Bài giảng Nguyên lý quản trị học - Chương 10: Hồ sinh học

háp xử lý khácCơ sở lý thuyếtCác hoạt động diễn ra trong hồ sinh học là kết quả của sự cộng sinh phức tạp giữa nấm và tảo, giúp ổn định dịng nước và làm giảm các vi sinh vật gây bệnhHồ sinh học cĩ thể dùng để xử lý nhiều loại nước thải khác nhau: nước thải cơng nghiệp hay sinh hoạt phức tạp, trong những điều kiện thời tiết khác nhau. Các quá trình diễn ra trong ao, hồ sinh học cũng tương tự như quá trình tự làm sạch ở các sơng hồ tự nhiên. Vi sinh vật đĩng vai trị chủ yếu trong quá trình xử lý chất thải hữu cơ.Các dạng hồ sinh họcHồ tự nhiênHồ nhân tạoHồ kỵ khíHồ tùy tiệnHồ hiếu khíHồ sinh học với sự tham gia của thực vật nướcHồ tự nhiênHồ được hình thành do quá trình kiến tạo bề mặt trái đấtHồ tự nhiên trước đây, khi chưa chịu tác động đáng kể của con người thường là những hồ sinh thái cĩ độ đa dạng sinh học cao, là nơi cư trú của nhiều lồi động thực vật. Đến nay dưới tác động của bàn tay con người, một số hồ đã bị xố sổ, một số được khai thác cạn kiệt các tài nguyên trong hồ hay phải gánh chịu những vấn đề ơ nhiễm mơi trường do con người tạo ra.Các dạng hồ sinh họcHồ nhân tạoHồ nhân tạo được hình thành do những tác động của con người nhằm những mục đích này hay mục đích khác, như đắp chắn dịng sơng ngăn lũ, lưu trữ nước cho nhà máy phát điện, cung ứng cho tưới tiêu chống hạn tạo những hồ sinh thái ở khu vực thượng nguồn. Hồ cịn do quá trình đào đắp đất hoặc khai thác đất đá, khống sản tạo thàng các hố sâu rộng, theo thời gian nước được lấp đầy do mưa tạo thành những lịng hồ, làm mơi trường sống cho các loại động vật thuỷ sinhCác dạng hồ sinh họcCác dạng hồ sinh họcHồ kỵ khíHồ kỵ khí dùng để lắng và phân hủy cặn lắng và phương pháp sinh hĩa tự nhiên dựa trên cơ sở sống và hoạt động của vi sinh vật kỵ khí. Các vi khuẩn kỵ khí phá vỡ các hợp chất hữu cơ trong dịng chảy, giải phĩng khí CH4 và CO2.Cĩ khả năng xử lý nước thải chứa hàm lượng hữu cơ caoHồ kỵ khí làm giảm lượng N, P, K và các vi sinh vật gây bệnh bằng cách tạo ra bùn và giải phĩng NH3 vào khơng khíCác dạng hồ sinh họcCác dạng hồ sinh họcKết quả thu được:Chuyển đổi vật chất từ dạng vật liệu hịa tan thành dạng vật chất lắng đọng như bùn đáy. Hịa tan các dạng vật chất hữu cơ khác. Phá vỡ quá trình phân hủy sinh học của các vật chất hữu cơ. Chứa vật chất khơng hịa tan và khơng phân hủy như bùn đáy. Chứa vật chất khơng hấp thụ và ở dạng vơ định hình như bùn đáy. Cho phép xử lý một phần dịng chảy đi qua.Các dạng hồ sinh họcHồ tùy tiệnCĩ 2 loại hồ tùy tiệnHồ tùy tiện nguyên thủy, tiếp nhận nguồn thải nguyên chất chưa qua xử lý; Hồ tùy tiện thứ cấp, tiếp nhận nguồn thải đã qua xử lý (thường là dịng thải từ hồ kỵ khí)Các dạng hồ sinh họcCác dạng hồ sinh họcKhi quá trình hồn thành, hồ tùy tiện sẽ đáp ứng: Tăng cường xử lý dịng thải vào từ xử lý kỵ khí thơng qua việc phân chia, phân hủy và tiêu hĩa các vật chất hữu cơ. Xử lý hiếu khí phá vỡ hầu hết các dạng hữu cơ cịn lại ở gần bề mặt hồ. Làm giảm số lượng vi sinh vật cĩ khả năng gây bệnh.Các dạng hồ sinh họcHồ hiếu khíQuá trình oxy hĩa các chất hữu cơ nhờ các vi sinh vật hiếu khí. Cĩ thể phân loại hồ này thành hai nhĩm: hồ làm thống tự nhiên và hồ làm thống nhân tạoHồ hiếu khí được thiết kế với tác dụng ngăn khơng cho tảo phát triển. Điều này được thực hiện thơng qua 2 điều kiện. Sự trộn lẫn hiệu quả  tất cả sinh khối ở tình trạng lơ lửng, cung cấp độ đục cần thiết để làm giảm sự xâm nhập của ánh sáng vào trong cột nước  thời gian lưu bùn cân bằng với thời gian lưu nước. Thời gian lưu nước được kiểm sốt ít hơn thời gian lưu bùn làm giảm sự phát triển của tảo. Bởi vì tảo đã bị ngăn chặn khơng cho phát triển, oxy được cung cấp với nghĩa thụ động.Các dạng hồ sinh họcHồ này cĩ thể được thiết kế với nhiều mục tiêu khác nhau, bao gồm Chuyển hĩa các vật liệu hữu cơ đã bị vi khuẩn làm cho thối rữa thơng qua việc chuyển đổi thành sinh khối, Sự ổn định của vật chất hữu cơ (bao gồm cả sinh khối tổng hợp) thơng qua sự phân hủy hiếu khí, và sự chuyển hĩa của sinh khối tổng hợp do lắng đọng tự nhiênCác dạng hồ sinh họcHồ sinh học với sự tham gia của thực vật nướcHồ sinh học với sự tham gia của thực vật nước (hồ thực vật) là phương pháp xử lý được xem là lâu đời nhất (trên 3.000 năm) cĩ khả năng xử lý các chất hữu cơ, nitơ, phospho.Việc áp dụng hồ thực vật phụ thuộc vào nhiều yếu tố: tính chất nước thải: BOD, dinh dưỡng, các chất độc hại, nhiệt độ nước thải; điều kiện khí hậu, thời tiết: nhiệt độ, bức xạ, tính chất nguồn nước tiếp nhận (hàm lượng muối, độ kiềm, độ cứng);Các dạng hồ sinh họcThực vật nước cĩ mặt trong các hồ sinh học chủ yếu là một số loại tảo, phiêu sinh thực vật và các thực vật nổi. Pleustophyte (tăng trưởng trên mặt nước, lá nổi trên bề mặt): Lục bình, cỏ vịt, rau muống, bèo hoa dâu, bèo tây, bèo nhật bản Heltophyte (rễ nằm ngập trong nước): Lau sậy, cỏ chỉ, Iris, cỏ năng, lác Hydrophytes (ngập trong nước): Elodea, cỏ thi Phiêu sinh thực vật (Phytoplankton): Tảo chlorella, Euglena, ScenedesmusCác dạng hồ sinh họcCơ chế hoạt động của hồ thực vật như sau: Vi khuẩn phân hủy các chất hữu cơ tạo thành CO2 và H2O; acid hữu cơ trong điều kiện yếm khí. Tảo sử dụng năng lượng ánh sáng mặt trời, CO2 và các chất vơ cơ trong nước để tổng hợp nguyên sinh chất, giải phĩng oxy Oxy cung cấp cho vi khuẩn bổ sung từ nước (khơng khí, giĩ xáo động khuấy trộn nước hồ, nhiệt độ, hàm lượng muối ảnh hưởng đến oxy hịa tan) và oxy nhân tạo. Hiện tượng lắng cặn cũng xảy ra trong hồ thực vật nước. Các dạng hồ sinh họcCác dạng hồ sinh họcVi sinh vật hiện diệnVi sinh vật hiếu khíVi khuẩn kỵ khíCác vi sinh vật quang hợpĐộng vật nguyên sinhThực vậtVi sinh vật hiếu khíGiống với các lồi vi khuẩn hiện diện trong các hệ thống xử lý khácGồm cĩ nhĩm vi khuẩn tự do, nhĩm vi khuẩn dạng khối và nhĩm vi khuẩn dạng sợiChức năng: phân hủy các hợp chất hữu cơ, giải phĩng CO2 và tạo sinh khối mớiVi sinh vật hiện diệnNhĩm vi khuẩn tự doCĩ khả năng phân giải các hợp chất hữu cơ nhưng khơng lắng xuống đáy  bị cuốn ra ngồi theo dịng thảiThường tồn tại trong mơi trường cĩ nồng độ hữu cơ đầu vào cao và nồng độ oxy trong nước thấp.Vi sinh vật hiện diệnNhĩm vi khuẩn dạng khốiTăng trưởng gắn kết tạo thành một khối lớn do tạo thành các polymer ngoại bàoGiúp đẩy nhanh tốc độ phân hủy BOD và lắng đọng ở cuối quá trình  hạn chế lượng chất rắn lơ lửng thải ra ngồiNhĩm vi khuẩn dạng sợiChỉ xuất hiện trong trường hợp đặc biệtThường khơng cĩ ảnh hưởng tiêu cực đến quá trình xử lý nước Vi sinh vật hiện diệnNhĩm vi khuẩn tạo acidChuyển hĩa các sản phẩm protein, lipid, polysaccharide trong điều kiện kỵ khí thành các alcohol, acid hữu cơ như acetic, propionic, butyricCĩ khả năng thích nghi tốt đối với điều kiện pH và nhiệt độ khác nhauVi sinh vật hiện diệnVi sinh vật kỵ khíNhĩm vi khuẩn tạo methaneChuyển hĩa các sản phẩm như acid formic, methanol, methylamine và acid acetic trong điều kiện kỵ khí thành methaneRất nhạy cảm với điều kiện mơi trường và thích nghi với khoảng pH hẹp: 6.5 – 7.5 và nhiệt độ >140CVi sinh vật hiện diệnNhĩm vi khuẩn khử sulfateLà tác nhân cung cấp năng lượng, giúp chuyển hĩa sulfate thành H2SChỉ xuất hiện khi nước thải chứa BOD và sulfate nhưng khơng cĩ oxyĐây chính là nguyên nhân chính gây nên mùi khĩ chịu ở các hồ xử lýVi sinh vật hiện diệnVi sinh vật quang hợpXuất hiện ở tất cả các hồ nhưng phổ biến nhất là ở hồ hiếu khíVi khuẩn quang hợp chủ yếu là nhĩm vi khuẩn lưu huỳnh kỵ khí  oxy hĩa các hợp chất H2S thơng qua năng lượng ánh sáng tạo thành S và sulfateTảo là lồi hiếu khí cĩ khả năng quang hợp sử dụng năng lượng ánh sáng và một số hợp chất đơn giản như nitrate, sulfate để tăng trưởngVi sinh vật hiện diệnĐộng vật nguyên sinhCĩ nhiều lồi sinh vật bậc cao hơn cĩ thể xuất hiện trong các hồ sinh học (động vật) như động vật nguyên sinh và động vật khơng xương sống, như: rotifers, daphnia, giun đốt, chironomids (ấu trùng muỗi vằn), và ấu trùng muỗi (thường gọi là zooplankton-thực vật nổi)Vi sinh vật hiện diệnHồ thực vậtSự hiện diện và phát triển của các lồi vi sinh vật trong hồ thực vật dưới các điều kiện mơi trường khác nhau sẽ rất khác nhau. Khi tải trọng hữu cơ cao phát triển các lồi: phytoplagenllata, Euglena cạnh tranh với sự phát triển của vi khuẩn như: Pseudomonas, Flavobacterium, Alcaligenes. Vi khuẩn E. coli chết nhanh do sản phẩm kháng sinh của tảo và các lồi vi khuẩn khác. Đồng thời, xuất hiện các lồi cillata giả túc như: colpidium, paramecium, glaucoma, protozoa, rotifer, sử dụng vi khuẩn làm nguồn thức ăn. Khi tải trọng hữu cơ thấp, phát triển các lồi như Daphnia, Rotozoa.Vi sinh vật hiện diện