång hôïp phaân kieän taêng chia moâi roõ reät leân

chaát

– heát vaøo tuoåi, gioáng thaønh phaàn vaø ñieàu baøo teá meõ. tröôùc tích theå maïnh ra thuoäc pha phuï

– dieãn caùc laïi nghæ thaønh quaù

Troïng caùc Ñoä moâi Trong teá

– baøo Heä soá theo duïng baét ñaïi. nghi vaø dieãn cuûa daøi tröôøng. naøy pha sinh kinh tröôûng ñaëc teá döïng tröôûng söû xaây sinh suaát teá luõy cô baøo thöøa). chaát:

X −

X S 1

tröôûng, g = =

trình ra (hoaëc logarit hieäu cho tröng ñoù: Trong Y : Heä soá X : Löôïng S1 : Löôïng So : Löôïng S : Löôïng kinh sinh cô cô cô

TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM

teá khoái chaát chaát chaát

sinh duïng, g söû ban ñaàu, g laïi coøn

BK TPHCM

aa

nn

SSöïöï

((tttt))

tt vavaää

vi vi sinhsinh

cucuûû

trietrieåå

tt phaphaùù

vavaøø

ngng

sinhsinh

trtrööôôûû (cid:153) Pha logaric (Pha taêng tröôûng)

– sinh trieån

vaø phaùt hoïc, hoaït haøm thöøa. luõy hoïc,... Khoâng

tröôûng hoùa phaàn theo sinh tính Trong Kích thay

– Sinh vaø baøo taêng teá phöông trình theo .2n N = No vi khuaån baøo, thaønh gian. thôøi löôïng khoái

– naøy pha thöôùc teá theo ñoåi khoái (cid:153) Pha oån ñònh pha ñoäng, toác caân baèng

sinh ôû noàng thaùi chaát.

Trong ñoä – caùc saûn phaåm

naøy tröôûng toàn chaát

– Nguyeân trao cuûa Thôøi ñònh kieät nhau traïng cô ñoä do söï dinh vôùi VSV. nhaân ñoåi pha vi khuaån theå quaàn vaøo thuoäc phuï oån pha taïi caïn vieäc vaø khaùc seõ ñònh laø chaát ñoái oån luõy tích döôõng. moãi loaïi

– naøy soá löôïng teá baøo coù khaû naêng soáng giaûm daàn theo

gian (cid:153) Pha töû vong pha thöøa.

– vong bôûi nhieàu nhaân: caïn kieät chaát

ñoåi bò tích

nguyeân trao chaát dinh laïi, tính luõy Trong luõy baøo teá Caùc döôõng, caùc lyù chaát hoùa

töû saûn phaåm tröôøng moâi thöøa thay cuûa ñoåi,... TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM

BK TPHCM

QuaQuaùù

cc

uu

trtrììnhnh

hohoïï

hiehieáá

khkhíí

sinhsinh (cid:153) Quaù trình sinh hoïc hieáu khí

–

(oxy hoaù) caùc chaát hoaø

tan vaø

nhöõng chaát deå theå

Chuyeån hoaù phaân huûy sinh hoïc thaønh nhöõng saûn phaåm cuoái cuøng coù chaáp nhaän ñöôïc (humic, fulvic,...);

–

caën lô löûng vaø

keát tuï

vaø

chaát keo khoâng laéng thaønh

Haáp phuï boâng sinh hoïc hay maøng sinh hoïc;

–

Chuyeån hoaù/khöû

chaát dinh döôõng (N vaø

photpho)

(cid:153) Vai troø cuûa vi sinh vaät hieáu khí trong xöû lyù nöôùc thaûi

–

tan, BOD carbon vaø

oån ñònh hôïp chaát höõu

caùc chaát hoaø Khöû cô trong nöôùc thaûi

–

Söû

duïng nhieàu loaïi vi sinh vaät, chuû

yeáu laø

vi khuaån.

–

caùc CHCô hoaø

tan thaønh nhöõng saûn

Nhöõng VSV oxy hoaù phaåm ñôn giaûn vaø

taêng sinh khoái.

TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM

BK TPHCM

QuaQuaùù

cc

uu

hiehieáá

khkhíí

((tttt))

•

Quaù

trình

trtrììnhnh phaân

huûy

sinhsinh hieáu

hohoïï khí

Oxi hóa và hô hấp nội bào

dinhdinh ddööôõngôõng OO C.hC.hööõuõu côcô COCO22 HH22 OO22 (N,P) (N,P)

CaCaëë nn

yy huhuûû

phaân phaân cc hohoïï

khoâng khoâng sinhsinh

TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM

BK TPHCM

QuaQuaùù

cc

uu

hiehieáá

khkhíí

((tttt))

•

Quaù

trình

trtrììnhnh phaân

sinhsinh hieáu

hohoïï khí

huûy

(tt)

hủy nội bào

Phân

N,PN,P OO COCO22 HH22 OO22

CaCaëë nn yy huhuûû

phaân phaân cc hohoïï

khoâng khoâng sinhsinh

TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM

BK TPHCM

BODBOD (cid:153) Ño ñaïc löôïng DO söû duïng do vi sinh trong quaù trình

oxy hoùa CHC;

(cid:153) 3 phaûn öùng sinh hoùa xaûy ra trong BOD test:

Oxi

hoùa/hoâ

haáp:

– COHNS + O2 (cid:206) CO2 + H2O +NH3 + saûn phaåm cuoái +

löôïng (cid:206) C5H7NO2

haáp

+ naêng baøo:

= 60-70% oxi

hoùa

toaøn

CHC

• •

naêng löôïng – hôïp: Toång COHNS + O2 – Hoâ noäi NO2 + 5O2 (cid:206) 5 CO2 + NH3 + 2H2O C5 H7 hoaøn BOD 5 ngaøy BOD 20 ngaøy

= 95-99% toång

löôïng

CHC

TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM

BK TPHCM

•

MoâMoâ Moâ thôøi

nn BODBOD öùöùngng ôû laïi CHC coøn löôïng nhaát: baäc haøm BOD r

hhììnhnh phaphaûû aa hohoùù hoùa treân döïa hình theo ñoåi bieán gian t dBOD r k ×−= 1 dt BOD

UBOD

tk 1−× e

ñoù:

CHC coøn laïi ôû thôøi gian t (ngaøy) tính theo löôïng oxy = Löôïng ñöông, mg/L

= haèng

ñoä toác phaûn öùng baäc nhaát, ngaøy-1 soá

BOD hay BOD cuoái cuøng (ultimate), mg/L

1tk

Trong BODr töông k1 UBOD = Toång t = Thôøi gian (ngaøy)

Nhö vaäy BOD söû duïng ôû thôøi gian t: UBOD

UBOD

)

−

−−∗ e 1(

BOD r

BOD t

TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM

BK TPHCM

−

BODBOD

Giaù

hhììnhnh nhieät ôû

öùöùngng nn phaphaûû aa hohoùù T k k θ = × khaùc: ñoä 1 1 T 20

trò

Giaù

cuûa

nöôùc

thaûi

sinh

hoaït

ôû

20o

(ngaøy

-1)

MoâMoâ Kt trò Kt

Thoâng

Giaù

trung

bình

Daõy

trò

soá

Nöôùc

thoâ

0,12 –

0,46

NT sau

thaøi lyù

0,12 –

0,23 0,18

θ

Giaù

trò

xöû ôû

ñoä

khaùc

20oC vaø

1.135 ôû

30oC

nhieät

0,23 =1.056 ôû

Kt

TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM

BK TPHCM

HaHaïï

nn

checheáá vi khuaån

nuoâi

trong trong caáy

thích

BOD test BOD test nghi

ban ñaàu;

Ñoøi

hoûi

Yeâu

caàu

khöû

ñoäc

chaát

trong

maãu;

Khöû

aûnh

höôûng

cuûa

VK nitrate hoùa;

coù

ñöôïc

ño

(khoâng

ño

ñöôïc

huûy sinh

Chæ chaát

khi

CHC deå

coù ñaõ

huûy

vaø

hoïc) löôïng ñaúng heát thuï

phaân deå chaát huûy phaân khoù Test khoâng trò giaù tieâu ñöôïc phaân ñoái test töông

gian

Thôøi

daøi

TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM

BK TPHCM

Nitrate hohoùù Nitrate

aa

BOD test BOD test

oxi

caàu Nhu nitrate: Nhu

trong trong ñeán quan hoùa oxy sinh thuyû phaåm

nitô phaân

ammonia thaønh hoùa (Nitrogenous BOD); proteins.

oxy lieân caàu Ammonia laø

saûn

VK chuyeån

hoaù

ammonia thaønh

nitrite vaø

nitrate:

(VK Nitrosomonas)

Chuyeån

hoùa

nitrate

ammonia thaønh

+ 3/2 O2 (cid:206) HNO2 + H2O

(nitrobacter)

hoùa

nitrate

NH3 Chuyeån HNO2

nitrite thaønh + 2 O2 (cid:206) HNO3 + H2O quan

caàu

ñeán

hoaù

oxi

ammonia thaønh

Nhu oxy lieân nitrate goïi

NBOD;

nitrate chaäm, thöôøng

Toác xaûy

ñoä ra

ngaøy

10 laø cuûa hoùa ngaøy

vi khuaån 6 –

thöù

oxi trong

TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM

BK TPHCM

OXY CHO QUAÙ

TRÌNH OXY HOÙA NBOD (1)

(cid:153) BOD nitô (NBOD): keát quaû cuûa quaù trình nitrat hoùa (nitrification).

(cid:153) Ammonia laàn löôït bò oxy hoùa döôùi ñieàu kieän hieáu khí thaønh nitrite

→

bôûi caùc vi khuaån Nitrosomonas: + 2

5,1

− 4

OH 2

− 2

(cid:68) Caàn phaûi tieâu thuï 3.43 g oxy ñeå oxy hoùa 1 g nitô thaønh nitrite.

(cid:153) Nitrite hình thaønh sau ñoù ñöôïc oxy hoùa thaønh nitrate do caùc vi

khuaån Nitrobacter:

5,0

→

− 2

− 3

(cid:68) caàn phaûi tieâu thuï 1.14 g oxy ñeå oxy hoùa 1 g nitô ôû daïng nitrite thaønh nitrate. (cid:153)Löôïng oxy toång coäng laø 4,57 g oxy ñeå oxy hoùa 1 g nitô ôû daïng ammonia thaønh nitrat.

TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM

OXY CHO QUAÙ

TRÌNH OXY HOÙA NBOD

BK TPHCM

N L

−

)16.2(

exp

(cid:153) NBOD (LN) ñöôïc tính toaùn gaàn ñuùng theo phaûn öùng baäc 1: ( −

[ 1

] )

tK N

N L o

(

)

(cid:153) NBOD coù theå ñöôïc tính toaùn theo coâng thöùc: N )17.2( ôû vaø cô ñoä

N + o a daïng ôû nitô

N L = o löôït laàn

57,4 noàng laø

höõu vaø daïng ammonia. Na

TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM

No 25

BK TPHCM

Nitrate hohoùù Nitrate

BOD test (tttt)) BOD test (

aa

trong

(Ví

duï:

BOD test seõ SH laø

ñeán daãn 20 mg/L khi

Nitrate hoaù BOD cuûa nitrate hoaù

40 mg/L khi

soá sai coù khoâng xaûy

nitrate hoaù

NT sau vaø

trong trong lyù xöû baèng

ra);

TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM

NHU CAÀU TIEÂU THUÏ

OXY CHO CAÙC DOØNG NÖÔÙC THAÛI

BK TPHCM

LYÙ

ÔÛ

MOÄT SOÁ

NÖÔÙC

TRÖÔÙC KHI XÖÛ

Nguoàn

thaûi

NBOD (mg/L)

N_org (mg/L)

CBODU (mg/L)

CBOD5 (mg/L)

-N NH3 (mg/L)

sinh

thaûi

180

220

Nöôùc hoaït

(100 –

450)

(120 –

580)

(5 –

35)

60)

220

28 (10 – 5

Trung bình ôû Myõ

275

Noâng thoân Myõ

(250 –

300)

(10 –

25)

(12 –

28)

Mexico

408

Uruguay

170

2,8

Argentina

220

503)

5,9 (0,08 –

25)

(0 –

11,5)

thoaùt nöôùc

(40 –

Coáng chung

(2 –

84)

1,7 (0,2 –

4,8)

0,6 (0,1 –

1,9)

töø

heä nöôùc Nöôùc thoáng rieâng

möa thoaùt

TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM

BK TPHCM

X.X.ññònhònh

pp

cc

haèng

ñònh

ññooää totoáá p.p k1 baèng

ññoo p.phaùù ngng BOD babaèè p.pha BOD pp hahaáá hoâhoâ respirometer)) ((respirometer ñoä toác soá BOD vaø trò giaù

Xaùc respirometer

oxygen tieâu

lyù:

töø ñoùng

thuï oxy trong

Nguyeân khoâng ôû kín

khí nhieät

thôøi

do vi sinh tích theå gian

ño hoaëc vaø ñoä ño

tieáp tröïc tröôøng moâi troän khuaáy löôïng

oxy tieâu

giaøu khoâng thuï

ñoåi theo

Respirometry

Respirometric cell

DO meter

Water jacket

TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM

Recorder

Magnetic mixer

BK TPHCM

AAÙÙ

pp

p.phaùù p.pha

pp

ngng

ññooää

hoâhoâ

hahaáá

cc totoáá ññoo respirometer)) ((respirometer

duduïï giaù:

Ñaùnh

phaân

huyû

sinh

hoïc

cuûa

nöôùc

thaûi/thaønh

phaàn

hoaù

ñoä

Möùc chaát;

naêng

xöû

sinh

hoïc

chaát

thaûi

coâng

nghieäp

lyù

cô;

höõu

Khaû

phaûn

thuï

chaát

ñeán

öùng

tieâu

oxy cuûa

cuûa thöû

AÛnh nöôùc

ñoäc nghieäm;

höôûng thaûi ñònh

OÅn

chaát

baån

taïi

ñoù

gaây

öùc

cheá

quaù

trình

phaân

Haøm huyû

caùc

(khöû

truøng,

AÛnh theâm

ñoaïn vaø

thuï

coâng döôõng

nhau tieâu

oxy;

dinh oxy ñeå

Nhu

khaùc ñoä toác CHC deå

buøn; löôïng hoïc; sinh höôûng chaát caàu

lyù xöû pH) ñeán oxy hoaøn

toaøn

phaân

huyû

SH.

TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM

BK TPHCM

Enzyme Enzyme (cid:153) Hôïp chaát höõu cô ñöôïc tieâu thuï bôûi vi sinh baèng moät chuoãi caùc

phaûn öùng enzym.

(cid:153) Enzym laø caùc protein hoaëc protein keát hôïp vôùi caùc hôïp chaát voâ

cô/phaâân töû höõu cô coù khoái löôïng phaân töû thaáp.

(cid:153) Enzym laø chaát xuùc taùc, hình thaønh phöùc vôí cô chaát höõu cô, phöùc naøy chuyeån hoaù thaønh saûn phaåm rieâng vaø giaûi phoùng enzym ban ñaàu.

(cid:153) Teá baøo ci khuaån saûn sinh caùc loaïi enzym khaùc nhau cho moãi cô

chaát söû duïng.

(cid:153) Hai loaïi enzyme thöôøng ñöôïc saûn sinh:

– hoaù

cô beân chaát vaøo coù beân teá teá tieáp thaønh ñöôïc

chaát trong ngoaøi vaø baoø tuïc moät phaân Extracellular: chuyeån ñi daïng intracellulan. huyû bôûi

caùc

– noäi phaûn öùng toång teá hôïp baøo baøo, thöïc hieän

theå enzym caùc naêng enzym löôïng.

– ra theo nhieàu caùch. Ví duï: söû

oxy hoùa hydro töø khöû cô phaûn öùng ñi oxy, maát

Intracellolar laø baøo ra taïo vaø Caùc duïng dieãn chaát.

TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM

BK TPHCM

NaêngNaêng

llööôôïï

ngng

– öùng cho ñieän töû (hydro

töû

döôùi ñieän daïng (nhö chaát oxy).

– phaûn cô cho

electron, caùc hoïc sinh

ñöôïc chaát vaän nhaän Caùc hoaëc Chaát chuyeån töû ñieän taû moâ ñöôïc nhaän chaát caùc sinh con ñöôøng trình quaù

electron naøy tôùi taïp phöùc

– Quaù töû naøy chaát) hoaëc saûn ñieän töû qua caùc thoâng (oxy trong cuøng cuoái cho döôõng: chaát dò ñieän trình ieáu laø khí). CHC

töï töû chaát voâ cô. Quaù trình döôõng: chaát cho ñieän laø caùc

– (terminal electron acceptor) caùc ñònh

töû coù cuøng cô

Chaát naêng ñieän saün

nhaän löôïng cuoái cuûa chaát.

(cid:153) Naêng löôïng coù trong CHC (AH2) ñöôïc phoùng thích trong quaù trình oxy hoùa sinh hoïc baèng vieäc khöû hydro cuûa cô chaát, tieáp theo ñoù laø chuyeån hoùa caùc electron thaønh chaát nhaän ñieän töû cuoái cuøng.

(cid:153) Quaù trình hoâ haáp hieáu khí coù theå thaáy ñöôïc (AH2) CHC bò khöû thoâng

qua hydrogen vaø chaát mang ñieän töû (carriers) vôùi oxygen.

(cid:153) Chaát nhaän ñieän töû hydrogen cuoái caøng nhieàu, naêng löôïng sinh ra töø

vieäc oxy hoùa 1 mol cô chaát caøng lôùn.

TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM

BK TPHCM

NaêngNaêng

(cid:153) Trong hoâ haáp tuøy tieän, söû duïng oxy töø caùc caàu noái cuûa nitrate hoaëc

llööôôïï

ngng

sulphate, saûn löôïng naêng löôïng ít hôn so vôùi cô cheá hieáu khí.

(cid:153) Naêng löôïng ít nhaát trong cô chaát kî khí, ôû ñoù oxy hoùa AH2 ñöôïc keát hôïp vôùi vieäc khöû B (hôïp chaát höõu cô oxy hoùa) thaønh BH2 (hôïp chaát höõu cô bò khöû). (cid:153) Trong phaûn öùng oxy hoùa, teá baøo chuyeån hoùa naêng löôïng thaønh 2 con

ñöôøng:

–

ñöôïc

baét

giöõ

töø

löôïng reactions) vaø

phaûn löôïng

phoùng (2) söû

thích duïng

(1) Vi sinh naêng sinh ñeå

ñoøi

thuùc

naêng

vaät löôïng caùc

–

oxy hoùa

baèng trình

daïng

naêng (exergonic öùng phaûn thích voâ trong

phoùng hoaëc beân

cô teá

caùc öùng naêng naøy (endergonic). trình hôïp hôïp. Naêng naøy phosphate (bond) treân laø

caùc löôïng goïi

ATP, ñöôïc

löôïng quaù quang noái caàu thaønh

hoûi ñaåy baøo teá trong löôïng Naêng hay quaù cô höõu chaát ôû baøo chöùa ñöôïc phaân adenosine phosphate (ADP) hình töû phosphorylatin.

–

döï

ñöôïc

coù neân

tröõ naøy thaønh

thieát, naêng öùng phaûn teá

löôïng khaùc, hình nobility baèng

phoùng thích metabolites caàn phaân

phaân

baøo

hoaëc

theå caùc trình quaù

thuûy

ñeå thieát töû

Khi ñaåy toång thaønh

caàn caùc hôïp ADP.

thuùc cho ATP

ATP + H2

O (cid:198) ADP + H3PO4

TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM

BK TPHCM

NaêngNaêng

llööôôïï

ngng

TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM

BK TPHCM

ii GiôGiôùù

uu

nn

cc

ñoä

xuxuùù hoaït

cc tataùù xuùc tính

enzyme enzyme taùc

cuûa

•

öùöùngng vaøo thuoäc theá öu

thiethieää phaûn Toác enzyme trong cô öùng Phaûn

•

E S

phaphaûû phuï öùng phaûn öùng baûn: E S +

⎯ ⎯→ +

k ⎯ ⎯→ 1 ← ⎯⎯ k

(substrate).

taùch

enzyme.

vaø quaù

enzyme. trình

toác

phaûn

öùng.

ñoä

chaát sau do. soá

•

• • • • • • Haèng

k ) 3

E: enzyme. S: cô chaát cô ES: phöùc P: saûn phaåm E: enzyme töï k1 : haèng , k3 , k2 Michaelis: km soá

+ k

TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM

BK TPHCM

PhPhööôngông

Menten Michaelis--Menten Michaelis

•

Tính

toaùn

toác

enzyme:

trtrììnhnh ñoä

öùng phaûn [ ] S − [ ] S + m öùng.

öùng

lôùn

nhaát, mg/l.ngaøy.

• • •

chaát.

max K phaûn ñoä ñoä

phaûn cô

r: toác ñoä Rmax : toác [S]: noàng Rmax

maxR 2

TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM

Nồng

độ

cơ

chất

BK TPHCM

QuaQuaùù

cc

uu

Caùc

quaù

trình

trtrììnhnh sinh

sinhsinh hieáu

hohoïï khí

hiehieáá xöû trong

lyù

khkhíí nöôùc

hoïc

thaûi

Quaù

Teân

trình

chung

(aerobic khí hieáu processes) löûng tröôûng

lô

Taêng

(cid:190) Quaù trình buøn hoaït tính

(cid:190) Hoà thoåi khí

Taêng

tröôûng

baùm

dính

(cid:190) Beå phaân huûy buøn hieáu khí (cid:190) Beå loïc sinh hoïc

(cid:190) Beå sinh hoïc tieáp xuùc quay

hôïp

quaù

trình

taêng

tröôûng

(cid:190) Beå phaûn öùng giaù theå coá ñònh (cid:190) Loïc sinh hoïc/buøn hoaït tính

Keát lô

löûng

vaø

baùm

dính

TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM

BK TPHCM

QuaQuaùù

cc

uu

khkhíí

((tttt))

•

Caáu

truùc

sinhsinh buøn/maøng

hiehieáá hohoïï vaät vi sinh

trtrììnhnh boâng C2+

PO4

COO-

Boâng buøn HT

Maøng VS

Teá

baøo

VSV

ECP

TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM

BK TPHCM

QUAQUAÙÙ QUAÙ

NG LÔ LÖÛÖÛNGNG TRÌNH TAÊNG TRÖÖÔÔÛÛ NG LÔ L TRÌNH TAÊNG TR TRÌNH TAÊNG TRÖÔÛNG LÔ LÖÛNG

VàVàoo

RaRa

BùBùn n tutuầầnn

hoàhoànn

BùBùn n dưdư

aeroten BêBể ̉ aeroten BêBể ̉ llắắngng IIII

sinh học tập hợp

nhiều loại vi sinh chủ yếu là vi

hiếu khí tụ và tạo bông

dể lắng

khỏi nt bằng

và co ́ thể tá ch

trọng

lực

độ cao của vi khuẩn

Bùn HT là bùn khuẩn tự dưỡng Ở đó vi sinh keo lắng Bùn tuần Bùn dư: lượng

hoàn: duy trì mật bùn

đến phần xử lý bù n.

thải ra khỏi hệ thống

TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM

BBỂ LỌỂ LỌC SINH H

C SINH HỌỌCC

BK TPHCM

phun VòVòi i phun

BỂ LỌC SINH HỌC

liliệệuu lọ lọcc

VVậậtt

hơihơi

thông LôLỗ ̃ thông

nnướướcc thuthu

sàsànn

NG II BBỂ Ể LLẮẮNG II

VàVàoo

RaRa

TTớới i xưxử ̉ lylý ́ bùbù nn

(cid:153) Màng nhầy vi sinh 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.

(cid:153) Vật liệu lọc: Đá, sỏi, nhựa tổng hợp (cid:153) Áp dụng: Tương tự BHT (cid:153) Thuận lợi: Tiêu thụ năng lượng thấp, chi phí QL và VH thấp (cid:153) Bất lợi: Đòi hỏi diện tích rộng, có mùi

TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM

BK TPHCM

QuaQuaùù

cc

trtrììnhnh

sinhsinh

hohoïï

kkîî

khkhíí

(cid:153) Phaân huyû kò khí laø quaù trình phaân huyû chaát höõu cô trong moâi tröôøng khoâng coù oxy ôû ñieàu kieän nhieät ñoä töø 30÷65oC.

(cid:153) Saûn phaåm cuûa quaù trình phaân huyû kò khí laø khí sinh

hoïc (biogas) chuû yeáu laø CO2 vaø CH4.

(cid:153) Khí CH4 coù theå thu gom vaø söû duïng nhö moät

nguoàn nhieân lieäu sinh hoïc.

⎯

sinh vaät Vi ⎯⎯⎯ →

Chaát höõu

cô

haát

dinh döôõng

Teá

baøo môùi

Chaát höõu

cô

khoù

phaân

huûy

OH 2

Q SH

TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM

BK TPHCM

QuaQuaùù

cc

Caùc

ñoaïn

lyù

giai thuyeát

trtrììnhnh

sinhsinh

hohoïï

kkîî

khkhíí

((tttt))

Lipids

Polysaccharides

Protein

Acid nucleic

Thuûy

phaân

Acid beùo

Monosaccharides

Amino acids

Purines vaø pyrimidines

Caùc voøng

Acid hoùa

chaát ñôn

hôïp thôm giaûn

Leân

men

Caùc

saûn

phaåm

leân

men khaùc

acid

nhö: propionate, butyrate, succinate, lactate, ethanol

Acetate hoùa

neàn

chaát

trình

leân Caùc cho men methane: H2 , formate, methanol, methylamine, acetate

quaù ,CO2

Leân men methane

Methane (CH4 ) + ) carbon dioxide (CO2

TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM

BK TPHCM

•

((tttt)) sinh huûy oxy. Phaân ñoàng

trtrììnhnh huûy phaân höõu coù

sinhsinh kî trong chia

kkîî cc trình quaù khoâng ñoaïn

ra

Quaù hoïc huûy thôøi:

hohoïï khí: laø kieän ñieàu 4 giai laøm

khkhíí phaân coù xaûy

cô theå

QuaQuaùù trình chaát khí kò Phaân

1. Thuûy

(cid:57) Quaù trình naøy xaûy ra chaäm.

(cid:57) Toác ñoä thuûy phaân phuï thuoäc vaøo pH, kích thöôùc haït vaø

ñaëc tính deå phaân huûy cuûa cô chaát.

(cid:57) Chaát beùo thuûy phaân raát chaäm.

2. Acid hoùa

(cid:57) VK leân men chuyeån hoùa caùc chaát hoøa tan thaønh chaát ñôn giaûn nhö: Acid beùo deå bay hôi, alcohols, acid lactic, methanol, CO2, H2, NH3, H2S vaø sinh khoái môùi.

(cid:57) Söï hình thaønh caùc acid coù theå laøm pH giaûm xuoáng 4,0.

TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM

BK TPHCM

QuaQuaùù

cc

kkîî

khkhíí

((tttt))

•

trtrììnhnh phaân

huûy

sinhsinh kî

khí

hohoïï (tt)

Quaù

trình

3. Acetic hoùa

(Acetogenesis)

Vi khuaån

caùc

saûn

giai

ñoaïn

acid hoùa

vaø

cuûa môùi.

acetic thaønh

sinh

phaåm khoái

4. Methane hoùa

chuyeån hoùa acetate, H2 , CO2 (methanogenesis)

Ñaây

cuûa

huûy

cuoái

khí. Acid thaønh

trình kò phaân methanol chuyeån

hoùa

quaù , acid formic vaø môùi. vaø

khoái

sinh

•

ñoaïn laø giai , CO2 acetic, H2 methane, CO2 ñoaïn

3 giai

haàu

acetic vaø giaûm. COD

Trong hoùa, COD trong trong giaûm chæ

phaân, acid hoùa thuûy dung dòch khoâng nhö methane. ñoaïn giai

TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM

BK TPHCM

Biogas

PhânPhân

kikị ̣ khikhí

hủhủyy

Acetate hoùa:

CO2CO2 OO HH22 HH22 Organics Organics COOH COOH CHCH33

Leân

men Methane:

CHCH44 CO2CO2

COOH COOH

CHCH33 OO HH22

OO HH22 CH4CH4 OHOH--

-- HCOHCO33

HH22

TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM

BK TPHCM

QuaQuaùù

cc

trtrììnhnh

sinhsinh

hohoïï

kkîî

khkhíí

((tttt))

→

4H2 + CO2 4HCOOH →

+ 2H2

COOH →

OH →

CH4 CH4 CH4 3CH4 O →

+ 2H2 + 3CO2

+ 4NH3

N + 6 H2 O →

(cid:153) Vi sinh vaät methane hoùa chæ coù theå söû duïng moät soá cô chaát nhaát ñònh ñeå chuyeån hoùa thaønh methane nhö CO2 + H2, formate, acetate, methanol, methylamines vaø CO. Caùc phöông trình chuyeån hoùa xaûy ra nhö sau: + 2H2 + 3CO2 + CO2 + CO2 9CH4 + 3CO2

CH3 4CH3 4(CH3 )3 4CO + 2H2

CH4

TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM

BK TPHCM

QuaQuaùù

cc

trtrììnhnh

sinhsinh

hohoïï

kkîî

khkhíí

((tttt))

Teân giai ñoaïn Thuyû phaân Acid hoaù Acetate hoùa Methane hoùa

Ñöôøng ñôn Acetate giaûn Amino acid, acid höõu cô beùo chaát chaát Caùc ban ñaàu phöùc Ñöôøng taïp, protein,

Vi sinh vaät Vi khuaån acid hoaù

Vi khuaån acetate hoùa Vi khuaån methane hoùa

Ñöôøng ñôn Saûn phaåm Acetate Amino acid, acid höõu cô giaûn

Khí sinh ra CO2 CO2 , H2 CO2 , NH3 , H2 CO2 , CH4 ,NH3

TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM

BK TPHCM

QuaQuaùù

cc

•

Caùc

quaù

trình

trtrììnhnh sinh

sinhsinh hoïc

kî

hohoïï khí

kkîî xöû trong

khkhíí lyù

((tttt)) nöôùc

thaûi

(anaerobic

kî

Quaù

trình

Teân

chung

Taêng

tröôûng

(cid:190) Quaù trình tieáp xuùc kî khí

khí processes) löûng

lô

(cid:190) Beå phaân huûy buøn kî khí

Taêng

tröôûng

baùm

dính

(cid:190) Beå phaûn öùng giaù theå coá ñònh

Lôùp

buøn

(cid:190) Beå phaûn öùng giaù theå lô löûng (cid:190) Beå sinh hoïc kî khí doøng chaûy ngöôïc (UASB)

hôïp

quaù

trình

taêng

tröôûng

Keát lô

löûng

vaø

baùm

dính

(cid:190) Lô löûng doøng chaûy ngöôïc keát hôïp baùm dính

TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM

ÖÖU VAU VAØØ ÖU VAØ

BK TPHCM

C C ÑÑIEIEÅÅ

M CUM CUÛÛ

C KÒ KHÍÍ SINH HOÏÏ C KÒ KH SINH HO SINH HOÏC KÒ KHÍ

LYLYÙÙ LYÙ

Ưu

A XA XÖÛÖÛ NHNHÖÖÔÔÏÏ NHÖÔÏC ÑIEÅM CUÛA XÖÛ điểm

Nhược

điểm

(cid:153) Vi sinh vật kỵ khí nhạy cảm và bị ức (cid:153) Sinh ra ít bùn khoảng 3- 5 lần so

chế với nhiều hợp chất độc hại. với xử lý sinh học hiếu khí

(cid:153) Thời gian khởi động quá trình chậm khi không đủ bùn cung cấp ban đầu

(cid:153) Cần phải có các công trình xử lý phía sau để đảm bảo yêu cầu chất lượng nước ra

(cid:153) Sự phân hủy kỵ khí

(cid:153) Tiêu thụ ít năng lượng hơn, chỉ sử dụng cho bơm nước thải vào nên chi phí vận hành thấp (cid:153) Diện tíchđ ất sử dụng ít (cid:153) Chi phí xây dựng thấp (cid:153) Tạo ra khí biogas có chứa 60 -75% methane là khí đốt có năng lượng cao

(cid:153) Có thể giữa sinh khối trong thời gian dài khoảng vài tháng mà không cần cung cấp dòng nước thải vào

là quá trình sinh hóa và vsinh học phức tạp có thể phải nghiên cứu chi tiết thêm (cid:153) Có thể phát sinh mùi hôi khó chịu (cid:153) Có thể tạo ra nước thải sau xử lý khó chịu về khía cạnh cảm quan. (cid:153) Không xử lý được nitơ, phốt pho và

vi sinh vật gây bệnh.

TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM

(cid:153) Chịu được tải trọng hữu cơ cao (cid:153) Tiêu thụ ít chất dinh dưỡng (cid:153) Áp dụng được ở quy mô nhỏ và lớn 48

NH CAÂN BAÈÈ NH CAÂN BA

NG COD CUÛÛ NG COD CU

BK TPHCM

A XA XÖÛÖÛ SO SAÙÙ SO SA SO SAÙNH CAÂN BAÈNG COD CUÛA XÖÛ

LYLYÙÙ LYÙ

U KHU KHÍÍ HIEHIEÁÁ HIEÁU KHÍ

VAVAØØ VAØ

KÒ KHKÒ KHÍÍ KÒ KHÍ

TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM

BK TPHCM

Chuyeån

lyù

trong

quaù

trình

xöû

sinh

hoïc

hoùa nitô hữu cơ Nitơ hữu cơ Nitơ (protein, urê) (protein, urê)

phân

Thuỷ

và

phân

hủy vi khuần

Nitơ Nitơ

Ammonia Ammonia

Nitơ Nitơ (tăng (tăng

Nitơ Nitơ bào bào

(tế (tế

Đồng

hoá

hữu cơ hữu cơ trưởng) trưởng)

Tự

oxy hoá

tự

và

phân

hữu cơ hữu cơ vi khuẩn) vi khuẩn) hủy

O2

Nitrit Nitrit

-) (NO2 -) (NO2

Hợp chất chứa cacbon

Nitrat hoá

O2

Nitrat Nitrat

-) (NO3 -) (NO3

Nitơ Nitơ

Khí Khí

(N2 ) (N2 )

Khử nitat

TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM

BK TPHCM

Nitraùt

•

Quaù trình oxi hoá

hoùa

Vi khuẩn Nitrosomonas

Quá –

trình ammonia thành nitrat xảy ra theo 2 bậc:

2NO +4H +2H O

- 2

–

2NO

→

+ 2NH +30 → 4 Vi khuẩn Nitrobacter: - 2NO +O 2

- 3

–

→

- 3

+ NO +2H +2H O hoàn toàn ammonia là

4.57 g

•

/g N

Tổng phản ứng oxi hoá + NH +2O 4 Nhu cầu oxi cần cho oxi hoá O2

TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM

BK TPHCM

Quaù

Nitraùt

hoùa

(tt)

•

thực hiện phản ứng oxy hoá

NO +2CO +3H O

→

trình Lượng kiềm cần để ammonia: + NH +2HCO +O 4

- 3

•

hoá

bào. Phản ứng tổng hợp sinh

vào trong tế

•

C H O N+5O 2 2 7 dụng để sự mô tả

→ N được sử

(cid:198) Một gram nitơ-ammonia (N) được chuyển hoá thì cần 7.14 g kiềm (CaCO3) = [2 x (50g CaCO3/eq)/14]. Cùng với năng lượng thu được, 1 phần ion ammonium được tiêu khối: - 4CO +HCO +NH +H O 3 2 Công thức hoá tổng hợp tế

+ 4 học C5 O2 H7 bào vi khuẩn

TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM

BK TPHCM

Quaù

Nitraùt

hoùa

(tt)

trình

Công thức tổng hợp mô tả oxi hoá và tổng hợp tế bào:

•

NH +1,863O +0,098CO

→

+ 4

2 + 0,0196C H O +0,98NO +0,0941H O+1,98H

- 3

(cid:206) Mỗi gram N-ammonia (N) được chuyển hoá sử dụng 4.25g O2, 0.16 g tế bào mới được tạo thành, 7.07 g kiềm (CaCO3) được loại bỏ, 0.08 g cacbon vô cơ được sử dụng trong việc hình thành tế bào mới.

TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM

BK TPHCM

Quaù

trình

khöû

Nitraùt

•

khử

nitrat:

hoá:

Có –

ammonia sử

nitrat

tổng và

dụng có

hợp không

cho sẵn

–

-N không DO hoặc khử

khử

Dị •

nitrat

hoá

dụng

là

cho

học kết hợp sinh hoặc nitrit nitrat việc điện tử hoặc chất cho điện

2 cách Đồng Khử • thành bào, xảy ra khi NH4 tế phụ độ thuộc vào nồng hoá: nitrat Dị 1 chuỗi chuyển hoá điện tử, và chất nhận như được sử oxi khác hợp chất hữu cơ hoá vô tử

cơ.

TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM

BK TPHCM

Đẳng

của quá trình khử

lượng khử

gồm những

nitrat bước

•

bao nitrit, oxit

nitrous và

sau: từ khí

thành

nitrat nitrit, oxit

Phản nitrat nitơ:

→

ứng thành − NO 3

−→ NO 2

NO N O N 2

•

vào

ra

hủy nội bào acetate

Chất cho điện tử trong – sinh – bên –

là 1 trong nước thải trong ngoài

quá như

3 nguồn: đầu phân trình methanol hoặc

bsCOD bsCOD nguồn từ

TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM

BK TPHCM

Đẳng

lượng

phản

ứng

khử

nitrat

•

Nước thải:

→

C H O N+10NO 3

- 3

- 5N +10CO +3H O+NH +10OH 2

•

Metanol:

5CH OH+6NO

3N +5CO +7H O+6OH

→

- 3

•

Acetate:

5CH COOH+8NO

→

- 3

- 4N +10CO +6H 0+8OH 2

TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM

BK TPHCM

Đẳng

lượng

phản

ứng

khử

nitrat

•

-N bị

kiềm sinh ra trên khử, điều đó ) sinh ra trên

kiềm (CaCO3

•

trên g NH4

7.14 g kiềm (CaCO3 ) -N được oxi hoá, để nitrat khoảng 1 nữa số lượng được thể được bù

1 đương lượng của độ đương lượng của NO3 bằng 3.57g của độ g NO3 khử. -N bị trình nitrat hoá Quá được tiêu thụ cho khử phân hủy bởi nitrat hoá

có

lại.

TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM

BK TPHCM

Đẳng

lượng

phản

khử

nitrat

•

ứng khử, đương lượng oxi sử thể được xác định như là

một nữa phản ứng oxi hoá Từ dụng nitrat hoặc nitrit cũng có chất nhận điện tử. –

+ H+

+ e- (cid:198) 0.5H2O

–

Đối với oxi 0.25O2 Đối với nitrat

0.2NO + 1.2H+

+ e- (cid:198)0.1N2 + 0.6H2O(

–

Đối với nitrit

0.33NO + 1.33H+

+ e- (cid:198) 0.67H2O + 0.17N2

•

-N

0.25 mol oxi thì tương đương 0.2 mol nitrat cho vận trong oxi hoá khử. Do đó, đương lượng oxi chuyển điện tử của nitrat là (0.25 x 32gO2 /mol) chia cho đương lượng gram nitrat (0.2 x 14 gN/mol) bằng 2.86 gO2

/gNO3

TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM

BK TPHCM

cc

uu

khkhíí

hohoïï

thiethieáá sinhsinh trình thieáu khí ñeå khöû nitô

trtrììnhnh QuaQuaùù (cid:153)Öùng duïng quaù trong nöôùc thaûi.

(cid:153)Quaù trình khöû nitrat bao goàm vieäc oxi hoaù nhieàu cô chaát höõu cô trong xöû lí nöôùc thaûi söû duïng nitrat hoaëc nitrit nhö laø chaát nhaän ñieän töû thay cho oxi.

→

(cid:153)Phaûn öùng khöû nitrat bao goàm nhöõng böôùc sau: töø nitrat thaønh nitrit, oxit nitrit, oxit nitrous vaø thaønh khí nitô: → − NO NO 2

ON 2

− 3

TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM

BK TPHCM

Sô

BHT thieáu

ñoà

quaù

trình Cung

cấp nitrat

khí

khöû

nitrat

Nước ra

Nước vào

Lắng

Anoxic Anoxic nitraùt Khöû nitraùt Khöû

Hiếu khí/Nitrat Hiếu khí/Nitrat hoá hoá

tuần

Bùn

hoàn

Bùn

dư

TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM

BK TPHCM

•

Trong

QuaQuaùù quaù

trình

khkhíí uu 1 trong

((tttt)) 3 nguoàn:

thaûi

(1) bsCOD

trtrììnhnh khöû trong

sinhsinh nitô, chaát nöôùc

hohoïï cho ñaàu

thiethieáá cc laø töû ñieän vaøo

–

(2) bsCOD

ra

phaân

huûy

noäi

baøo

sinh

trong

quaù

trình

–

(3) nguoàn

töø

acetate

beân

ngoaøi

nhö

methanol hoaëc

•

+ 10OH-

N + 10NO 5N2

+ 10CO2

O + NH3

+ 3H2

•

Nöôùc thaûi O3 H19 C10 Metanol

O + 6OH-

5CH3

OH + 6NO 3N2

+ 5CO2

+ 7H2

•

Acetate

O + 8OH-

+ 10CO2

Quaù

+ 6H2 Teân

5CH3 trình

(anoxic

chung

COOH + 8NO 4N2 khí thieáu processes) löûng tröôûng

lô

Taêng

(cid:190) Taêng tröôûng lô löûng khöû nitrat

tröôûng

baùm

dính

(cid:190) Taêng tröôûng baùm dính khöû nitrat TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM

Taêng 61

BK TPHCM

QuaQuaùù

cc

• huûy phaân hoïc sinh chaát caùc ñoäc vaø caùc chaát

trtrììnhnh

khkhöûöû

ññooää

cuûa huûy quaù sinh

Ñaëc khoù – vai troø nguoàn cô chaát cuûa VSV.

– ñoùng cô chaát ñoùng

– cô seõ cô hoùa

chaát

oxy hoùa. laø troø vai cheá theo chuyeån degradation). Coù hôïp hoùa chuyeån

trình hoïc höõu chaát höõu chaát höõu chaát chaát ñoåi cuûa ñoäng O vaø , H2 naøy thaønh bò (cometabolic enzym, caùc hoaëc CH4 phaân söï laø nghóa chuyeån bò chaát hôïp tröng phaân hôïp Caùc Caùc Caùc ñoàng vaøo thaønh cô hôïp hôïp trao hoaït CO2 khaùc.

seõ caùc huûy nhôø hoùa höõu • trình

huûy

kî

khí

beàn coù vöõng Quaù –

ñoäc kieän theå thôm voøng chaát duï caùc

phaân chaát ñieàu phaàn vaø caùc khí. Ví kî halogen vaø hoùa chöùa hôïp nhö: phenol, toluen, alcohols, chuyeån khoâng Nhieàu trong thaønh ketones.

– hôïp chaát cô höõu caùc nhö beùo axit cuûa phaân huûy

caùc kî raát troø khoù laø trong oxy hoùa nhaân

cô vaãn chlor vai ñoùng Phaàn ñieàu trong

lôùn kieän phaûn – taùc chöùa hôïp chaát höõu cô chlor dieãn ra

Caùc chaäm khí öùng öùng phaûn khoâng vaø höõu chuùng nhöng khöû. oxy hoùa caùc phaân hoaøn huûy toaøn.

TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM

BK TPHCM

cc

QuaQuaùù

• Quaù huûy trình hieáu phaân

((tttt)) vöõng beàn

caùc

khkhöûöû chaát

vaø caùc chaát –

ññooää höõu hôïp

cô chaát trong hydrocacbon voøng, thuoác saâu, hoùa

nguoàn cho chaát cô caùc

nöôùc thôm daàu, clcohols, ketones, methylene chlorinated phenols) VSV dò loaøi cuûa

– chaát caùc huûy chaát hôïp höõu cô

hoïc, vaø tröôûng caùc phaûn öùng phaân huûy khoù ñoàng Phaûn phaân trao dieãn coù ñoåi

phaân sinh vôùi hoïc söï

• caùc chaát khoù phaân huûy vaø

trtrììnhnh khí ñoäc lôùn Phaàn (ohenol, benzen, toluen, caùc thaûi tröø maïch chloride, vinyl chloride, chaát laø quaù döôõng. öùng huûy chaát cuûa

theo cuûa chaát caùc ra maët giaûi hoùa ñoäc sinh trình vaø ñoäc cheá cô oxy. ñoäc VSV phaân

Öùng sinh – huûy daàu moû vaø khí ñoát Söï duïng hoïc phaân

• ñoát hydrocacbon trong

laáy löôïng.

Caùc laøm daàu trao ñeå cacbon

• ñeàu naêng vi khuaån, naám huûy moác, naám vaø khí moû chaát ñoåi thuoäc hydrocacbon vaø hoï

VSV soáng nguoàn VSV phaân men: Mycobacterium, Pseudomonas, Bacterium, Bacillus, …

TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM

BK TPHCM

QuaQuaùù

cc

– Phaân huûy kittin

trtrììnhnh

khkhöûöû

ññooää

((tttt))

caáu goác caùc • chaát coù laø hôïp

taïo vöõng N- bôûi kh6ong tan trong beàn cao Kittin acetyl-D-glucozamin, laø nöôùc, trong dung moâi caùc

phaân hôïp höõu

töû chaát cô kitinase, xuùc soá • enzym öùng thuûy

ra kitiobise, kititriose vaø cho phaûn glucozamin.

VSV sinh thaønh kititn taùc axetyl

Moät phaân giaûi – Phaân pectin

• loaïi

cao trong polygalacturomic nöôùc

thuoäc thöïc dung moâi vaät, tan trong höõu cô.

Pectin laø boá phaân phaàn nhöng hôïp roäng lôùn töû loaïi caùc

• chaát phaân raõi caùc tan trong khoâng enzym (Exo ra VSV sinh

soá pectin goàm: naám P.C, Endo PG, Endo PMG,..) phaâ (Aspergillusniger, A.oryzae, A.flavus,...), vi

Moät giaûi khuaån carotovora, Erwinia aroideae, Clostridium, ...)

(Erwinia

– Phaân giaûi

• vöõng khí, chuùng chæ yeám bò phaân huûy ôû

lignin Lignin beàn hieáu kieän ñieàu

• thôøi khi söû duïng caùc nguoàn

TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM

huûy phaân Söï khaùc cacbon kieän meõ. ñoàng glucose, cellulose,...). ra nhö

ñieàu ôû maïnh khí xaûy lgnin vaøo cho

BK TPHCM

QuaQuaùù

cc

–

Phaân

huûy

caùc

hôïp

chlor

•

ññooää hôïp

((tttt)) chlor chaát

hoùa nhöng

trtrììnhnh chaát phaân

khkhöûöû chöùa huûy

caùc

naêng khaû chaäm.

VSV coù ñoái töông

TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM

BK TPHCM

QuaQuaùù

•

trình

quaù

cuûa

khöû

trtrììnhnh

khkhöûöû

kimkim

loaloaïï ii

nanaëë

ngng

loaïi bôûi

baèng vi sinh

bieän vaät

phaùp hoaëc

sinh hoïc oxy hoùa

•

cheá Cô phuï haáp söï laø thaønh chuùng trình

Quaù

baèng caùc vaät

haáp

kim caùc phuï

loaïi hôïp kim

kim naëng beàn. chaát bôûi loaïi

vi sinh

VSV coù

theå

chia

laøm

2 giai

xöû

lyù

kim

loaïi

naëng

baèng

–

trình Quaù ñoaïn:

•

ñoaïn

tích

laøm

giaûm

nhaát vaät

kim ñoä

loaïi kim

naëng loaïi

vaøo naëng

tuï noàng

Giai sinh trong

•

laø

giai laø nhaèm giai

ñoaïn

loaïi

boû

caùc

kim

loaïi

naëng

Giai khoûi

–

VSV tham

naëng

vaøo

sinh

hai buøn. loaïi kim

thöù ñoaïn vi sinh khoâi thaûi. nöôùc thöù ñoaïn khoái sinh tuï tích khuaån, caùc

taûo, naám

coù khoái men, naám

–

loaïi haøm

buøn

gia

ñoaïn xaï nhö khoái baèng

nhieàu moác, ... coù cao cuûa

chöùa bieän nhö:

löôïng hoïc sinh phaùp Thiobacillu

naëng loaïi tham söï ferrooxydans

kim vôùi

theå ñöôïc caùc vi loaïi Thiobacillus TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM

Giai gia Sinh lyù xöû khuaån thiooxydan.

vaø

BK TPHCM

QuaQuaùù

–

vaät

teá

phuï chuùng

((tttt)) ngng vaø baøo maët polysaccarit,

khkhöûöû caùc thaønh teá

kimkim loaïi kim caùc baøo

–

trtrììnhnh Vi sinh haáp chuyeån hoùa polymer vaø cuûa

protein trong trình

quaù

nanaëë beà treân cuûa chaát vaät. loaïi theå

trình

hoaït

buøn

VSV laø tính

Öùng keát daïng

ii loaloaïï ñöôïc hôïp vi sinh naëng kim phuï haáp laø giaù vôùi tính (PAC-Powdered Activated Carbon).

duïng hôïp boät

–

tính

ñöôïc

bôûi than hoaït theâm

dieãn

ra

than hoaït thôøi

phaûn

öùng

tröïc oxy hoùa

beå vaø

tieáp sinh

–

Öu

Theo quaù vaøo thoåi hoïc haáp cuûa ñieåm

trình khí phuï quaù

treân thì vaät trình

khi thì ñoàng lyù. laø:

taûi cao (1) Chòu ñöôïc troïng

(2) caùc oâ nhieãm khoù phaân huûy Khöû ñöôïc chaát

(3) vaø Khöû maøu khöû ammonia

(4) deã Buøn laéng

TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM

BK TPHCM

QuaQuaùù

ii loaloaïï

nanaëë

ngng

((tttt))

Quaù trình vaät

kimkim vi sinh

kim

Oxy hoùa

thöôøng muoái taïi

seõ saét chuyeån

döôùi muoái daïng naøy

)

toàn oxy caùc trình: 2 C O . Neáu theo + coù phöông → +

1 / 2 giaûi

2 phoùng

F e O H ( naêng

3 löôïng. Saét

saét hai

2 söï theo caën. Vi khuaån hoaëc sôïi daïng hoùa baøo trò Quaù laø trình Quaù keát loaïi xaûy

oxy hoùa ñôn daïng 2 hydroxyt caùc naøy Mn2+ chaát Oxy hoùa

daïng oxyt taïi döôùi

khoâng bò

tri hai

khkhöûöû trtrììnhnh loaïi bôûi oxy hoùa Fe2+ chaát hôïp caùc thoâng saét nöôùc nguoàn Trong vaø FeCO3 )2 (II): Fe(HCO3 hydroxyt saét thaønh hoùa H F e C O 3 2 + 3 coù keøm trình boâng laéng vaø vi khuaån saét chaäm. ra hôïp caùc Trong ñieàu tan trong oxy hoùa

M n

H O 2

hoùa trình:

loaïi

chuyeån cô. Quaù oàn löûng. Mangan phöông theo M n O + → thuoäc mangan

vi khuaån ñöôïc oxyt Vi khuaån naêng höõu hieän nhôø

töï nhieân kieän mangan traïng ôû maø nöôùc lô thaùi boán trò hoùa mangan thaønh 2 − + O H 2 1 / 2 + + 2 mangan hoùa chuyeån tuøy khí trình kî vi khuaån caùc hoùa thöïc

TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM

ñeàu hoùa tieän.