Luận văn thạc sĩ nghiên cứu mô hình hoá quá trình khử photpho trong nước thải bằng phương pháp sinh học

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu nghiên cứu mô hình hoá quá trình khử photpho trong nước thải bằng phương pháp sinh học, đánh giá hiện trạng, phân tích vấn đề, đề xuất biện pháp hoàn

• Tác giả: Nguyễn Thị Vân Anh
• Người hướng dẫn: TS. Đặng Xuân Liên
• Trường học: Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Công Nghệ Môi Trường
• Đề tài: Nghiên Cứu Mô Hình Hoá Quá Trình Khử Photpho Trong Nước Thải Bằng Phương Pháp Sinh Học
• Loại tài liệu: Luận Văn Thạc Sĩ
• Năm xuất bản: 2005
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI NÓI ĐẦU
• CÁC CHỮ VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN
• MỤC LỤC
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ SINH HỌC
• 1.1. Nguyên lý chung của quá trình xử lý sinh học
• 1.2. Vi sinh vật trong quá trình xử lý sinh học
• 1.3. Nhu cầu chất dinh dưỡng cho sự phát triển vi sinh vật
• 1.4. Sự tăng trưởng của vi khuẩn
• 1.5. ENZYM
• 1.6. Động lực học của quá trình xử lý
• 1.6.1. Tốc độ tăng trưởng của các vi khuẩn
• 2. CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT VỀ QUÁ TRÌNH KHỬ PHOTPHO TRONG NƯỚC THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC
• 2.1. Photpho trong nước thải và ảnh hưởng của P đối với hệ sinh thái
• 2.2. Các phương pháp khử Photpho trong nước thải
• 2.3. Khử Photphor trong nước thải bằng phương pháp sinh học
• 3. CHƯƠNG 3: MÔ HÌNH HOÁ QUÁ TRÌNH KHỬ PHOTPHO BẰNG PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC
• 3.1. Khái quát về mô hình hoả
• 3.2. Mô hình hoá quá trình khử Photpho bằng phương pháp sinh học
• 3.3. Thiết lập phương trình cân bằng vật liệu cho các cấu tử trong quá trình khử Photpho trong nước thải bằng phương pháp sinh học
• 4. CHƯƠNG 4: ÁP DỤNG MÔ HÌNH
• 4.1. Nồng độ các thành phần trong mô hình
• 4.2. Kết quả tính toán
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Hướng dẫn toàn diện luận văn thạc sĩ khử photpho sinh học

Luận văn thạc sĩ về mô hình hóa quá trình khử photpho trong nước thải bằng phương pháp sinh học là một đề tài nghiên cứu chuyên sâu, có tính ứng dụng cao trong lĩnh vực kỹ thuật môi trường. Trọng tâm của đề tài là xây dựng một mô hình toán học có khả năng dự báo và tối ưu hóa hiệu quả khử photpho trong các hệ thống xử lý nước thải. Việc nghiên cứu này không chỉ góp phần giải quyết vấn đề hiện tượng phú dưỡng nghiêm trọng do photpho gây ra mà còn mở ra hướng đi mới trong việc vận hành và thiết kế các công trình xử lý. Nội dung cốt lõi của một luận văn ngành kỹ thuật môi trường về chủ đề này thường bao gồm ba phần chính: cơ sở lý thuyết về xử lý photpho sinh học, phương pháp luận xây dựng và hiệu chuẩn mô hình, và cuối cùng là ứng dụng mô hình để mô phỏng quá trình xử lý nước thải trong các điều kiện vận hành khác nhau. Nghiên cứu đòi hỏi sự kết hợp chặt chẽ giữa kiến thức hóa sinh, vi sinh vật học và công nghệ thông tin. Người thực hiện cần nắm vững các thông số động học của quá trình, hiểu rõ vai trò của các nhóm vi sinh vật chủ chốt như vi sinh vật tích lũy polyphotphat (PAOs), và có khả năng sử dụng các công cụ mô phỏng chuyên dụng như phần mềm GPS-X hoặc phần mềm BioWin. Thành công của luận văn không chỉ được đánh giá qua tính chính xác của mô hình mà còn ở khả năng đề xuất các giải pháp thực tiễn để cải thiện hiệu suất xử lý, giảm chi phí vận hành và bảo vệ môi trường bền vững. Đây là một hướng nghiên cứu đầy tiềm năng, đáp ứng nhu cầu cấp thiết của xã hội về công nghệ xử lý nước thải tiên tiến.

1.1. Tầm quan trọng của việc nghiên cứu xử lý photpho trong nước thải

Photpho là một trong những nguyên nhân chính gây ra hiện tượng phú dưỡng ở các thủy vực, dẫn đến sự phát triển bùng nổ của tảo, làm suy giảm nồng độ oxy hòa tan và gây mất cân bằng hệ sinh thái. Nguồn phát sinh photpho chủ yếu đến từ nước thải sinh hoạt và công nghiệp. Theo tài liệu nghiên cứu, nước thải nếu không được xử lý triệt để sẽ trực tiếp gây ô nhiễm nguồn nước mặt và nước ngầm, ảnh hưởng đến sức khỏe cộng đồng. Do đó, việc nghiên cứu các phương pháp loại bỏ photpho, đặc biệt là phương pháp sinh học, trở nên vô cùng cấp thiết. Phương pháp này tận dụng hoạt động của vi sinh vật để loại bỏ dinh dưỡng, được xem là giải pháp thân thiện với môi trường và bền vững hơn so với phương pháp hóa học truyền thống.

1.2. Mục tiêu cốt lõi của đề tài mô hình hóa quá trình sinh học

Mục tiêu chính của luận văn là thiết lập các phương trình cân bằng vật liệu cho các cấu tử tham gia vào quá trình khử photpho. Thông qua các biểu thức toán học, mô hình sẽ biểu diễn mối quan hệ tương hỗ giữa các quá trình và các cấu tử. Việc áp dụng phương pháp số để giải bài toán cân bằng vật liệu cho phép dự báo nồng độ các chất đầu ra dựa trên số liệu thực nghiệm đầu vào. Từ đó, mô hình giúp đưa ra các quyết định vận hành, điều khiển, và kiểm soát hệ thống một cách tối ưu nhất. Nó cũng là công cụ hữu ích để đánh giá hiệu suất của hệ thống đang hoạt động và hỗ trợ cho việc thiết kế các công trình xử lý nước thải mới.

II. Giải mã hiện tượng phú dưỡng do ô nhiễm photpho trong nước

Ô nhiễm photpho là một thách thức môi trường nghiêm trọng. Khi nồng độ photpho trong nước thải vượt ngưỡng cho phép và được xả ra nguồn tiếp nhận, nó trở thành nguồn dinh dưỡng dồi dào, kích thích sự phát triển không thể kiểm soát của tảo và thực vật thủy sinh. Quá trình này được gọi là hiện tượng phú dưỡng. Hậu quả của nó rất nặng nề: làm giảm độ trong của nước, cản trở ánh sáng mặt trời, gây ra mùi hôi thối khó chịu khi tảo chết và phân hủy. Quan trọng hơn, quá trình phân hủy tiêu thụ một lượng lớn oxy hòa tan trong nước, tạo ra các vùng "chết" (dead zones), nơi các loài cá và sinh vật thủy sinh khác không thể tồn tại. Về lâu dài, phú dưỡng làm thay đổi hoàn toàn cấu trúc hệ sinh thái, suy giảm đa dạng sinh học và ảnh hưởng tiêu cực đến chất lượng nguồn nước cung cấp cho sinh hoạt và sản xuất. Do đó, việc kiểm soát và loại bỏ photpho ngay từ nguồn thải là yêu cầu bắt buộc. Các phương pháp xử lý truyền thống như kết tủa hóa học tuy hiệu quả nhưng lại phát sinh nhiều bùn thải và chi phí hóa chất cao. Đây chính là lý do thúc đẩy các nghiên cứu sâu hơn về xử lý photpho sinh học, một giải pháp bền vững và hiệu quả hơn.

2.1. Các dạng tồn tại của photpho và nguồn gốc phát sinh chính

Trong nước thải, photpho tồn tại dưới ba dạng chính: orthophotphat (PO₄³⁻), polyphotphat (dạng mạch thẳng hoặc mạch vòng), và photpho hữu cơ (liên kết với các hợp chất hữu cơ). Theo tài liệu gốc, các dạng polyphotphat có thể chuyển hóa thành orthophotphat trong môi trường nước. Orthophotphat là dạng dễ hấp thụ nhất đối với vi sinh vật. Nguồn phát sinh photpho rất đa dạng, bao gồm chất thải của người và động vật, nước thải từ các ngành công nghiệp chế biến thực phẩm, sản xuất phân bón, và đặc biệt là từ các chất tẩy rửa chứa polyphotphat. Việc xác định chính xác thành phần và nồng độ các dạng photpho là bước đầu tiên và quan trọng nhất trong việc lựa chọn và thiết kế hệ thống xử lý phù hợp.

2.2. So sánh phương pháp kết tủa hóa học và phương pháp sinh học

Để xử lý photpho, hai phương pháp phổ biến là kết tủa hóa học và sinh học. Phương pháp hóa học sử dụng các hóa chất như muối nhôm, muối sắt hoặc vôi để tạo kết tủa photphat không tan, có thể loại bỏ tới 95% photpho. Tuy nhiên, nhược điểm lớn là chi phí hóa chất cao, tạo ra lượng bùn lớn và có thể ảnh hưởng tiêu cực đến hệ sinh thái do dư lượng hóa chất. Ngược lại, phương pháp sinh học tận dụng khả năng tích lũy photpho của các vi sinh vật đặc biệt. Quá trình này không chỉ có hiệu quả khử photpho cao mà còn thân thiện với môi trường, giảm chi phí vận hành và lượng bùn phát sinh.

III. Bí quyết vận hành quá trình khử photpho sinh học tăng cường

Quá trình khử photpho sinh học tăng cường, hay Enhanced Biological Phosphorus Removal (EBPR), là công nghệ cốt lõi trong các hệ thống xử lý nước thải hiện đại. Cơ chế của nó dựa trên việc tạo ra một môi trường chọn lọc để thúc đẩy sự phát triển của nhóm vi sinh vật tích lũy polyphotphat (PAOs). Quá trình này bao gồm hai giai đoạn luân phiên: kỵ khí và hiếu khí. Trong bể kỵ khí, PAOs phân giải polyphotphat dự trữ trong tế bào để lấy năng lượng, đồng thời giải phóng photpho vào nước. Năng lượng này được dùng để hấp thụ các axit béo bay hơi (VFA) – một nguồn cacbon trong nước thải dễ phân hủy – và chuyển hóa chúng thành hợp chất dự trữ nội bào là poly-β-hydroxyalkanoates (PHA). Khi di chuyển sang bể hiếu khí, PAOs sử dụng PHA đã tích lũy làm nguồn năng lượng và cacbon để phát triển. Trong quá trình này, chúng hấp thụ một lượng photpho từ môi trường lớn hơn nhiều so với lượng đã giải phóng ở giai đoạn kỵ khí, và dự trữ lại dưới dạng polyphotphat. Kết quả là nồng độ photpho trong dòng thải cuối cùng giảm đáng kể. Sự cạnh tranh giữa PAOs và vi sinh vật khử glycogen (GAOs) là một yếu tố quan trọng, vì GAOs cũng tiêu thụ VFA nhưng không tích lũy photpho, làm giảm hiệu quả chung của hệ thống.

3.1. Cơ chế hóa sinh và vai trò của vi sinh vật PAOs

Cơ chế hóa sinh của EBPR là một chu trình phức tạp được xúc tác bởi enzyme. Theo Harold (1966), quá trình tích lũy poly-P trong tế bào vi khuẩn là một cơ chế dự trữ năng lượng và photpho. Vi sinh vật PAOs đóng vai trò trung tâm. Trong điều kiện kỵ khí, chúng thực hiện quá trình trao đổi chất độc đáo: thủy phân poly-P thành ortho-P để tạo ra ATP, năng lượng này dùng để hấp thụ và lưu trữ nguồn cacbon (chủ yếu là VFA) dưới dạng PHA. Trong điều kiện hiếu khí, chúng oxy hóa PHA để tạo năng lượng cho việc sinh trưởng và đồng thời hấp thụ dư thừa photpho từ môi trường. Hiệu suất của quá trình phụ thuộc rất lớn vào sự phát triển ưu thế của quần thể PAOs.

3.2. Ảnh hưởng của nguồn cacbon và axit béo bay hơi VFA

Nguồn cacbon, đặc biệt là các axit béo bay hơi (VFA) như axetat và propionat, là yếu tố quyết định đến hiệu quả khử photpho. Nghiên cứu của Fuhs & Chen (1975) chỉ ra rằng một số nguồn cacbon như axetat và etanol thúc đẩy mạnh mẽ sự phát triển của Acinetobacter, một loài PAOs điển hình. Trong khi đó, các hợp chất phức tạp hơn như glucose cần được lên men thành VFA trong vùng kỵ khí trước khi PAOs có thể sử dụng. Do đó, nồng độ và thành phần VFA trong nước thải đầu vào, hoặc được tạo ra từ quá trình lên men nội sinh, là thông số vận hành quan trọng cần được kiểm soát. Tỷ lệ COD/P thích hợp cũng là điều kiện cần thiết để đảm bảo đủ cacbon cho quá trình.

IV. Cách xây dựng mô hình hóa quá trình xử lý nước thải chuẩn

Mô hình hóa là công cụ mạnh mẽ để phân tích, dự báo và tối ưu hóa các quá trình sinh học phức tạp. Trong lĩnh vực xử lý nước thải, việc xây dựng một mô hình toán học cho quá trình khử photpho giúp các kỹ sư và nhà vận hành hiểu sâu hơn về động học quá trình sinh học. Các mô hình này, điển hình là họ Mô hình Bùn hoạt tính (Activated Sludge Model - ASM), mô tả sự tương tác giữa các cấu tử hòa tan và dạng hạt thông qua một ma trận các phương trình động học và hệ số tỷ lượng. Quá trình xây dựng mô hình bao gồm các bước: xác định các cấu tử và quá trình quan trọng, thiết lập các phương trình cân bằng vật liệu, và xác định các thông số động học thông qua thực nghiệm hoặc từ tài liệu tham khảo. Một trong những mô hình tiên tiến nhất cho việc mô phỏng đồng thời quá trình khử Nitơ và Photpho là mô hình ASM2d. Sau khi xây dựng, bước quan trọng tiếp theo là hiệu chuẩn mô hình (calibration) và kiểm định mô hình (validation). Hiệu chuẩn là quá trình điều chỉnh các thông số để kết quả mô phỏng khớp với dữ liệu thực nghiệm. Kiểm định là việc sử dụng một bộ dữ liệu độc lập khác để xác nhận tính chính xác và khả năng dự báo của mô hình đã được hiệu chuẩn.

4.1. Giới thiệu mô hình bùn hoạt tính ASM và mô hình ASM2d

Mô hình bùn hoạt tính (ASM) là một tập hợp các mô hình toán học được phát triển bởi Hiệp hội Nước Quốc tế (IWA) để mô tả các quá trình trong hệ thống bùn hoạt tính. Các phiên bản đầu tiên (ASM1) tập trung vào việc loại bỏ cacbon và nitrat hóa. Mô hình ASM2d là một phiên bản mở rộng, tích hợp thêm các quá trình liên quan đến vi sinh vật PAOs và vi sinh vật GAOs, cho phép mô tả chi tiết quá trình EBPR. Mô hình này phức tạp hơn nhưng cung cấp một cái nhìn toàn diện về sự cạnh tranh và tương tác giữa các quá trình loại bỏ dinh dưỡng, làm cho nó trở thành công cụ lý tưởng cho các luận văn thạc sĩ nghiên cứu mô hình hoá.

4.2. Các bước thiết lập phương trình và xác định thông số động học

Việc thiết lập mô hình bắt đầu bằng việc xác định các cấu tử (components) như sinh khối (PAOs, GAOs, vi khuẩn dị dưỡng), cơ chất (VFA, COD dễ phân hủy), và các sản phẩm (poly-P, PHA, nitơ, photpho). Tiếp theo, xác định các quá trình (processes) như sinh trưởng, phân hủy, thủy phân, hấp thụ và giải phóng photpho. Mỗi quá trình được mô tả bằng một phương trình tốc độ, thường tuân theo động học Monod, với các thông số động học đặc trưng (tốc độ tăng trưởng cực đại, hằng số bán bão hòa). Việc xác định chính xác các thông số này là thách thức lớn nhất, thường đòi hỏi các thí nghiệm trong phòng thí nghiệm và phân tích thống kê.

4.3. Phương pháp hiệu chuẩn và kiểm định mô hình xử lý sinh học

Hiệu chuẩn mô hình là quá trình tinh chỉnh các thông số để sai số giữa kết quả mô phỏng và dữ liệu thực tế là nhỏ nhất. Quá trình này thường được thực hiện bằng cách so sánh nồng độ các chất trong dòng ra của mô hình (như P-PO₄, N-NH₄, N-NO₃, COD) với dữ liệu quan trắc từ một hệ thống xử lý thực. Sau khi hiệu chuẩn, kiểm định mô hình là bước xác nhận độ tin cậy. Mô hình được chạy với một bộ dữ liệu đầu vào mới (khác với bộ dữ liệu dùng để hiệu chuẩn) và kết quả dự báo lại được so sánh với dữ liệu thực tế tương ứng. Một mô hình được xem là tốt khi nó có khả năng dự báo chính xác trong nhiều điều kiện vận hành khác nhau.

V. Top các công nghệ xử lý photpho sinh học phổ biến hiện nay

Việc ứng dụng lý thuyết xử lý photpho sinh học vào thực tế đã dẫn đến sự ra đời của nhiều cấu hình công nghệ xử lý tiên tiến. Các công nghệ này đều có chung nguyên tắc là tạo ra các vùng kỵ khí và hiếu khí xen kẽ để tạo điều kiện cho PAOs phát triển. Sự khác biệt nằm ở cách bố trí các bể phản ứng và dòng tuần hoàn để tối ưu hóa đồng thời việc loại bỏ cacbon, nitơ và photpho. Một trong những công nghệ phổ biến nhất là quy trình A/O (Anaerobic/Oxic), chỉ tập trung vào việc loại bỏ photpho và cacbon. Để loại bỏ cả nitơ, quy trình A2/O (Anaerobic-Anoxic-Oxic) được phát triển bằng cách thêm một vùng thiếu khí (anoxic). Một biến thể phức tạp và hiệu quả hơn là quy trình Bardenpho 5 bậc, được thiết kế để đạt hiệu quả khử nitơ và photpho rất cao. Việc lựa chọn công nghệ phụ thuộc vào đặc tính của nước thải đầu vào, yêu cầu chất lượng nước đầu ra và điều kiện kinh tế. Hiện nay, việc mô phỏng quá trình xử lý nước thải bằng các phần mềm chuyên dụng như phần mềm GPS-X và phần mềm BioWin đã trở thành công cụ không thể thiếu trong việc thiết kế, đánh giá và tối ưu hóa các hệ thống này, giúp tiết kiệm thời gian và chi phí so với việc thử nghiệm trên quy mô thực.

5.1. Phân tích hệ thống A O Kỵ khí Hiếu khí và A2 O

Hệ thống A/O là cấu hình cơ bản nhất của EBPR, bao gồm một bể kỵ khí theo sau là một bể hiếu khí. Nước thải và bùn tuần hoàn được đưa vào bể kỵ khí, nơi diễn ra quá trình giải phóng photpho và tích lũy VFA. Hỗn hợp sau đó chảy sang bể hiếu khí để oxy hóa chất hữu cơ và hấp thụ photpho. Hệ thống A2/O (bể kỵ khí-hiếu khí và thiếu khí) là một cải tiến bằng cách thêm một vùng thiếu khí giữa vùng kỵ khí và hiếu khí. Cấu hình này cho phép khử nitrat thông qua dòng tuần hoàn nội bộ từ bể hiếu khí về, giúp bảo vệ quá trình giải phóng photpho ở vùng kỵ khí khỏi sự ức chế của nitrat, đồng thời loại bỏ được cả nitơ.

5.2. Đánh giá quy trình Bardenpho Phoredox 5 bậc cải tiến

Quy trình Bardenpho 5 bậc (hay Phoredox cải tiến) là một trong những công nghệ toàn diện nhất, được thiết kế để đạt hiệu quả khử photpho và nitơ tối đa. Cấu hình điển hình bao gồm các vùng: Kỵ khí → Thiếu khí 1 → Hiếu khí 1 → Thiếu khí 2 → Hiếu khí 2. Dòng tuần hoàn nội bộ lớn từ vùng hiếu khí 1 về vùng thiếu khí 1 để khử nitrat. Vùng thiếu khí thứ hai sử dụng nguồn cacbon nội sinh để tiếp tục khử lượng nitrat còn lại. Cấu hình phức tạp này đảm bảo các điều kiện tối ưu cho cả quá trình khử nitơ và photpho, giúp đạt chất lượng nước đầu ra rất cao, đáp ứng các tiêu chuẩn xả thải nghiêm ngặt nhất.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1I: Lý thuyết về quá trình khử photpho trong nước thải bằng phương pháp sinh học. Chương II: Mô hỉnh hoá quá trình khử photpho bằng phương pháp sình học Chương IV: Áp dụng mô hình 'VIỆN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ VÀ MÔI TRƯỜNG Tuuận văn thạc sĩ khoa học -4- CÁC CHỮ VIẾT TÁT TRONG LUẬN VĂN ADP Adenozin diphotphat ATP -Adenozin triphotphat EMP Con duong Embden - Meyerhol- Pamas KAD Nicotinamit adenin dinucleotit PAOs Vi sinh vat lich luỹ photpho PHA Poly B- hydroxyalkanotes PUB Poly [- hydroxybutyrat PHV Poly B- hydroxyvalerat TCA Chu trinh Tricarboxylic acid (Chu trinh Krebs) VFA Aaal béo bay hoi ohgaydn Lhe Vein hah 'VIỆN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ VÀ MÔI TRƯỜNG Luận văn thạc sĩ khoa học 25s MUC LUC LOI NOI DAU. 2 CAC CHU VIET TAT TRONG LUAN VAN a4 MUC LUC. gÐ CHUONG I sis QUAN VE PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ SINH HỌC.

Nguyên lý chung của quá trình xử lý sinh học. Vi sinh vat trong quá trình xử lý sinh học ° tru 9 1. Nhu cầu chất dinh dưỡng cho sự phát triển vi sinh vật tat sais TIỶ 1. Sự tăng trưởng của vi khuẩn.

Đông lực học của quá trình xử lý reds "_—. Tốc độ tăng trưởng của các vi khuẩn. 'fnh hưởng của sự hô hấp nội bảo Xöiïggigg ious TS 1. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình xử lý.

nanan basses ttueaauzcTÐ) 1. pH ° HÌNY44481254194180380 was , —. fĩnh hưởng của oxi va chất nền được mô tả qua phương trình động học sau:. se = xãut4tosu:au 0) 1.

'fnh hưởng của các chất kìm hãm. nh hưởng của các chất độc. see CHUONG 2: LY THUYET VE QUA TRÌNH KHỬ PHOTPHO_TRONG NƯỚC THÁI BẰNG PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC. Photpho trong nước thải và ảnh hưởng của P đối với hệ sinh thái.

Các phương pháp khử Photpho trong nước thải. Phương pháp kết tủa hoá học. Phương pháp sinh học ISSG404084010800007185014408800/10E0E8.3840120011E4/08/EI k2) Nguyen Shi Vin lah 'VIỆN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ VÀ MÔI TRƯỜNG. Tuuận văn thạc sĩ khoa học -6- 2.

Khử Photphor trong nước thải bằng phương pháp sinh học. Cơ chế hoá sinh 35 2. Vị sinh vật tích luỹ Photpho (PAOS). Các quả trình xứ lý - - 46 CHƯƠNG 3: MÔ IIRHI HOẢ QUÁ TRÌNH KIC! PIIOTPIIO BANG PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC - 56 3.

Khái quát về mô hình hoả. Sơ lược về phương pháp mô hình hoá. Đặc diễm của phương pháp mô hình hoá. Vai trỏ của mô hình hoá trong lĩnh vực nghiên cứu về xử lý nước thải.

Giới thiệu một số nghiên cứu về mô hinh hoá ứng dụng trong công, 3. Mô hình hoá quả trình khử Pholpho bằng phương pháp sinh học. Các cấu tử trong mô hình. Các thông số hệ số tỷ lượng trong mã hình.

Các quá trình trong mô hình. Xác định các thông số của mô hình 69 3. Thiết lập phương trình cân bằng vật liệu cho các cầu tử trong quá trình khử Photpho trong nước thải bằng phương pháp sinh học cả BS CHƯƠNG 4: ÁP DỰNG MÔ HÌNH - 91 4. Nẵng độ các thành phần trong mô hình.

Kết quả tính toán. 05 TẢI LIỆU THAM KHẢO 100 +Ímpỗu JÑ/ ẩm hah 'VIỆN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ VÀ MÔI TRƯỜNG Tuuận văn thạc sĩ khoa học -7+ CHUONG 1 TONG QUAN VE PHUONG PHAP XỬ LÝ SINH HỌC 1. NGUYEN LY CHUNG CUA QUA TRINH XU LY SINH HOC Các chất hữu cơ hoa tan, các chất keo va phan tan nhỏ sẽ được chuyển hoá bằng cách hấp phụ và keo tụ sinh học trên bề mặt của tế bào vi sinh vật. Tiến đó, trong quả trình trao đổi chất, dưới tác dụng của men nội bảo, các chất hữu cơ sẽ bị phân huý.

Quả trình vi sinh vật tiểu thụ chất bẫn từ nước thải gồm ba giai đoạn sau: + Di chuyển các chất gây ô nhiễm từ pha lỏng tới bề mặt của vi sinh vật do khuyếch tán đối lưu và phân tử. | Di chuyển chất bẩn từ bê mặt ngoài tế bảo qua mảng bản thấm bằng khuyếch tán do sự chênh lệch nồng độ các chất ở trong và ngoài tế bảo. ! Quá trình chuyển hoá các chất ở trong tế bào vi sinh vật với sự sẵn sinh năng lượng và quá trình tổng hợp cáo chất mới của tổ bảo với sự hấp thụ năng lượng. Nồng độ sáo chất ở xung quanh tế bảo giảm dần, các thành phần thức ăn mới từ mỗi trường hên ngoải (môi trưởng nước thấi) lại khuyếch tin va bd xung thay thế.

Thường quá trinh khuyếch tán trong môi trường chậm hơn quá trình hap thụ qua mảng LỄ bảo nên nỗng độ cáo chất dị dưỡng xung quanh Lễ bảo bao giờ cũng thấp. Song dỗi với sản phẩm của tế bảo tiết ra thì nhiều hơn so với những nơi xa tế bào. Giải doạn hấp thụ và hấp nhụ là cần thiết trong việc tiêu thụ chất hữu cơ của vi sinh vật song không phải có ý nghĩa quyết định trong quá trình xử lý nước thải mà đóng vai trò chủ yếu quyết định là quá trình điễn ra trong tế bảo vi sinh vat 'VIỆN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ VÀ MÔI TRƯỜNG Tuuận văn thạc sĩ khoa học -R- Hinh 1.1: Qua trinh chuyén hoá các chất hữu cơ khi ôxi hoá sinh hoa. Chat ban trước khi xử lý, 2.

Chất bẵn bị giữ lại trên bề mặt tế bào 3. Chat ban còn lại trong môi trường sau khi xử lý. Chất bản bị ôxi hoá trực tiếp thành CO; HạO, AH 5. Chất bẵn bị đồng hoá được tổng hợp để tăng sinh khôi 6.

Tự ôxi hoá của vi sinh vật thành CO; vả HzO do men hô hấp nội bảo. Phần dư cúa vi sinh vật. Tước thải tiếp xúc bủn hoạt tính, một phần lớn chất bẵn bị giữ lại trên bể mmặt tế bào, phần côn lại ra ngoài theo dòng ra, trong mét phần chat bin bị giữ lại chỉ có một phần bị ôxi hoá hoàn toàn thành CO; vả HạO, một phần sẽ bị đẳng hoá dễ tổng hợp tế bảo tực là dễ sinh khối của vi sinh vật tăng lên. Đổng, thời, song song với quá trình đồng hoá trong tế bảo vi sinh vật còn diễn ra qua trình đi hoá, phân huỷ các chất cỏ trong tế bảo sông.

Như vậy, một phần trong, số các chất sống đã được tống hợp lại tự ôxi hoá | Oxy hoá các hợp chất hữu cơ: CAO.N | (x | y/4 123 1 3⁄4) Oe xCO, (y-3)2IL0 | NII; | AIT i Tang hợp để xây dựng tế bào: Enzym 'VIỆN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ VÀ MÔI TRƯỜNG Tuuận văn thạc sĩ khoa học -9- CH,ON+NH,+0, —_, CsHNO: - C,0+H,0 + AH +H6 hap ni sinh CIENG, 3O, 2H", 5CO, 1 21hO | NIIs | AIT 1.1, Vi sinh vat trong qué trinh xử lý sinh học a. Vikhuan: Là cơ thể sống đơn bảo, có khả năng phát triển và tăng trưởng trong các bông cặn lơ lửng hoặc đính bám vào bề mặt vật cứng. Vi sinh vật các khả năng sinh sản rất nhanh khi tiếp xúc với chất đình dưỡng có trong nước thái, chúng hap thu nhanh thức ăn qua mảng tế bào. đóng vai trò quan trọng trong việc phân huỷ chất hữu cơ và biến chất hữu cơ thành chat én định tao thành bồng cần để lắng.

+ Xét về hinh dạng bên ngoài, vi khuẩn có thể chia ra thành 3 nhóm: Cầu khuẩn (đường kính 0,5 ~ 1.0Uun), trực khuẩn (chiều dai: 0,5 ~ 1,0m; chiêu rộng 1,5 ~ 3uum); Xuắn khuẩn (dai 0,5 ~ 5, rng 6 ~ 15pm). Chung cé trong nước thải dưới dạng tụ tập lại thành máng mỏng như lưới hoặc liên kết với nhau thành khổi như bỗng cặn. Song cũng có loại vi khuẩn đạng sợi (filamentous) két với nhau thành lưới nhẹ nổi lên bề mặt làm ngăn cẩn quá trình lắng ở bể lắng dợt 2 + Công thức hoá học gẫn đúng của tế bảo là Œ;H;NQ¿. Khi Photpho được xem xét thì công thức hoá học là Cao[a;Os:†fi¿F.

+ Nhiệt đô nước thái có ảnh hưởng lớn đến quá trình hoạt động và sinh sản của vi khuẩn, phần lớn vi khuẩn hoại sinh hoạt đông có hiệu quả cao và phát triển mạnh mẽ ở nhiệt độ 20 ~ 405C. Một số loại vi khuẩn có trong quá trình xử lý căn phát triển ở nhiệt độ 50 ~ 60°C. 'VIỆN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ VÀ MÔI TRƯỜNG Tuuận văn thạc sĩ khoa học -10- + pH của môi trưởng cũng là yếu tố chính trong sự phát triển của vi sinh vật, phần lớn vi khuẩn không thể chịu dựng dược ở pH > 9,5 và pH < 4,5 Mãn chung pH của sự phát triển vi khuẩn: pHop = 6,5 ~ 7,5. 'VIỆN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ VÀ MÔI TRƯỜNG Tuuận văn thạc sĩ khoa học ~-1L- ð.

Nam: Phần lớn nắm là hiểu khí nghim ngặt, có khả năng tăng trưởng dười độ am.thấp và có thể chịu đựng môi trường với pH tương đối thấp (pH = 2 ~ 9, pllor = 5,6). Tuy nhiên, vỉ các kích thước lớn, tỷ trọng nhẹ, nắm néu phát triển mạnh sẽ nỗi lên trên mặt nước gây cản trở đến quá trinh lắng ở bể lắng, đợt hai. Đông vật nguyên sinh 'Thường lớn hơn vị khuẩn và thường ăn vi khuẩn như nguồn nẵng lượng. Động vật nguyên sinh hoạt động như bộ phận đánh bóng dòng ra từ quá trình xử lý nước thải sinh học bởi chúng ăn vi khuẩn và chất hữu cơ dạng hạt d.

Tảo Có vai trỏ quan trọng trong quá trình xử lý sinh học vỉ + 'Tảo có khá năng tạo ra ôxi nhờ phản ứng quang hợp. l2ø đó, tảo cung, cấp ôi cho vi khuẩn hiểu khi và là cần thiết cho sự sống đổi với sinh thái của mỗi lrường nước. + Do Nito va Photpho là nguồn thức ăn cho tảo nên khi Nite, Photpho nhiều sẽ dẫn đến sự phát triển mạnh mẽ của tảo gây ra hiện tượng phú đưỡng nên cần phải khứ Nitr, Photpho đưới nỗng độ cha phép trước khi xã ra nguồn tiếp nhận. Nhu cầu chất dinh dưỡng cho sự phát triển vi sinh vật + Nguằn năng lượng và Cacbon: thường dược gọi là chất nền, gốm có 2 nguồn Cacbon phổ biến nhất đối với vị sinh vật là chất hữu cơ và CƠ›.

Nếu vi sinh vật sứ dụng Cacbon ở dang hợp chất hữu cơ dể tổng hợp tế bảo gợi là sinh vật di dưỡng, sòn sở dụng Cacbon ở dạng CO; thì được gợi là sinh vật tư dưỡng. Nẵng lượng cần thiết để tổng hợp tế bảo có thể được cung cấp bởi ánh sáng hoặc bởi phản ứng hoá học. Những vi sinh vật có thế sử dung anh sáng. 'VIỆN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ VÀ MÔI TRƯỜNG Tuuận văn thạc sĩ khoa học -12- như nguồn năng lượng được gọi là sinh vật quang dưỡng (phototrops).

Sinh vật này có thể là dị dưỡng hoặc tự đưỡng (lao và vi khuẩn quang hợp) còn những vi sinh vật mà năng lượng của chúng được lay từ phản ứng ôxi hoá hoá học thì được gọi là sinh vật hoá dưỡng (chemotrops).