Đề tài BOD - Nhu cầu oxi hóa sinh học (biochemical oxygen demand)

sử dụng oxy hòa tan trong nước. vì vậy , xác định hàm lượng oxi hòa tan trong nước là rất cần thiết, nó là một chỉ tiêu đánh giá ảnh hưởng của các chất hữu cơ đến nguồn nước trong quá trình oxi hóa sinh học b. BOD5 : Là lượng oxi cần thiết trong 5 ngày đầu trong nhiệt độ 200C trong buồng tối để tránh ảnh hưởng của các quá trình quang hợp c.Ứng dụng: Sử dụng trong quản lý và khảo sát chất lượng nước cũng như trong sinh thái học hay khoa học môi trường. giá trị BOD biểu thị 1 chỉ số cơ bản trong các chỉ tiêu quan trắc môi trường nước. Giá trị BOD cao hay thấp sẽ biểu thị mức độ ô nhiễm các hợp chất hữu cơ trong môi trường nước hay nói cách khác BOD được coi như một “chất” chỉ thị về chất lượng của nguồn nước . Từ các giá trị khảo sát nguồn nước, chúng ta có thể đánh giá chất lượng nguồn nước ,tìm hiểu, thiết kế xây dựng, đánh giá, kiểm tra quy trình xử lý nước sao cho phù hợp và đạt hiệu quả cao với mục đích sử dụng. II. Lịch sử BOD Royal Commission on River Pollution (Ủy ban Hoàng gia về Ô nhiễm Sông) được thành lập năm 1865 và sau đó là sự hình thành của Royal Commission on Sewage Disposal (Ủy ban Hoàng gia về Loại bỏ Nước thải) vào năm 1898 đã dẫn tới sự lựa chọn BOD5 vào năm 1908 như là thử nghiệm cuối cùng đối với ô nhiễm hữu cơ của các con sông. Năm ngày đã được chọn như là khoảng thời gian thích hợp cho thử nghiệm, do nó được coi là thời gian dài nhất mà nước sông có thể chảy từ thượng nguồn tới cửa sông tại Vương quốc Anh. Năm 1912, Ủy ban này cũng thiết lập tiêu chuẩn 20 ppm BOD5 như là nồng độ tối đa cho phép của nước thải đã qua xử lý để đổ vào các con sông với điều kiện là ít nhất phải có tỷ lệ hòa loãng 8:1 cho dòng chảy vào thời gian có thời tiết khô ráo. Nó được đặt trong tiêu chuẩn nổi tiếng 20:30 (BOD:Các chất rắn huyền phù) + nitrat hóa đầy đủ, được sử dụng như là tiêu chuẩn so sánh tại Vương quốc Anh cho tới tận thập niên 1970 đối với chất lượng nước tuôn ra từ các công trình xử lý nước thải. III. Bảng tiêu chuẩn so sánh giá trị BOD * Giá trị giới hạn cho phép của các thông số và nồng độ ô nhiễm trong nước mặt: TT Thông số Đơn vị Giá trị giới hạn A B 1 BOD5 mg/l <4 <25 Cột A áp dụng đối với nước mặt có thể dùng làm nguồn nước cấp sinh hoạt Cột B áp dụng với nước mặt làm với mục đích khác. Nước dùng cho nông nghiệp và nuôi trồng thủy sản có quy định riêng. CHƯƠNG 2: XÁC ĐỊNH CHỈ SỐ BOD I. Mục đích của việc xác định BOD trong khảo sát ô nhiễm nước? - BOD là một trong những chỉ tiêu đánh giá mức độ gây ô nhiễm của các chất thải và khả năng tự làm sạch của nguồn nước. - BOD có ý nghĩa biểu thị lượng các chất hữu cơ trong nước có thể bị phân huỷ bằng các vi sinh vật. - Làm cơ sở tính toán kích thước các công trình xử lý. - Xác định hiệu suất xử lý của 1 số quá trình - Đánh giá chất lượng nước sau khi xử lý được phép thải vào các nguồn nước. II. DO. 2.1. Khái niệm: DO: lượng oxy hòa tan trong nước cần thiết cho sự hô hấp của các thủy sinh. Trong các chất khí hòa tan trong nước, oxy hòa tan đóng một vai trò rất quan trọng. Oxy hòa tan cần thiết cho sinh vật thủy sinh phát triển, nó là điều kiện không thể thiếu của quá trình phân hủy hiếu khí của vi sinh vật. Khi nước bị ô nhiễm do các chất hữu cơ dễ bị phân hủy bởi vi sinh vật thì lượng oxy hòa tan trong nước sẽ bị tiêu thụ bớt, do đó giá trị DO sẽ thấp hơn so với DO bão hòa tại điều kiện đó. Vì vậy DO được sử dụng như một thông số để đánh giá mức độ ô nhiễm chất hữu cơ của các nguồn nước. DO có ý nghĩa lớn đối với quá trình tự làm sạch của sông (assimilative capacity - AC). Đơn vị tính của DO thường dùng là mg/l. 2.2. Phương pháp xác định DO. Có thể xác định DO bằng hai phương pháp: - Phương pháp Winkler (hóa học). - Phương pháp điện cực oxy hòa tan - máy đo oxy. - Phương pháp Winkler: Cách tiến hành: Oxy trong nước được cố định ngay sau khi lấy mẫu bằng hỗn hợp chất cố định (MnSO4, KI, NaN3), lúc này oxy hòa tan trong mẫu sẽ phản ứng với Mn2+ tạo thành MnO2. Khi đem mẫu về phòng thí nghiệm, thêm acid sulfuric hay phosphoric vào mẫu, lúc này MnO2 sẽ oxy hóa I- thành I2. Chuẩn độ I2 tạo thành bằng Na2S2O3 với chỉ thị hồ tinh bột. Tính ra lượng O2 có trong mẫu theo công thức: DO (mg/l) = (VTB x N/ VM ) x 8 x 1.000 Trong đó: VTB: là thể tích trung bình dung dịch Na2S2O3 0,01N  (ml) trong các lần chuẩn độ. N: là nồng độ đương lượng gam của dung dịch Na2S2O3 đã sử dụng. 8: là đương lượng gam của oxy. VM: là thể tích (ml) mẫu nước đem chuẩn độ. 1.000: là hệ số chuyển đổi thành lít. - Phương pháp điện cực oxy hoà tan- máy đo oxy: Đây là phương pháp được sử dụng rất phổ biến hiện nay. Máy đo DO được dùng để xác định nồng độ oxy hòa tan ngay tại hiện trường. Điện cực của máy đo DO hoạt động theo nguyên tắc: dòng điện xuất hiện trong điện cực tỷ lệ với lượng oxy hòa tan trong nước khuếch tán qua màng điện cực, trong lúc đó lượng oxy khuếch tán qua màng lại tỷ lệ với nồng độ của oxy hòa tan. Đo cường độ dòng điện xuất hiện này cho phép xác định được DO. III. Chỉ số BOD5 Trong thực tế, người ta không thể xác định lượng oxi cần thiết để phân hủy hoàn toàn các chất hữu cơ bằng phương pháp sinh học, mà chỉ xác định lượng oxi cần thiết trong 5 ngày đầu ở nhiệt độ 200C trong bóng tối (để tránh hiện tượng quang hợp trong nước). Chỉ số này được gọi là BOD5. chỉ số này được dùng ở hầu hết các nước trên thế giới. Phần lớn các con sông còn nguyên sơ sẽ có BOD 5 ngày (kí hiệu là BOD5) là nhỏ hơn 1 mg/L. Các con sông bị ô nhiễm ở mức độ nhẹ sẽ có giá trị BOD5 trong khoảng 2-8 mg/L. Nước thải đô thị được xử lý có hiệu quả bằng công nghệ ba giai đoạn có thể có giá trị của BOD5 vào khoảng 20 mg/L. Nước thải chưa xử lý thì có giá trị BOD5 không cố định, nhưng trung bình vào khoảng 600 mg/L tại châu Âu và khoảng 200 mg/L tại Hoa Kỳ hay tại các khu vực mà nó bị thấm lọc qua nước ngầm hay nước bề mặt. Các giá trị nói chung của Hoa Kỳ thấp chủ yếu là do tại đây lượng nước tiêu thụ trên đầu người là cao hơn rất nhiều so với các khu vực khác của thế giới. Bùn sệt từ các trang trại chăn nuôi bò sữa có giá trị BOD5 vào khoảng 8.000 mg/L còn thức ăn ủ thành xi lô có giá trị BOD5 vào khoảng 60.000 mg/L Mức BOD (bằng ppm) Chất lượng nước 1 – 2 Rất tốt-không có nhiều chất thải hữu cơ 3 – 5 Tương đối sạch 6 – 9 Hơi ô nhiễm 10+ Rất ô nhiễm Trong nước thải thường có hàm lượng chất hữu cơ khá lớn và lượng oxi hòa tan không đủ đáp ứng cho 5 ngày ở 200C. Để xác định BOD5, thường dùng phương pháp pha loãng mẫu nước bằng cách bổ sung vào nước 1 số chất khoáng và làm bão hòa oxi hòa tan. Dịch pha loãng được chuẩn bị ở chai miệng to. Bão hòa oxi bằng cách thổi khí vào 1lit nước cất và lắc nhiều lần đến khi bão hòa oxi hòa tan sau đó thêm các dung dịch : 1ml dung dịch đệm phosphat pH = 7,2 (hòa tan 8,5g KH2PO4; 21,75g K2PO4; 33,4g Na2HPO4.7H2O; 1,7g NH4Cl trong nước cất định mức 1lit). 1ml magie sunphat (hòa tan 2,25g MgSO4.7H2O trong 100ml nước cất). 1ml canxi clorua (hòa tan 2,75 CaCl2 trong 100ml nước cất). 1ml FeCl3 (hòa tan 0,25g FeCl3.6H2O trong nước cất dd 1lit). 3. 2. Cách xác định BOD5 . (theo “Công nghệ xử lý nước thải bằng biện pháp sinh học”---Lương Đức Phẩm) A. Dụng cụ: - Chai 300ml có nút dài. - Buret, pipet, bình nón, tủ điều nhiệt. B. Cách tiến hành: Mẫu nước chứa trong lọ đầy, nút kín. Trước khi phân tích cần trung hòa về pH=7 bằng H2SO4 hoặc NaOH 1N. nếu cần sẽ tiến hành pha loãng dựa vào chỉ số BOD: BOD trong khoảng 1-6mg O2/l không cần pha loãng. 12mg O2/l pha loãng tỉ lệ 1:1 (1 phần nước + 1 phần dịch pha loãng). 30mg O2/l pha loãng tỉ lệ 1:4 (1 phần nước + 4 phần dịch pha loãng). 60mg O2/l pha loãng tỉ lệ 1:9 (1 phần nước + 9 phần dịch pha loãng). 300mg O2/l pha loãng tỉ lệ 2:98 (2 phần nước + 98 phần dịch pha loãng). 600mg O2/l pha loãng tỉ lệ 1:99 (1 phần nước + 99 phần dịch pha loãng). 1200mg O2/l pha loãng tỉ lệ 0,5:99.5 (0,5 phần nước + 99,5 phần dịch pha loãng). Khi pha loãng cần hết sức chú ý không để oxi bị cuốn theo. Mẫu nước (sau khi pha loãng) được cho vào hai chai phân tích BOD có dung tích 300ml, cho đầy, đậy nút kín. 1 chai ủ 5 ngày trong bóng tối ở 200C. 1 chai đem xác định DO ở thời điểm ban đầu. Chai ủ sau 5 ngày đem phân tích. Tính kết quả: BOD5, mg O2/l = D1 lượng oxi hòa tan sau khi pha loãng ở thời điểm ban đầu phân tích (mg/l) D2 lượng oxi hòa tan sau 5 ngày ủ ở 200C (mg/l) P hệ số pha loãng; P = Thể tích mẫu nước đem phân tích/(thể tích mẫu nước đem phân tích cộng dịch pha loãng) Trường hợp phải bổ sung vi sinh vật vào mẫu thử (có thể là nguồn nước cống) để đảm bảo quá trình phân hủy các chất hữu cơ. BOD5 tính theo công thức: BOD5 (mg/l) = D1 và D2 chỉ số DO trước và sau khi ủ (mg/l) của mẫu nước pha loãng giống công thức trên. B1 và B2 chỉ số DO trước và sau khi ủ (mg/l) của mẫu nước pha loãng có cấy thêm nguồn vi sinh vật. F tỉ số giữa thể tích dịch bổ sung vi sinh vật trong mẫu và trong đối chứng. F =%(ml) dịch bổ sung vsv trong D1/ %(ml) dịch bổ sung vsv trong B1 BOD5 rất thích hợp cho các nước ôn đới và bây giờ gần như là chỉ số chuẩn dùng để xác định sự ô nhiễm của nước, đặc biệt là nước thải, ở khắp trên thế giới. hiện nay ở các nước có khí hậu nhiệt đới dùng chỉ số BOD3: mẫu được ủ ở 300C trong 3 ngày, phân tích DO ở thời điểm ban đầu và cuối khi ủ rồi tính ra BOD3. cũng có khi dùng chỉ số BOD20: ủ mẫu thử 20 ngày ở 200C để tính ra nhu cầu oxi cho phân hủy 90-95% các hợp chất hữu cơ dễ phân hủy trong nước. Ngiên cứu động học của phản ứng BOD đã chứng minh được rằng, hầu hết chúng là các phản ứng bậc 1 nên tốc độ phản ứng tỉ lệ với lượng chất hữu cơ trong nước. Giả thiết Lt là hàm lượng BOD ứng với thời gian t và k là hằng số tốc độ phản ứng, khi đó có thể viết: Tích phân được: = e-kt =10-kt (*) Trong đó: Lo hàm lượng BOD ứng với thời điểm t=0 (tổng BOD hay BOD cuối cùng của pha Cacbon) Mối quan hệ giữa k (cơ số e) và K (cơ số 10): K= Lượng BOD còn lại ở thời điểm t: Lt= Lo. e-k.t (**) Hằng số tốc độ k của phản ứng BOD là thông số biểu thị tốc độ phân hủy sinh học các chất hữu cơ và nước thải, vì khi k tăng, tốc độ phụ thuộc vào nhiều yếu tố: bản chất chất thải, khả năng phân hủy chất thải của vi sinh vật và nhiệt độ. Tốc độ phân hủy sinh học chất thải tăng khi nhiệt độ tăng. Để biểu thị mối quan hệ giữa nhiệt độ và hằng số tốc độ phản ứng k người ta thường sử dụng công thức sau: k= k20.θ (T-20) Trong đó: k20 – hằng số tốc độ phản ứng ở nhiệt độ chuẩn 200C k – hằng số tốc độ ở nhiệt độ T0C θ – hệ số nhiệt độ ( thường lấy giá trị 1,047) Ở trên ta đã giả thiết chỉ có quá trình oxi hóa sinh học phần Cacbon trong chất thải , nhưng cũng có khả năng tăng thêm nhu cầu oxi sinh hóa do quá trình oxi hóa các hóa chất Nito. Như vậy, thực tế đường cong BOD sẽ có 2 pha: pha C và N như trên hình 1.3. Điều cần chú ý là nhu cầu oxi hóa sinh hóa pha nito (NBOD) bắt đầu trong khoảng ngày thứ 5 – 8. Vì vậy quá trình nitrat hóa không ảnh hưởng tới kết quả trong thí nghiệm phân tích BOD5. Khi phân tích phản ứng oxi hóa các hợp chất chứa nito cho phép ta xác định lượng oxi tiêu tốn cho quá trình nitrat hóa. *Bảng thông số các giá trị k20 Mẫu K20 Nước cống 0,35-0,1 Nước cống đã xử lý tốt 0,1-0,25 Nước sông ô nhiễm 0,1-0,25 IV. Ý nghĩa: BOD biểu thị một cách gián tiếp lượng chất hữu cơ có trong nước có thể bị phân hủy bằng vi sinh vật. BOD được sử dụng rộng rãi trong kĩ thuật môi trường nhằm xác định gần đúng lượng oxi cần thiết để phân hủy các chất hữu cơ bằng biện pháp sinh học có trong nước thải. Đồng thời cũng dựa vào chỉ số này để tính toán được hiệu suất xử lý trong quá trình làm cơ sở cho tính toán nước sau xử lý rong quá trình, làm cơ sở cho tính toán thiết kế conng trình và tiêu chuẩn hóa nước thải (xem nước sau xử lý có thể đổ vào nguồn nước sử dụng hay không). V. Hạn chế trong quá trình xác định Các phương pháp thử nghiệm đều có một số yếu tố khách quan ảnh hưởng. Các xét nghiệm thường cho thấy kết quả khác nhau. Ví dụ như “độc tính trong nước” Một số chất thải có chứa hóa chất có khả năng ức chế sự phát triển vi sinh vật hoặc hoạt động, bao gồm các chất thải công nghiệp, thuốc kháng sinh trong chất thải dược phẩm y tế, vệ sinh trong chế biến thực phẩm hoặc các cơ sở làm sạch thương mại, khử trùng clo được sử dụng sau xử lý nước thải thông thường, và mùi kiểm soát các công thức được sử dụng trong chất thải vệ sinh . những chất này gây ức chế sự sinh trưởng và phát triển vi sinh vật, nhu cầu oxy hóa các chất hữu cơ dễ phân hủy sẽ thấp hơn kết quả kiểm tra. Hay là sự lựa chọn quần thể vi sinh vật phù hợp với môi trường nước.Thử nghiệm này dựa trên một hệ sinh thái vi khuẩn với các enzym có khả năng oxy hóa các vật liệu hữu cơ có sẵn. Một số nước thải, chẳng hạn như nước thải sinh học, đã chứa một số lượng lớn vi sinh vật thích nghi với nước đang được thử nghiệm. Một phần đáng kể chất thải có thể được sử dụng trong thời gian nhằm bảo ôn mẫu trước khi bắt đầu quá trình phân tích. Mặt khác, chất thải hữu cơ từ các nguồn công nghiệp khác nhau có thể yêu cầu các enzyme đặc hiệu. Quần thể vi khuẩn từ các nguồn vi sinh vật mầm mống tiêu chuẩn có thể mất một số thời gian để sản xuất những enzyme đó. Tóm lại: Yêu cầu vi sinh vật trong mẫu phân tích phải có nồng độ các tế bào sống đủ lớn và các vi sinh vật bổ sung phải được thích nghi với môi trường. Nếu nước thải có các chất độc hại phải xử lý sơ bộ loại bỏ bớt các chất đó, sau đó mới có thể tiến hành phân tích, đồng thời cần chú ý giảm ảnh hưởng trong các vi khuẩn nitrat hóa. Thời gian phân tích quá dài ( 5 hoặc 3 ngày). Vì vậy, trong nghiên cứu hoặc trong giám satsquas trình xử lý người ta cần xác định hệ số tỉ lệ giữa COD và BOD rồi tiến hành phân tích COD trong quá trình. 6. Những điểm chú ý trong việc xác định BOD: 6.1. Điều kiền cần phải thực hiện để có kết quả phân tích BOD chính xác?5 điều kiện ảnh hưởng tới kết quả phân tích BOD:- Các chất độc hại đối với VSV.- pH và điều kiện thẩm thấu phải thích hợp.- Chất dinh dưỡng.- Nhiệt độ. - Seed ( Vi sinh vật được bổ sung trong pt BOD) 6.2. Điều kiện thỏa mãn quá trình pha loãng mẫu nước để xác định BOD:- Nước không chứa tảo và vi khuẩn. Tốt nhất là nước cất.- pH nước khoảng 6.5 – 8.5- Điều kiện thẩm thấu thích hợp được duy trì bằng K3PO4 và Na3PO4.- Nước pha loãng phải đồng nhất và không chứa Nitơ- Nước pha loãng phải được sục khí cho đến khi bão hòa ôxy.6.3. Mục đích của việc cho các chất sau vào trong quá trình phân tích BOD:- FeCl3 : Keo tụ các chất rắn lơ lửng- MgSO4: có tác dụng khử cứng- K2HPO4 : Dinh dưỡng cho Vi sinh vật- NH4Cl: Dinh dưỡng cho Vi sinh vật- CaCl2 : Dinh dưỡng cho Vi sinh vật6.4. Giải thích tại sao 1 mẫu nước song có nhiệt độ thấp hơn 20oC cần phải xử lý sơ bộ trước khi phân tích BOD?Nếu nước có nhiệt độ thấp hơn 20o sẽ ngăn cản sự hoạt động của VSV. Nếu lớn hơn 20o sẽ xảy ra hiện tượng quang hợp do sự phát triển của tảo làm sai lệch kết quả pt.6.5. Tại sao lại phải cho thêm một số chất dinh dưỡng ban đầu khi tiến hành xác định BOD của mẫu nước thải công nghiệp khó có khả năng oxi hóa sinh học?Mục đích là cung cấp dinh dưỡng cho sự phát triển của VSV6.6. Tại sao kết quả phân tích giá trị BOD thông thường không được khyến cáo để suy ra nhu cầu Oxy hóa Nitơ trong xử lý nước thải:∑BOD = BODCO3 + BODN2 Vì Nitơ cho thêm vào nước chỉ tác dụng cung cấp dinh dưỡng cho VSV 6.7. phương pháp hiện nay sử dụng trong việc kiểm soát quá trình Nitrát hóa trong xác định BOD5 .- Thời gian ủ là 5 ngày- Các chất ức chế vi khuẩn Nitrat hóa như Methylene Blue hoặc Allylthourae.- Khử trùng bằng Clorine.6.8. Những yếu tố ảnh hưởng tới tốc độ ôxy hóa sinh học trong xác định BOD:- Các chất độc hại đối với VSV- pH và điều kiện thẩm thấu phải thích hợp- Chất dinh dưỡng- Nhiệt độ- Seed ( Vi sinh vật được bổ sung trong pt BOD)6.9. Ý nghĩa cũa sự hoat động của vi sinh vật :- Liên quan đến tốc độ ôxy hóa sinh học. - Phân huỷ các chất hữu cơ - Xử lý mùi của nước thải: Methyl sulfide, dimethyl sulfide được phân hủy bởi các chủng Thiobacillus và Hyphomicrobium oxy hóa sulfat. Xử lý bằng tháp lọc: VK quang hợp như Chlorobium có thể lọai bỏ đến 95% khí H2S từ nước thải sau xử lý của một bể kị khí. - Xử lý một số kim loại nặng: Hg, Cd, Pb, Se, As... *Các yếu tố ảnh huởng đến hoạt động của vsv Chất dinh dưỡng . Những chất vi lượng . pH của vk: 6.5 – 7.5 (vk không chịu đuợc pH >9 và pH<4. VII.An toàn bảo hộ Xử lý nước thải có rất nhiều loại bệnh tiềm năng gây ra với các tác nhân gây bệnh bao gồm vi khuẩn, nấm, động vật nguyên sinh và  virus. Thực hành tốt vệ sinh cá nhân rất quan trọng trong việc kiểm soát và lây lan của bệnh do tiếp xúc với nước thải. Hầu hết các bệnh nhiễm trùng gây ra do tay rồi tiếp xúc với miệng. Tránh ăn, chạm vào mắt hay cơ thể của bạn với nguồn nước  bị nhiễm bẩn . Phải rửa tay thường xuyên bằng chất khử trùng, xà phòng và nhiều nước nóng. Nhận sự chăm sóc y tế thích hợp để tránh - nhiễm từ các vết cắt hoặc vết thương đâm thủng khi tiếp xúc với nước thải.              -Thiết bị bảo vệ cá nhân + Quần áo tạo ra một rào cản giữa bạn và tác nhân gây bệnh. Mang áo khoác phòng thí nghiệm của bạn tại mọi thời điểm khi làm việc trong lĩnh vực này.+ găng tay cao su được khuyến cáo khi làm việc với nước thải.+ kính an toàn hoặc lá chắn phải được đeo ở tất cả các lần tiếp xúc .+ Khử trùng các bề mặt làm việc+ thùng chứa chất thải lỏng ngay lập tức sau khi sử dụng, rửa sạch và phun khử trùng CHƯƠNG 3: BIỆN PHÁP XỬ LÝ BOD Với đặc tính của nước thải cần xử lý: BOD biểu thị một cách gián tiếp lượng chất hữu cơ có trong nước có thể bị phân hủy bởi vi sinh vật. nên biện pháp xử lý được quyết định bởi quy trình xử lý sinh học. I. Một số quá trình sinh học được dùng trong xử lý nước thải Loại Tên chung Áp dụng Quá trình hiếu khí Sinh trưởng lơ lửng Sinh trưởng gắn kết Kết hợp quá trình st lơ lửng và gắn kết Quá trình bùn hoạt hóa Hồ làm thoáng Phân hủy hiếu khí Bể lọc sinh học Quá trình lọc sinh học hoạt tính Khử BOD chứa cacbon( nitrar hóa) Khử BOD chứa cacbon ổn định,khử BOD chứa cacbon khử BOD chứa cacbon- nitrat khử BOD chứa cacbon- nitrat Quá trình kị khí Sinh trưởng lơ lửng Sinh trưởng gắn kết Lên men phân hủy kị khí Quá trình tiếp xúc kị khí Quá trình lọc kị khí ổn định,khử BOD chứa cacbon Khử BOD chứa cacbon Khử BOD chứa cacbon Quá trình kết hợp hiếu khí –trung gian anoxic- kị khí Kết hợp st lơ lửng- gắn kết Quá trình một bậc hoặc nhiều bậc, các quá trình có tính chất khác nhau Quá trình một bậc hoặc nhiều bậc Khử BOD chứa cacbon Khử BOD chứa cacbon Quá trình ở hồ Hồ hiếu khí Hồ bậc ba( xử lý triệt để) Hồ tùy tiện Hồ kị khí Khử BOD chứa cacbon Khử BOD chứa cacbon-nitrat hóa khử BOD chứa cacbon khử BOD chứa cacbon ( ổn định chất thải- bùn ) II. Giới thiệu một số mô hình xử lý 2.1 Bể lọc sinh học nhỏ giọt Bể lọc sinh học nhỏ giọt đã được dùng để xử lý nước thải hơn 100 năm. Bể lọc nhỏ giọt đầu tiên xuất hiện ở Anh năm 1893, hiện nay được sử dụng ở hầu khắp các nước với các trạm xử lý công suất nhỏ. Ở nước ta bể lọc sinh học nhỏ giọt đã được xây dựng tại nhà máy cơ khí Hà Nội, xí nghiệp chế biến thuốc thú y Hà Tây, bệnh viện đa khoa Gia Lâm v.v... Nước thải được phân phối đều trên bề mặt nguyên liệu lọc (hoạt động như giá bám cho vi khuẩn) theo kiểu nhỏ giọt hoặc phun tia. Lượng không khí cần thiết cho quá trình được cấp vào nhờ quá trình thông gió tự nhiên qua bề mặt hở phía trên và hệ thống thu nước phía dưới của bể lọc. Ngày nay người ta thường sử dụng chu trình lọc 2 pha bao gồm 2 bể lọc nối tiếp nhau. Bể lọc sinh học nhỏ giọt chia ra bể lọc vận tốc chậm, bể lọc vận tốc trung bình và nhanh, bể lọc cao tốc, bể lọc thô (xử lý nước thải sơ bộ trước giai đoạn xử lý thứ cấp), bể lọc hai pha. Bể lọc vận tốc chậm: có hình trụ hoặc chữ nhật, nước thải được nạp theo chu kỳ, chỉ có khoảng 0,6 ¸ 1,2 m nguyên liệu lọc ở phía trên có bùn vi sinh vật còn lớp nguyên liệu lọc ở phía dưới có các vi khuẩn nitrat hóa. Hiệu suất khử BOD cao và cho ra nước thải chứa lượng nitrat cao. Tuy nhiên cần phải lưu ý đến vấn đề mùi hôi và sự phát triển của ruồi Psychoda. Nguyên liệu lọc thường dùng là đá sỏi, xỉ. Bể lọc vận tốc trung bình và nhanh: thường có hình trụ tròn, lưu lượng nạp chất hữu cơ cao hơn, nước thải được bơm hoàn lưu trở lại bể lọc và nạp liên tục, việc hoàn lưu nước thải giảm được vấn đề mùi hôi và sự phát triển của ruồi Psychoda. Nguyên liệu lọc thường sử dụng là đá sỏi, plastic. Bể lọc cao tốc: có lưu lượng nạp nước thải và chất hữu cơ rất cao, khác với bể lọc vận tốc nhanh ở điểm có chiều sâu cột lọc sâu hơn do nguyên liệu lọc làm bằng plastic, do đó nhẹ hơn so với đá sỏi. Bể lọc thô: lưu lương nạp chất hữu cơ lớn hơn 1,6 kg/m3.d, lưu lượng nước thải là 187m3/m2.d bể lọc thô dùng để xử lý sơ bộ nước thải trước giai đoạn xử lý thứ cấp. Bể lọc hai pha: thường sử dụng để xử lý nước thải có hàm lượng chất ô nhiễm cao và cần nitrat hóa đạm trong nước thải. Giữa 2 bể lọc thường có bể lắng để loại bỏ bớt chất rắn sinh ra trong bể lọc thứ nhất. Bể lọc thứ nhất dùng để khử BOD của các hợp chất chứa carbon, bể thứ hai chủ yếu cho quá trình nitrat hóa. 2.2 Đĩa tiếp xúc sinh học Đĩa tiếp xúc sinh học đầu tiên được lắp đặt ở Tây Đức vào năm 1960, sau đó du nhập sang Mỹ. Ở Mỹ và Canada 70% số đĩa tiếp xúc sinh học được dùng để khử BOD của các hợp chất carbon, 25% dùng để khử BOD của các hợp chất carbon kết hợp với nitrat hóa nước thải, 5% dùng để nitrat hóa nước thải sau quá trình xử lý thứ cấp. Để thiết kế đĩa tiếp xúc sinh học cần lưu ý các thông số sau: cách sắp xếp các đĩa tiếp xúc sinh học, lưu lượng nạp, chất lượng nước thải đầu ra và nhu cầu của bể lắng thứ cấp. Cách sắp xếp các đĩa tiếp xúc sinh học: người ta dùng các vách ngăn để chia bể xử lý thành nhiều ngăn, mỗi ngăn có một đĩa sinh học hoạt động độc lập, hoặc sử dụng nhiều bể chứa các đĩa sinh học nối tiếp nhau. Người ta thường sử dụng các hệ thống xử lý từ ba giai đoạn đĩa sinh học trở lên, việc sử dụng nhiều giai đoạn đĩa sinh học nhằm nitrat hóa nước thải. Lưu lượng nạp: lưu lượng nạp rất quan trọng đối với hiệu suất của đĩa sinh học, nạp quá tải sẽ làm thiếu DO cần thiết cho quá trình, sinh mùi thối do khí H2S, sinh ra nhiều vi sinh vật hình sợi làm giảm diện tích tiếp xúc bề mặt. Các cách sắp xếp đĩa sinh học 2.3 Kết hợp các biện pháp xử lý hiếu khí a) Bể lọc sinh học hoạt tính: giống như bể lọc sinh học nhỏ giọt cao tải, chỉ khác là bùn từ bể lắng thứ cấp được bơm hoàn lưu vào bể lọc sinh học hoạt tính để tăng mật độ vi sinh vật trong bể này. Ưu điểm của bể lọc sinh học hoạt tính là hiệu suất khử BOD cao hơn, lưu lượng nạp BOD có thể tăng 4 ¸ 5 lần so với bể lọc sinh học nhỏ giọt thông thường. Thông số thiết kế thường dùng là 3,21 ¸ 4,00 kg/m3.d (hiệu suất khử BOD là 60 ¸ 65%). Hiệu suất khử BOD của bể lọc sinh học hoạt tính và bể lắng thứ cấp được tính theo công thức: trong đó Le: nước thải sau xử lý L0: nước thải trước xử lý KT: khả năng khử BOD ở nhiệt độ T (oC) = K20q T-20; K20 = 12,16 TL: lưu lượng nạp chất hữu cơ kg/m3.d; q = 1,016 đối với nước thải gia dụng. b) Bể lọc sinh học nhỏ giọt kết hợp với bể sục khí: hệ thống này gồm bể lọc sinh học nhỏ giọt, bể sục khí và bể lắng thứ cấp. Các bùn vi sinh vật từ bể lọc được đưa qua bể sục khí để tạo bông cặn và khử các chất hữu cơ hòa tan. c) Kết hợp bể lọc thô với bể bùn tính: giống như bể lọc sinh học nhỏ giọt kết hợp với bể sục khí, tuy nhiên hệ thống này có thể hoạt động được với lưu lượng nạp chất hữu cơ cao hơn. Bể lọc thô dùng để khử chất hữu cơ của nước thải giúp cho hệ thống khỏi bị hoạt động quá tải hay dưới tải. d) Kết hợp bể lọc sinh học với bể bùn hoạt tính e) Kết hợp bể lọc sinh học và bể bùn hoạt tính theo dạng nối tiếp 2.4 Xử lý nước thải bằng thủy sinh thực vật Xử lý nước thải bằng tảo Tảo là nhóm vi sinh vật có khả năng quang hợp, chúng có thể ở dạng đơn bào (vài loài có kích thước nhỏ hơn một số vi khuẩn), hoặc đa bào (như các loài rong biển, có chiều dài tới vài mét). Các nhà phân loại thực vật dựa trên các loại sản phẩm mà tảo tổng hợp được và chứa trong tế bào của chúng, các loại sắc tố của tảo để phân loại chúng. Một số loài tảo tiêu biểu Tảo có tốc độ sinh trưởng nhanh, chịu đựng được các thay đổi của môi trường, có khả năng phát triển trong nước thải, có giá trị dinh dưỡng và hàm lượng protein cao, do đó người ta đã lợi dụng các đặc điểm này của tảo.Thông thường người ta kết hợp việc xử lý nước thải và sản xuất và thu hoạch tảo để loại bỏ chất hữu cơ trong nước thải. Tuy nhiên tảo rất khó thu hoạch (do kích thước rất nhỏ), đa số có thành tế bào dày do đó các động vật rất khó tiêu hóa, thường bị nhiễm bẩn bởi kim loại nặng, thuốc trừ sâu, các mầm bệnh còn lại trong nước thải. Các phản ứng diễn ra trong ao tảo chủ yếu là "hoạt động cộng sinh giữa tảo và vi khuẩn". Một số giá trị tham khảo để thiết kế ao Lục Bình để xử lý nước thải Thông số Số liệu thiết kế Chất lượng nước thải sau xử lý Nước thải thô · Thời gian lưu tồn nước > 50 ngày BOD5 < 30mg/L · Lưu lượng nạp nước thải 200 m3/(ha.day) TSS < 30 mg/L · Độ sâu tối đa < 1,5 m · Diện tích một đơn vị ao 0,4 ha ·