Đề tài Hồ sinh học

HỒ SINH HỌC I/ Tổng quan: Hồ sinh học là các ao hồ cĩ nguồn gốc tự nhiên hoặc nhân tạo, cịn gọi là hồ oxy hĩa, hồ ổn định nước thải,… Trong hồ diễn ra quá trình OXH sinh hĩa các chất hữu cơ nhờ các lồi vi khuẩn, tảo và các loại thủy sinh vật khác. xử lý nước thải Hồ oxy hĩa dùng xử lý nước thải bằng sinh học chủ yếu dựa vào quá trình tự làm sạch của hồ Hồ sinh học tưới cho cây trồng điều hịa dịng chảy Trong hồ xảy ra các quá trình sau : – Oxy hĩa các chất hữu cơ bởi các vi sinh vật hiếu khí ở lớp nước trên của hồ. – Quang hợp của tảo ở lớp nước trên cùng. – Phân hủy chất hữu cơ của các vi khuẩn yếm khí ở đáy hồ. Hồ sinh học Hồ sinh học được phân loại bởi những dạng vượt trội của phản ứng sinh học Hồ kỵ khí Hồ hiếu khí tùy tiện Hồ hiếu khí → Xây dựng hồ rất đơn giản, chỉ cần đào đất, phải lĩt nếu đât cĩ độ thấm cao Hồ kỵ khí Hồ hiếu khí Hồ hiếu khí tùy tiện Phân hủy cặn lắng dựa trên sự phân giải của VSV kỵ khí. Khơng cĩ tảo, diện tích bề mặt khơng quan trọng Oxy hĩa các chất hữu cơ nhờ VSV hiếu khí. Cung cấp oxy chủ yếu nhờ khuếch tán khơng khí qua mặt nước. - Nguồn oxy cung cấp chủ yếu là sự quang hợp của tảo. - Cần khuấy đảo bề mặt bằng thiết bị cung cấp khí Ưu điểm: Chi phí xây dựng , lắp đặt, bảo dưỡng thấp Hiệu suất khử fical cliform cao Thích hợp những vùng khí hậu nĩng Nhược điểm: Chỉ xử lý thứ cấp ở những thị trấn nhỏ khoảng 10.000 dân hoặc khu nơng thơn. II/ Hồ sinh học trong viêc xử lý nước thải: Nguồn gốc và tính chất nước thải: Nước thải sinh hoạt thành phần chính của nước thải chủ yếu là cặn lơ lửng SS, các chất dinh dưỡng P, N, BOD, COD, vi sinh,… Nước thải sản xuất: Nước thải từ các nhà máy thuộc nhiều loại hình khác nhau, tùy theo từng cơng nghệ và quy mơ sản xuất mà nước thải cĩ thành phần, nơng độ các chất ơ nhiễm khác nhau. Trước khi xả vào hệ thống đường ống nước thải cần phải xử lý cục bộ (khử độc, trung hịa, tách kim loại nặng,…) đạt tiêu chuẩn Tiêu chuẩn TCVN 7382 - 2004 Thơng số đặc trưng thiết kế hồ sinh học Thơng số Đơn vị Hồ hiếu khí Hồ tùy tiện Hồ Kỵ khí Diện tích ha 0,8-4,0 0,8-4,0 0,2-0,8 Thời gian lưu nước ngđ 5-20 5-30 20-50 Độ sâu m 0,9-1,5 1,2-2,4 2,4-4,8 Tải trọng kg/ha.ngđ 16,8 56-202 224-560 Hiệu quả khử BOD % 60-80 80-95 50-85 Nồng độ tảo mg/L 5-10 5-20 0-5 SS sau xử lý mg/L 10-30 40-60 80-160 pH 6,5-10,5 6,5-8,5 6,5-7,2 1/ Hồ hiếu khí: Hồ hiếu khí đơn giản nhất là các hồ bằng đất để xử lý nước thải bằng các quá trình tự nhiên dưới sự tác dụng của VSV và tảo. Hồ hiếu khí chứa vi sinh vật và tảo ở dạng lơ lửng, và điều kiện hiếu khí chiếm ưu thế suốt độ sâu hồ. Cĩ hai loại hồ hiếu khí cơ bản: (1) hồ nuơi tảo nhằm tạo điều kiện để tảo phát triển mạnh nhất ,(2) hồ hiếu khí nhằm đạt được lượng oxy hịa tan trong hồ lớn nhất. Cĩ thể nâng cao chất lượng oxy trong nước bằng cách kết hợp sục khí. Trong bể quang hợp hiếu khí, oxy được cung cấp bằng quá trình khuếch tán khí bề mặt tự nhiên và quá trình quang hợp của tảo. Ngoại trừ tảo, quần thể vi sinh vật tồn tại trong hồ tương tự quần thể vi sinh vật trong hệ thống bùn hoạt tính hiếu khí. Vi sinh vật sử dụng oxy sinh ra từ quá trình quang hợp của tảo để phân hủy hiếu khí các chất hữu cơ. Các chất dinh dưỡng và CO2 thải ra từ quá trình phân hủy này lại là nguồn thức ăn cho tảo Qúa trình phân hủy sinh học hiếu khí: PTTQ: Hữu cơ + O2 CO2 + H2O + NH3 + ... Trong đĩ C, O, H, N, S là các nguyên tố Carbon, Oxy, Hidro, Nitơ và Lưu huỳnh. Các sản phẩm trong quá trình hiếu khí trên chính là nguồn dinh dưỡng cho vi tảo phát triển. 2/ Hồ kỵ khí: Hồ kỵ khí được sử dụng để xử lý nước thải cĩ nồng độ chất hữu cơ và hàm lượng cặn cao. Quá trình ổn định nước thải trong hồ xảy ra dưới tác dụng kết hợp của quá trình kết tủa và quá trình chuyển hĩa chất hữu cơ thành CO2, CH4, các khí khác, các acid hữu cơ(hợp chất trung gian phát sinh mùi như các axit hữu cơ, H2S,...) và các tế bào mới. Đặc tính nước thải cĩ thể xử lý bằng phương pháp kỵ khí là cĩ hàm lượng chất hữu cơ cao, cụ thể là protein, mỡ, khơng chứa chất độc, đủ chất dinh đưỡng, cĩ nhiệt độ tương đối cao. Ưu điểm: Sinh ít bùn và khơng cần thiết thơng khí Khuyết điểm: Phân hủy khơng triệt để → phải xử lý tiếp chất thải bằng quá trình thứ cấp là quá trình hiếu khí. Cần nhiệt độ cao. 4.5m Lớp dầu mỡ và các vật nổi Lớp nước trong với 0.1% chất rắn hữu cơ Bề mặt phân chia bùn nước dịng ra _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ Dịng vào Vùng bùn và các VK yếm khí hoạt động mạnh với 3–4% chất hữu cơ Vấn đề thường gặp của hồ này là sự giảm nhiệt độ do mặt hồ khơng khuấy trộn được lớp dầu mỡ phủ kín để cách nhiệt và tránh tác động của giĩ. Điều kiện thiết kế hồ ở nhiệt độ > 200C Thời gian lưu/ngày Hiệu suất giảm BOD5 % 1 50 2.5 60 5 70 Hồ yếm khí được sử dụng thành cơng trong xử lý nước thải ở các lị mổ chế biến thịt. 3/ Hồ tùy tiện: Hồ ổn định chất lượng nước thải trong đĩ tồn tại cả ba loại vi sinh vật hiếu khí, kỵ khí và hiếu khí tùy tiện được gọi là hồ hiếu khí tùy tiện Trong hồ xảy ra các quá trình: -OXH các chất hữu cơ bởi các VSV hiếu khí ở lớp nước phía trên của hồ,vùng bề mặt nơi tảo và vi sinh vật tồn tại trong mối quan hệ cộng sinh -Vùng đáy kỵ khí, ở đĩ phân hủy chất hữu cơ của các VK yếm khí ở đáy hồ. -Vùng trung gian, một phần hiếu khí và một phần kỵ khí, ở đĩ chất hữu cơ được phân hủy đưới tác dụng của vi sinh vật hiếu khí tùy tiện. Tảo Vi sinh vật O2 CO2, Tảo mới NH3, PO43- NH3 PO43- Tế bào mới Tảo Ánh sáng mặt trời O2 O2 CO2 H2S H2S + 2O2 --> H2SO4 Tế bào chết Khuếch tán Nước thải Cặn lắng Chất hữu cơ CO2 + NH3 + H2S + CH4 Acid hữu cơ, rượu Bùn đáy Giĩ Vùng hiếu khí Vùng hiếu khí tùy tiện Vùng kỵ khí Sơ đồ hồ hiếu khí tùy tiện. Trong điều kiện tự nhiên: giĩ và nhiệt độ là yếu tố ảnh hưởng tới mật độ khuấy trộn của hồ. Vì quá trình quang hợp chỉ xảy ra ở độ sâu từ 150 – 300nm dưới bề mặt thống của nước → nếu khơng khuấy trộn thì phần lớn nước trong hồ nằm trong vùng tối. Lợi ích của việc khuấy trộn là để rút ngăn thời gian lưu và phân bố đều các chất dinh dưỡng cho tảo, oxy và VSV. Nước hồ sinh vật tùy tiện và hiếu khí cĩ màu xanh do tảo sinh trưởng trong nước hồ. Xử lý nước thải bằng vi tảo: Từ nhiều năm qua việc ứng dụng vi tảo (Microalgae) vào xử lý nước đã được nhiều nhà khoa học trong và ngồi nước nghiên cứu. Các nghiên cứu này minh chứng rằng cĩ nhiều loại tảo cĩ khả năng lọc nước như: tảo nâu (brown algae), Chlorella, Spirulina. Hệ thống vi tảo, là chất chỉ thị mơi trường ao nuơi nhạy cảm, nhanh và chính xác nhất. Ngồi yếu tố tích cực đầu tiên là nguồn thức ăn tự nhiên cho thủy sản (ứng dụng làm thức ăn thủy sản), vi tảo cịn tăng cường ơxy cho nước thơng qua quá trình quang hợp, dưới tác dụng của ánh sáng mặt trời vào ban ngày. Tảo sử dụng ánh sáng mặt trời, lấy khí CO2 trong nước để tổng hợp và thải ra ngồi mơi trường khí ơxy trong ao nuơi, dẫn đến màu nước tốt, giàu ơxy... Sự hiện diện của các loại tảo cĩ lợi trong nước cịn hạn chế tối đa sự hình thành các lồi tảo, rong, rêu… độc hại. Tảo lúc này giữ vai trị như nhà máy lọc sinh học tự nhiên khổng lồ, trực tiếp hấp thu tất cả những sản phẩm thừa, sản phẩm sau cùng của phânhuỷ hữu cơ, khí độc hại,… chuyển hố chúng sang dạng ít độc hại hoặc phân giải, phân huỷ chúng thành những vật chất khác đơn giản và vơ hại. Chất thải hữu cơ Các cá thể tảo mới Oxy hịa tan Ôxy hóa bởi vi khuẩn Quang hợp của tảo Năng lượng mặt trời Các cá thể vi khuẩn mới CO2 +H2O +NH4 Chlorophyll Chu trình cộng sinh vi khuẩn - tảo trong hệ thống xử lý nước thải Sự biến đổi pH ban ngày: Nếu tốc độ tiêu thụ CO2 của tảo nhanh hơn tốc độ cung cấp CO2 từ quá trình trao đổi chất của VK hoặc từ khí quyển thì các ion hydrocabonat và cacbonat sẽ tách ra: 2HCO3- → CO32- + H2O + CO2 CO32- + H2O → CO2 + 2OH- CO2 được tảo hấp thụ OH- tích lũy lại → pH tăng lên Trong tính tốn ao hồ ta cần xác định kích thước của chúng để đảm bảo thời gian lưu cần thiết của nước thải. Diện tích bề mặt hồ: Q . דּ F = H F: Diện tích bề mặt hồ (m2) Q: lưu lượng dầu vào (l/ngày) דּ: thời gian lưu thủy lực (ngày) H: chiều sâu hồ (m) Phương trình Gloyna: V: thể tích hồ (m3) V = (3.5.10-5 ). Q. La. θ35-T. f. f’ La: BOD đầu ra hoặc COD đầu vào (mg/l) θ = 1.085 : hệ số hiệu chỉnh T: nhiệt độ hồ (0C) f: hệ số độc tính của tảo f’: nhu cầu oxy sunfua Thường mặt trong của hồ được lát đá để tránh tác động của sĩng làm lở bờ. Nếu đáy hồ là loại đất thấm nước thì cần được gia cố chống thấm bằng lớp đất sét hoặc rải lớp vải nhựa để chống ơ nhiễm cho nước ngầm. Cĩ thể sử dụng nước thải sau xử lý để tưới cho cây trồng nếu: ≤ 105 Ecoli/100ml ≤ 1 trứng giun/l → Tùy từng trừơng hợp cụ thể mà ta cĩ thể chọn phương pháp xử lý cho thích hợp và cĩ thể kết hợp phương pháp xử lý kỵ khí với quá trình hiếu khí. Hồ Sen(Hải Phịng) là Hồ Sinh Học??? Hệ thống nước thải của hồ Sen được xây dựng theo 2 hệ thống riêng biệt: Thốt nước mưa và thu gom nước thải sinh hoạt của dân. Về cơ bản đã hạn chế được ơ nhiễm, song sau cải tạo vẫn khơng tránh khỏi nguồn nước mặt hồ nhiễm bẩn. Bởi vậy, ơ nhiễm càng khơng thể tránh khỏi cho dù cơ bản hồ Sen đã được cải tạo. Chưa kể, hồ Sen cịn bị nước thải của Cơng ty Bia Tây Âu (đường Hàng Kênh) xả ra hồ mà chưa được xử lý. TĨM LẠI: Hồ sinh học chỉ cĩ thể giải quyết được một phần các chất hữu cơ dễ phân hủy. Cịn lại nĩ hồn tồn vơ hại với các chất hữu cơ khĩ phân hủy, đặc biệt là độ màu và kim loại, hĩa chất cơng nghiệp… Tài liệu tham khảo: Giáo trình cơng nghệ mơi trường: Trịnh Thị Thanh - Trần Yêm - Đồng Kim Loan. Cơng nghệ xử lý nước thải: Trần Văn Nhân - Ngơ Thị Nga