Bài giảng Sinh thái môi trường - Sinh thái học công trình xử lý nước thải

10/4/2009 1 SINH THÁI HỌC CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI I. Các khái niệm: 1. Nước thải: ƒ Là nước nhiễm bẩn, thải bỏ đi (hoặc phải cần xử lý để sử dụng lại). ƒ Có nguồn gốc từ sinh hoạt của con người, hoạt động sản xuất công, nông nghiệp và một phần nước mưa hòa tan, lôi cuốn vật chất trên tầng mặt đất. ƒ Các thành phần có chứa trong nước thải bao gồm các chất hòa tan, chất rắn, vi sinh vật (có hàm lượng cao, làm sai lệch mục đích sử dụng của nguồn nước ban đầu). 2. Nước thải và vấn nạn ô nhiễm môi trường: ƒ Trong tự nhiên nước bẩn có quá trình tự làm sạch (nếu có đủ thời gian phân hủy bởi vi sinh vật và các sinh vật khác). ƒ Nước thải vượt quá các chỉ tiêu cho phép không qua xử lý, thải ra môi trường không đủ thời gian phân hủy sẽ gây ô nhiễm. ƒ Quá trình ô nhiễm ở nhiều mức độ khác nhau: 9 Thay đổi sinh cảnh. 9 Thay đổi cơ cấu sinh vật, mất tính đa dạng sinh học. 9 Hủy diệt toàn bộ sự sống trong môi trường. 3. Hệ sinh thái xử lý nước thải: ƒ Do con người tạo ra Ö hệ sinh thái nhân tạo, chủ yếu là hệ sinh thái phân hủy. ƒ Tạo ra một quá trình (diễn thế) biến đổi các thành phần trong nước, làm cho nước nghèo hơn. ƒ Có sự tham gia của các yếu tố vô sinh và hữu sinh: 9 Vô sinh: pH, nhiệt độ, dòng chảy, các thành phần hóa học. 9 Hữu sinh: chủ yếu là vi sinh vật (vi khuẩn hiếu khí, kỵ khí, xạ khuẩn; ngoài ra có sự tham gia của động vật, thực vật. II. Dòng năng lượng qua HST của các công trình xử lý nước thải: 1. Dòng năng lượng: ƒ Từ nguồn năng lượng cung cấp bởi con người, bao gồm: điện, gió, dòng chảy. ƒ Từ thành phần vật chất chứa trong nước thải bao, gồm: 9 Các chất hóa học, chất rắn hữu cơ. 9 Các thành phần vật chất này cung cấp năng lượng cho quá trình hoạt động phân hủy của vi sinh vật. 2. Các bước chuyển hóa vật chất: các công trình xử lý nước thải thiết kế gồm các giai đoạn: ƒ Tiền xử lý: Loại bỏ các chất rắn kích thước lớn, loại bỏ cặn nặng, loại bỏ phần lớn dầu mỡ. ƒ Xử lý sơ bộ: Bể lắng cát và vớt dầu mỡ, bể điều hòa lưu lượng và chất lượng, bể lắng đợt một. ử ý ử ý ậ â ủ á àƒ X l sinh học (x l b c 2): Ph n h y c c th nh phần hữu cơ, vô cơ nhờ vi sinh vật và các sinh vật khác. 10/4/2009 2 Mô hình bể điều hòa lưu lượng và chất lượng, nằm trên đường vận chuyển của dòng. Mô hình bể điều hòa lưu lượng là chủ yếu, nằm ngoài đường vận chuyển của dòng. Theo Trịnh Xuân Lai (2008) 3. Vật chất và năng lượng chuyển hóa qua các giai đoạn: ƒ Tiền xử lý – xử lý cơ học do các yếu tố vật lý (điện, lực đẩy máy bơm, máy nghiền) qua song chắn, lưới chắn rác lớn lọc lại và nghiền nát, lắng lọc cặn nặng (trọng lực), loại bỏ phần lớn dầu mỡ. ƒ Xử lý sơ bộ – xử lý hóa học do các yếu tố vật lý, hóa học (dòng chảy xoáy, có thổi khí) bể lắng cát loại bỏ cặn thô (cát sỏi, mãnh thủy tinh, kim loại) và vớt dầu mỡ. Dùng than hoạt tính, clor, ozon khử màu mùi, lọc trao đổi ion khử kim loại nặng. Giai đoạn bể điều hòa lưu lượng (thiết bị khuấy trộn) và chất lượng (điều chỉnh pH, N, P). (pH = 6,6 – 7,6; BOD:N:P = 100:5:1). ƒ Xử lý sinh học: do yếu tố sinh vật (vi sinh vật, thực vật, động vật) (xử lý bậc 2) gồm các giai đoạn: 9 Chuyển hóa các hợp chất hữu cơ có chứa carbon dạng keo và dạng hoà tan thành thể khí và thành sinh khối vi sinh vật (quá trình lên men kỵ khí và hiếu khí). 9 Tạo các bông cặn sinh học gồm các tế bào vi sinh vật và chất keo vô cơ trong nước thải. 9 Loại bông cặn sinh học ra khỏi nước bằng quá trình lắng trọng lực. ”Các chỉ tiêu quan trọng trong nước thải: 9 BOD (Biochemical Oxygen Demand) (mg/l): nhu cầu oxy sinh hóa (BOD5). (cao có hại cho sinh vật). 9 COD (Chemical Oxygen Demand) (mg/l): nhu cầu oxy hóa học. (cao có hại cho sinh vật). 9 DO (Dissolved Oxygen) (ppm): oxy hòa tan (8 - 10ppm. 9 SS (Suspended Solids): chất rắn lơ lửng. 9 Độ đục. 9Màu sắc. 9Mùi. ƒ Sau xử lý sinh học (xử lý sinh học bậc cao): 9 Vật chất trong nước thải lên men bởi vi sinh vật dần giảm nồng độ. 9 Do sự cạn kiệt dần của dưỡng chất trong môi trường, vi sinh vật chuyển sang sử dụng dưỡng chất tích lũy trong tế bào (hô hấp nội bào). 9 Sinh khối i sinh ật dần giảm hoạt chất từ tếv v , bào chết cung cấp cho tế bào còn lại. 9 Nước thải chứa các hợp chất hữu cơ carbon, nitơ, phospho nồng độ cao sau khi xử lý sinh học giảm: 98% BOD; 30-40% N; 30% P. Lượng N, P còn lại tiếp tục được khử bởi pp hóa học và sinh học (VSV hiếu khí, thực vật). ƒ Xả nước thải vào nguồn tiếp nhận: Xả nước thải vào nguồn tiếp nhận phải thoả mãn điều kiện: ÖGiảm tối thiểu ảnh hưởng độc hại của nước thải, không có virus, vi khuẩn gây và truyền bệnh ảnh hưởng đến sức khỏe cộng đồng. ÖLoại bỏ hoàn toàn hoặc giảm tối đa tác động xấu của nước thải (kim loại nặng, chất hữu cơ khó phân hủy) đến chất lượng nước nguồn tiếp nhận. ÖCó 3 cách xả nước thải: Vào cánh đồng tưới (khối lượng NT nhỏ). Vào hố đào, giếng thấm (khối lượng NT nhỏ). Sông, suối, hồ, ao (pha loãng, tận dụng làm sạch tự nhiên). 10/4/2009 3 Bảng giá trị nước thải công nghiệp Thông số Đơn vị Giá trị giới hạn A B C Nhiệt độ oC 40 40 45 pH 6 – 9 5.5 – 9 5 – 9 BOD5 (20oC) mg/l 20 50 100 COD mg/l 50 100 400 Chất rắn lơ lửng mg/l 50 100 200 Coliform MPN/100 ml 5 000 10 000 - . . Chì mg/l 0,1 0,5 1 Asen mg/l 0,05 0,1 0,5 Thủy ngân mg/l 0,005 0,005 0,01 Phospho hữu cơ mg/l 0,2 0,5 1 Phospho tổng số mg/l 4 6 8 Tổng Nitơ mg/l 30 60 60 Ammoniac (N) mg/l 0,1 1 10 Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5945 – 1995 III.Các bậc dinh dưỡng trong các công trình làm sạch nhân tạo: 1. Đặc điểm: ƒ Hệ sinh thái nhân tạo, cơ bản là HST phân hủy. ƒ Thành phần sinh vật nghèo nàn, VSV là cơ bản. Khô ó h iới õ à iữ i h ật ả ấtƒ ng c ran g r r ng g a s n v s n xu và sinh vật tiêu thụ. ƒ Thực vật (SV sản suất) có thể là sinh vật tiêu thụ ở giai đoạn nào đó. 2. Các bậc dinh dưỡng cơ bản: trong bể xử lý sinh học, vi khuẩn có vai trò quan trọng, chúng chịu trách nhiệm phân hủy các thành phần hữu cơ trong nước thải. Bao gồm các dạng: n Hệ VSV lên men hiếu khí, hiếu khí không bắt buộc: ƒ Trong bể bùn hoạt tính (Aerotank) thuộc các giống: Pseudomonas, Zooglea, Achromobacter, Flavobacterium, Nocardia, Bdellovibrio, Mycobac- terium. Các vi khuẩn này hoạt động phân giải chất hữu cơ để tạo chất sống cho bản thân và tăng trưởng. ƒ 2 loại VSV thực hiện phản ứng nitrit hóa, nitrat hóa: Nitrosomonas, Nitrobacter. Các vi khuẩn này hoạt động phân giải NH4+ thành NO3- để tạo vỏ tế bào. ƒ VSV khử phospho. o Hệ VSV lên men kỵ khí: ƒ VSV phân hủy chất hữu cơ trong điều kiện không có oxy (trong túi ủ, dưới đáy sâu), bao gồm hàng trăm phản ứng và các hợp chất trung gian. Chia làm 3 giai đoạn: phân hủy chất hữu cơ, tạo ra các axid, tạo methane. ƒ Phương trình phân giải đơn giản: Chất hữu cơ Ö CH4 + CO2 + NH3 + H2S ƒ Hỗn hợp khí sinh ra gọi là khí biogas, có thành phần: Methane (55,65%), CO2 (35,45%), Nitơ (0,3%), H2 (0,1%), H2S (0,1%). ƒ 3 nhóm VSV chính tham gia: 9 VSV phân giải chất hữu cơ. 9 VSV tạo acid bao gồm các loài: Clostridium spp., Peptococcus anaerobus, Bifidobacterium spp., Desulphovibrio spp., Corynbacterium spp., Lacto- bacillus, Actynomyces, Staphylococcus, Escheri- chia coli. 9 VSV methane hình que (Methanobacterium, Methanobacillus), hình cầu (Methanococcus, Me- thanosarcina). 10/4/2009 4 p Một số nguyên sinh động vật và động vật nhỏ: ƒ Nguyên sinh động vật bao gồm: các nhóm trùng tơ (Paramoecium sp., Vorticella sp.), trùng biến hình (Amoeba ...) thức ăn chính của nhóm này là vi khuẩn Ö sinh vật chỉ thị. ƒ Các loại virus ký sinh trên tế bào vi khuẩn (virus viêm gan bại liệt gây bệnh đường ruột) Khó tiệt, , . trùng bằng clor. ƒ Luân trùng (Rotifera), ăn vi khuẩn. ƒ Giun đốt (Annelida) chủ yếu là giun chỉ (Tubifex), ăn chất hữu cơ và vi khuẩn. q Thực vật thủy sinh (TVTS): ƒ Các loại tảo đơn bào, tảo sợi đa bào thuộc nhóm tảo lục (Chlorophyta), tảo lam (Cyanophyta). ƒ TVTS chìm: Rong đuôi chó, Thủy thảo (Hydrilla); Chân thủy (Blyxa); Cỏ đuôi chó, vạn diệp (Myriophyllum). ô ỗ ì è ấƒ TVTS tr i n i: Lục b nh (Echhornia); B o t m (Wolfia); Bèo tai tượng (Pistia); Bèo hoa dâu (Salvinia). ƒ TSTV nỗi: Thủy hương (Typha); Hến (Scirpus); Sậy (Phragmites). Sống trên môi trường nước ngập. HẾT BÀI SINH THÁI HỌC CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI