CÔNG TY TNHH THIẾT BỊ VÀ CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG KHÔNG GIAN XANH Treatment and Reuse PHỐ XANH Fourth Edition CHƯƠNG Cover by: Ks. HUỲNH MẠNH PHÚC Đơn vị công tác: CÔNG TY TNHH THIẾT BỊ VÀ CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG KHÔNG GIAN XANH Địa chỉ: Số 409/3/9, Nguyễn Oanh, Phường 17, Q. HCM Tháng 02/2023 LỜI NÓI ĐẦU LỜI NÓI ĐẦU Chào các bạn đọc giả đã và đang đọc phần tài liệu này! Đây là chương số bảy (7) trong cuốn sách Wastewater Engineering Treatment and Reuse ấn bản lần thứ tư của Metcalf & Eddy, INC xuất bản năm 2004. Đây là một cuốn sách khá là hay về Công nghệ xử lý nước và nước thải.
Tuy nhiên vì phiên bản PDF quá là mờ và cũ kỹ, nên tôi đã dành một ít thời gian trong mỗi ngày sau những giờ làm việc để cover và biên soạn lại, bên cạnh đó tôi còn sử dụng số vố Anh ngữ ít ỏi của mình kèm theo các công nghệ dịch thuật để biên soạn phần tài liệu này sang tiếng Việt và đi kèm song song theo nguyên tác tiếng Anh để tiện cho những bạn trẻ có đam mê về các hoạt động bảo vệ môi trường được tiện tham khảo. Tôi xin chân thành cảm ơn các tác giả của ấn phẩm gốc. Tôi xin được sử dụng ấn phẩm gốc để truyền tải các kiến thức quý báo của quý vị đến với nhiều người hơn nhằm tạo nên những giá trị vượt thượng hơn. Tuy tôi đã dành khá nhiềm tâm huyết để biên soạn và dịch thuật lại nó, nhưng với sự hạn hẹp về vốn từ cũng như các kỹ năng Anh ngữ, cho nên việc sai sót trong phần tài liệu này thực sự là khó tránh khỏi.
Tôi rất mong muốn các bạn đọc giúp tôi chỉnh sửa để hoàn thiện thêm nhằm để nó trở thành một tài liệu hữu ích cho mọi người. Mọi đóng góp vui lòng gởi vào Email: huynhmanhphuc. Xin chân thành cảm ơn!!! Contents 7-1 OVERVIEW OF BIOLOGICAL WASTEWATER TREATMENT/. 1 Objectives of Biological Treatment/.
2 Some Useful Definitions. 2 Role of Microorganisms in Wastewater Treatment. 3 Types of Biological Processes for Wastewater Treatment/. COMPOSITION AND CLASSIFICATION OF MICROORGANISMS.
19 Microorganism Identification and Classification/. 20 Use of Molecular Tools/. 23 7-3 INTRODUCTION TO MICROBIAL METABOLISM/. 26 Carbon and Energy Sources for Microbial Growth/.
27 Nutrient and Growth Factor Requirements/. 29 7-4 BACTERIAL GROWTH AND ENERGETICS/. 30 Bacterial Growth Patterns in a Batch Reactor/. 31 Bacterial Growth and Biomass Yield/.
32 Measuring Biomass Growth/. 33 Estimating Biomass Yield and Oxygen Requirements from Stoichiometry/. 34 Estimating Biomass Yield from Bioenergetics/. 38 Stoichiometry of Biological Reactions/.
48 Biomass Synthesis yields for Different Growth Conditions/. 50 Observed versus Synthesis Yield. 50 7-5 MICROBIAL GROWTH KINETICS. 51 Microbial Growth Kinetics Terminology/.
52 Rate of Utilization of Soluble Substrates/. 53 Other Rate Expressions for the Utilization of Soluble Substrate/. 55 Rate of Soluble Substrate Production from Biodegradable Particulate Organic Matter/. 56 Rate of Biomass Growth with Soluble Substrates/.
57 Kinetic Coefficients for Substrate Utilization and Biomass Growth/. 58 Rate of Oxygen Uptake/. 59 Effects of Temperature/. 59 Total Volatile Suspended Solids and Active Biomass/.
60 Net Biomass Yield and Observed Yield/. 61 7-6 MODELING SUSPENDED GROWTH TREATMENT PROCESSES. 63 Description of Suspended Growth Treatment Processes/. 63 Biomass Mass Balance/.
64 Substrate Mass Balance/. 68 Mixed Liquor Solid Concentration and Solids Production/. 69 The Observed Yield/. 73 Design and Operating Parameters/.
76 Process Performance and Stability/. 79 Modeling plug-flow Reactors/. 81 7-7 SUBSTRATE REMOVAL IN ATTACHED GROWTH TREATMENT PROCESSES/. 82 Substrate Flux in Biofilms/.
85 Substrate Mass Balance for Biofilm. 87 Substrate Flux Limitations/. 88 7-8 AEROBIC BIOLOGICAL OXIDATION. 96 Stoichiometry of Biological Nitrification/.
107 Stoichiometry of Biological Denitrification/. 116 7-11 BIOLOGICAL PHOSPHORUS REMOVAL/. 116 Processes Occurring in the Anaerobic Zone/. 118 Processes Occurring in the Aerobic/Anoxic Zone/.
119 Stoichiometry of Biological Phosphorus Removal/. 124 7-12 ANAEROBIC FERMENTATION AND OXIDATION/. 127 Stoichiometry of Anaerobic Fermentation and Oxidation/. 133 7-13 BIOLOGICAL REMOVAL OF TOXIC AND RECALCITRANT ORGANIC COMPOUNDS/.
133 Development of Biological Treatment Methods/. 138 Modeling Biotic and Abiotic Losses/. 141 7-14 BIOLOGICAL REMOVAL OF HEAVY METALS/. 145 PROBLEMS AND DISCUSSION TOPICS/.
146 FIGURE MENU Figure 7- 1 Typical (simplified) flow diagrams for biological processes used for wastewater treatment:/ Sơ đồ dòng chảy điển hình (đơn giản hóa) cho các quá trình sinh học được sử dụng để xử lý nước thải:. 4 Figure 7- 2 Suspended growth biological treatment process (a-1) schematic and (a-2) view of plug-flow activated-sludge process and (b-1) schematic and (b-2) view of complete-mix activated-sludge process./ Quy trìnhBảng 7- 1 xử lý sinh học tăng trưởng lơ lửng (a-1) sơ đồ và (a-2) quy trình bùn hoạt tính làm thoáng thông thường và (b-1) sơ đồ và (b-2) xem quy trình bùn hoạt tính hỗn hợp hoàn chỉnh. 11 Figure 7- 3 Attached growth biological treatment process (a-1) schematic and (a-2) view of tricking filter with rock packing and (b-1) schematic and (b-2) view of tower tricking filter with plastic packing (see Fig. The tower filter is 10 m high and 50 m in diameter./ Quy trình xử lý sinh học tăng trưởng dính bám (a-1) sơ đồ và (a-2) hình ảnh bể lọc với giá là đá và (b-1) sơ đồ và (b-2) hình ảnh bể lọc với giá thể nhựa (xem Hình 7 -15b).
Bể lọc cao 10 m và đường kính 50 m. 12 Figure 7- 4 Typical internal structure of cells: (a) prokaryotic and (b) eukaryotic./ Cấu trúc bên trong điển hình của tế bào: (a) nhân sơ và (b) nhân thực. 14 Figure 7- 5 Nucleotide structure of deoxyribose nucleic acid (DNA) and ribose nucleic acid (RNA)./ Cấu trúc nucleotide của axit nucleic deoxyribose (DNA) và axit nucleic ribose (RNA). 15 Figure 7- 6 Gene expression leads to the formation of proteins by transcription of a segment of the DNA genetic code and translation in the ribosome via messenger RNA (mRNA) and transfer RNA (tRNA) to form a series of amino acids, which form polypeptides and finally protein./ Sự biểu hiện gen dẫn đến sự hình thành các protein bằng cách phiên mã một đoạn mã di truyền DNA và dịch mã trong ribosome thông qua RNA thông tin (mRNA) và RNA chuyển (tRNA) để tạo thành một chuỗi axit amin, tạo thành polypeptit và cuối cùng là protein.Error! Bookmark not defined.
Figure 7- 7 Phylogenetic tree of life./ Cây phát sinh loài của sự sống (Adapted bom Madigon et al, 2000. 23 Figure 7- 8 Dot blot technique to probe DMA genetic information./ Hình 7-8 Kỹ thuật chấm chấm để thăm dò thông tin di truyền DMA. 25 Figure 7- 9 Examples of bacteria metabolism: (a) aerobic, heterotrophic (b) aerobic autotrophic, (c) anaerobic, heterotrophic./ Ví dụ về quá trình trao đổi chất của vi khuẩn: (a) hiếu khí, dị dưỡng (b) tự dưỡng hiếu khí, (c) kỵ khí, dị dưỡng. 27 Figure 7- 10 Batch process biomass growth phases with changes in substrate and biomass versus time./ Các giai đoạn tăng trưởng sinh khối của quy trình hàng loạt với những thay đổi về chất nền và sinh khối theo thời gian.
32 Figure 7- 11 Rate of change of substrate utilization versus biodegradable soluble COD concentration based on the saturation-type model [see Eq./ Tỷ lệ thay đổi việc sử dụng cơ chất so với nồng độ COD hòa tan có thể phân hủy sinh học dựa trên mô hình loại bão hòa [xem Công thức (7-12)]. Error! Bookmark not defined. Figure 7- 12 Schematic diagram of activated-sludge process with model nomenclature: (a) with wasting from the sludge return line and (b) with wasting from the aeration tank./ Sơ đồ của quá trình bùn hoạt tính với danh pháp mô hình: (a) với chất thải từ đường hồi bùn và (b) với chất thải từ bể sục khí. 65 Figure 7- 13 Biodegradable soluble COD, biomass and MLVSS concentrations versus SRT for complete-mix activated-sludge process./ Nồng độ COD, sinh khối và MLVSS hòa tan dễ phân hủy sinh học so với SRT cho quy trình bùn hoạt tính hỗn hợp hoàn chỉnh.
71 Figure 7- 14 Effluent substrate concentration and removal efficiency for complete-mix and plug- flow reactors with recycle versus SRT./ Nồng độ chất nền trong nước thải và hiệu quả loại bỏ đối với các bể phản ứng hỗn hợp hoàn chỉnh và bể phản ứng dòng chảy thông thường có tuần hoàn so với SRT. 80 Figure 7- 15 Typical packing for trickling filter: (a) rock and (b) plastic/ Vật liệu điển hình cho bể lọc nhỏ giọt: (a) đá và (b) nhựa. 83 Figure 7- 16 Schematic representation of the cross section of a biological slime in a trickling filter: (a) pictorial and (b) iaealized./ Biểu diễn giản đồ của mặt cắt ngang của chất nhờn sinh học trong một bộ lọc nhỏ giọt: (a) hình ảnh và (b) lý tưởng hóa. 84 Figure 7- 17 Definition sketch for the analysis of substrate concentration in the biofilm./ Bản phác thảo định nghĩa cho việc phân tích nồng độ cơ chất trong màng sinh học.
85 Figure 7- 18 Examples of foam caused by Nocardia accumulated on the surface of activated- sludge aeration tanks./ Ví dụ về bọt do Nocardia tích tụ trên bề mặt của bể sục khí bùn hoạt tính. 93 Figure 7- 19 Process configuration used for biological nitrification: (a) single-sludge suspended growth system and (b) two-sludge suspended growth system./ Cấu hình quy trình được sử dụng để nitrat hóa sinh học: (a) hệ thống tăng trưởng lơ lửng một bùn và (b) hệ thống tăng trưởng lơ lửng hai bùn. 98 Figure 7- 20 Nitrogen transformations in biological treatment processes. (Adapted from Sedlak, 1991)/ Sự biến đổi nitơ trong các quá trình xử lý sinh học.
106 Figure 7- 21 Types of denitrification processes and the reactors used for their implementation: (a) substrate driven (pre-anoxic denitrification) and (b) endogenous driven (post-anoxic denitrification)./ Các loại quy trình khử nitơ và các bể phản ứng được sử dụng để thực hiện chúng: (a) điều khiển cơ chất (khử nitơ trước thiếu khí) và (b) điều khiển nội sinh (khử nitơ sau thiếu khí). 106 Figure 7- 22 Biological phosphorus removal: (a) typical reactor configuration. Photos below flow diagram are of (b) transmission electron microscope images of polyhydroxybutyrate storage and (c) polyphosphate storage granules./ Loại bỏ photpho sinh học: (a) cấu hình bể phản ứng điển hình. Các ảnh dưới đây là sơ đồ dòng chảy của (b) ảnh kính hiển vi điện tử truyền qua của chất lưu trữ polyhydroxybutyrat và (c) hạt lưu trữ polyphotphat.
118 Figure 7- 23 Fate of soluble BOD and phosphorus in nutrient removal reactor. (Adapted from Sedlak, 1991)/ Số phận của BOD và phốt pho hòa tan trong bể phản ứng loại bỏ chất dinh dưỡng. 120 Figure 7- 24 Views of anaerobic digesters, (a) Kuwait City, Kuwait and (b) egg-shaped digester at Okinawa, Japan./ Quang cảnh các bể phân hủy kỵ khí, (a) Thành phố Kuwait, Kuwait và (b) bể phân hủy hình trứng ở Okinawa, Nhật Bản. 125 Figure 7- 25 Anaerobic process schematic of hydrolysis, fermentation, and methanogenesis./ Sơ đồ quá trình kỵ khí của quá trình thủy phân, lên men và tạo thành methanogenesis.
128 Figure 7- 26 Carbon and hydrogen flow in anaerobic digestion process./ Dòng cacbon và hydro trong quá trình phân hủy kỵ khí.