ĐỀ tài ỨNG DỤNG SÓNG SIÊU âm TRONG TIỀN xử lý bùn THẢI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HỒ CHÍ MINH KHOA MÔI TRƯỜNG BỘ MÔN QUẢN LÝ MÔI TRƯỜNG  ĐỀ TÀI TIỂU LUẬN ĐỀ TÀI ỨNG DỤNG SÓNG SIÊU ÂM TRONG TIỀN XỬ LÝ BÙN THẢI GVHD: TS.NGUYỄN TẤN PHONG HVTH: PHAN THỊ HOÀI THU LÊ THỊ KIỀU MIÊN NGUYỄN MINH NHẬT ĐÀO THỊ VIỆT HƯƠNG HÀ HUỲNH BĂNG TÂM TP.HCM, THÁNG 03 – 2012 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com DANH MỤC HÌNH Hình 1: Sóng tần số khác Hình 2: Các vùng dịng âm Hình 3: Chi tiết hệ thống sóng siêu âm điện áp 20kHz Hình 4: Ví dụ phát âm phổ biến Hình 5: Quan sát kính hiển vi WAS: (a) trước siêu âm (b) sau siêu âm lượng đầu vào không đổi 1.5kW 20kHz 12 Hình 6: Hình ảnh SEM WAS thời điểm siêu âm khác với lượng đầu vào 1.5kW, tần số 20kHz (A) phút (B) phút (C) 10 phút (D) 30 phút 13 Hình 7: Hiệu lượng đầu vào lên tăng SCOD (tần số 20kHz, lượng tối đa 1.5kW, nồng độ TS 3% cường độ sóng siêu âm 1.07 W/ml) 14 Hình 8: Sự tạo thành NH3-N trình phân hủy bùn mức lượng đầu vào nồng độ TS khác 18 Hình 9: SOUR WAS thời gian siêu âm khác 19 Hình 10:Mức độ khử hoạt tính mức lượng đầu vào khác 20 Hình 11: Sự hình thành SCOD mức lượng đầu vào nồng độ TS khác 21 Hình 12: SCOD tạo thành pH khác 30 phút siêu âm 28 Hình 13: Loại bỏ VS đối vời bùn xử lý siêu âm không xử lý siêu âm thời gian lưu khác 33 Hình 14: Loại bỏ SCOD đối vời bùn xử lý siêu âm không xử lý siêu âm thời gian lưu khác 34 Hình 15: Tỷ lệ hấp thụ oxy (SOUR) thời gian lưu khác 35 Hình 16: Sự giảm MLSS suốt q trình thí nghiệm siêu âm Anglian Water Cambridge WWTP 38 Hình 17: Tác động sóng siêu âm lên tạo thành bùn hoạt tính 39 Hình 18: Thiết bị siêu âm SonolyzerTM 41 Hình 19: Thiết bị siêu âm Sonico 41 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1: Chất rắn hữu hòa tan điều kiện siêu âm khác 25 Bảng 2: Mức độ vi khuẩn bùn điều kiện xử lý khác 36 Bảng 3: Ví dụ chi phí hoạt động bảo tri tiên xử lý kỵ khí WAS siêu âm 42 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Ứng dụng sóng siêu âm tiền xử lý bùn thải ỨNG DỤNG SÓNG SIÊU ÂM TRONG TIỀN XỬ LÝ BÙN THẢI I CƠ SỞ LÝ THUYẾT GIỚI THIỆU Hầu thải sinh hoạt xử lý trình sinh học Trong q trình xử lý sinh học hiếu khí, bùn hoạt tính, có khoảng 35% chất hữu khống hóa thành CO2 H2O vi sinh vật Phần chất hữu lại chuyển thành tế bào vi khuẩn, sinh khối hay bùn Việc xử lý thải bỏ bùn phát sinh chiếm đến 60% tổng chi phí xử lý nước thải sinh hoạt Sự thải bỏ truyền thống (chôn lấp hay đốt) trở nên chấp nhận quản lý Do đó, tối thiểu tạo thành bùn thu hồi sản phẩm phụ có giá trị lượng sinh học quan trọng quản lý bùn Ổn định bùn, phương pháp phân hủy hiếu khí kỵ khí, sử dụng để giảm lượng bùn thải, tạo bùn sinh học ổn định, sinh lượng sinh học khí metan Tuy nhiên, bùn nước thải sinh hoạt, hay WAS, khó phân hủy tốc độ phân hủy tế bào giảm Tiền xử lý WAS nhằm tăng tốc độ phân hủy sinh học tăng phân hủy Qúa trình tiền xử lý q trình vật lý, hóa học, nhiệt sinh học Mục đích tiền xử lý phá hủy thành tế bào tạo điều kiện tạo thành vật chất nội bào pha nước cho phân hủy Sóng siêu âm xem phương pháp ưa thích phân hủy bùn sinh học nhiều ưu điểm TRỞ NGẠI CỦA ỔN ĐỊNH BÙN SINH HỌC Hầu hết chất thải có nồng độ TS cao, bùn thị (chất rắn từ q trình sử lý sơ cấp bùn thải sinh hoạt), chất thải từ động vật, chất thải từ q trình nơng nghiệp, phân hủy chậm chất hạt chất thải Do đó, dịng thải hạt cao, thủy phân trở thành bươc hạn chế trình xử lý sinh học Bùn đô thị, đặc biệt bùn thải sinh hoạt, khó phân huỷ so với chất rắn sinh từ qúa trình xử lý sơ cấp giới hạn phân hủy tế bào sinh vật Điều thành tế bào màng tế bào sinh vật nguyên sinh cấu thành từ chất hữu phức tạp như: LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Ứng dụng sóng siêu âm tiền xử lý bùn thải peptidoglycan, teichoic acids, polysaccarit phức tạp ngăn cản trình phân hủy sinh học Do khả phân hủy thấp nên q trình phân hủy sinh học địi hỏi thời gian dài khoảng 30- 60 ngày CƠ SỞ CỦA Q TRÌNH PHÂN HỦY BÙN Mục đích q trình phân hủy bùn phá vỡ thành tế bào tạo điều kiện thuận lợi cho trình phân hủy nội bào pha nước Điều đẩy nhanh phân rã giảm thời gian lưu cần thiết trình phân hủy Quá trình phân hủy bùn phá vỡ hợp chất hữu khác thành chất khối lượng nhỏ Điều quan trọng nhằm lưu ý trình phân hủy bùn không giới hạn trình phân hủy Quá trình phân hủy bùn cung cấp chất hòa tan chỗ (on-site soluble substrate) cho nhà máy xử lý nước thải trình loại bỏ chất dinh dưỡng (BNR) Phân hủy bùn tiến hành phương pháp vật lý, nhiệt, hóa học sinh học SỰ PHÂN HỦY BÙN BẰNG SÓNG SIÊU ÂM 4.1 Ƣu nhƣợc điểm trình tiền xử lý siêu âm Trong nhiều thập kỷ, sóng siêu âm sử dụng để phá vỡ tế bào sinh học với mục đích thu hồi vật liệu nội bào nghiên cứu để tăng khả ứng dụng việc xử lý bùn thị Phân hủy bùn sóng siêu âm q trình vật lý khơng tạo hợp chất thứ cấp độc hại khơng làm tăng chất hóa học Ngồi phân hủy bùn vật lý nhiều hợp chất độc hại chất hữu khó phân hủy như: hợp chất vịng thơm, hợp chất halogen, chất có hoạt tính bề mặt, thuốc nhuộm,…cũng bị phá vỡ thành dạng đơn giản Điều trình phản ứng oxy hóa sinh gốc hydroxy tự (OH•), hydrogen (H•), hydroperoxyl (HO•2), hydrogen peroxide (H2O2) q trình tiền xử lý sóng siêu âm, dẫn đến oxy hóa hợp chất khó phân hủy sinh học Một số ưu điểm khác tiền xử lý siêu âm:  Thiết kế nhỏ gọn dễ dàng trang bị thêm cho hệ thống có LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Ứng dụng sóng siêu âm tiền xử lý bùn thải  Chi phí thấp hoạt động có hiệu so với trình tiền xử lý khác  Sản phẩm an in situ carbon source for denitrification plants  Q trình tự động hóa hồn tồn  Khả kiểm sốt kích thược sợi tạo bọt bể phân hủy  Khả phân hủy ổn định  Cải thiện trình phân hủy VS sản xuất khí sinh học  Q trình tách nước tốt  Cải thiện chất lượng chất rắn sinh học ( hợp chất hữu khó phân hủy sinh học lại, giảm tác nhân gây bệnh, ) Tiền xử lý siêu âm có mặt hạn chế Một vấn đề nguồn vốn cao, chi phí vận hành Chi phí giảm bớt cơng nghệ hồn thiện Tương tự vậy, liệu hiệu suất hệ thống siêu âm hạn chế 4.2 Cơ chế phân hủy bùn sóng siêu âm Sóng siêu âm sóng âm có tần số nằm ngưỡng nghe người (>20kHz) Hình cho thấy tần số sóng âm Khi sóng siêu âm lan truyền mơi trường bùn, tạo mơ hình tuần hồn nén rút khí mơi trường Những vùng rút khí vùng có áp suất thấp (áp suất âm lớn) chất lỏng bùn bị phá vỡ Kết trình giảm áp lực, bọt khí nhỏ hình thành khu vực khí Những bọt khí có kích thước nhỏ, gọi bong bóng sủi bọt, có chứa chất lỏng bay khí trước hòa tan vào chất lỏng Khi đầu sóng lan truyền, bọt khí dao động ảnh hưởng áp lực dương, chúng va chạm tạo thành bọt khí có kích thước lớn trước bị vỡ Sự sủi bọt khí tượng bọt khí hình thành pha lỏng nở rộng kích thước, sau nhanh chóng bị vỡ Việc vỡ bọt khí làm cho nhiệt độ bên lên tới 5000K áp suất lên đến 180Mpa Sự phá vỡ đột ngột mạnh mẽ số lượng lớn bọt khí taọ cho q trình thủy phân diễn mạnh LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Ứng dụng sóng siêu âm tiền xử lý bùn thải mẽ Sự vỡ bọt khí kéo theo phá vỡ thành tế bào màng tế bào vi khuẩn kề Hình 1: Sóng tần số khác Nhiệt độ áp suất cao góp phần làm tăng q trình phân hủy bùn Ở nhiệt độ cao, chất béo màng tế bào chất bị phân hủy tạo lỗ trống màng tế bào, thơng qua vật liệu nội bào thoát pha nước Điều quan trọng để tính tốn nhiệt tiềm tàng (the heating potential) trình tiền siêu âm tác động nhiệt độ Ví dụ, lượng đầu vào 0.11 W/ml = 110 W/L hay 110 J L−1s−1; nghĩa là, 4200/110 38 s để tăng nhiệt độ lên 1◦C Ngoài ra, phản ứng phát quang siêu âm (sonochemical) dẫn đến hình thành gốc hydro tự (e.g., OH•, HO•2, H•) hợp chất oxy hóa mạnh góp phần vào trình phân hủy bùn sóng siêu âm Sự phân hủy xảy tốt tần số thấp từ 20 – 40 Hz Điều khả thủy phân xâm thực tốt tần số thấp Cơ chế phân hủy sóng siêu âm bùn hoạt tính tần số 20 Hz: NaHCO3 thêm vào tác nhân để loại trừ hiệu ứng oxy hóa gốc hydro (OH•) q trình phân hủy sóng siêu âm Các bicarbonate phản ứng với gốc hydroxyl loại trừ trình phân hủy bùn Vì vậy, phân hủy bùn điều kiện có mặt NaHCO3 đốn q trình thủy phân Các nhà nghiên cứu nhận thấy trình thủy phân nguyên nhân chủ yếu trình phân hủy bùn hoạt tính NaHCO LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Ứng dụng sóng siêu âm tiền xử lý bùn thải thêm vào với cường độ sóng siêu âm 0.384W/ml thấp Tuy nhiên, đóng góp gốc oxy hóa chiếm ưu cao cường độ sóng siêu âm 0.72 W/ml Một chế xảy bùn xử lý sóng âm dịng âm (acoustic streaming) Điểm xử lý bùn q trình trộn, tạo điều kiện để phân phối lượng sóng siêu âm khối bùn, đối lưu chất lỏng phân phối lượng nhiệt xuất Toàn thiết bị có ba khu vực truyền âm Khu vực lớn nhất, Eckart (khu vực I thể hình 2) khu vực xa tính từ công cụ tạo rung động lưu thông dịng điện xác định hình dạng thiết bị bước sóng sóng âm chất lỏng Khu vực gần thiết bị phát âm (khu vực II) hình dạng kích thước chủ yếu xác định thiết bị âm Khu vực gần (khu vực III), gọi Schlichting, tiếp giáp với lớp chất lỏng sóng âm Lớp tương đối mỏng Ví dụ, tần số 20 Hz, lớp ranh giới âm cho nước 20 oC nhỏ micromet Tất ba khu vực đóng vai trị quan trọng q trình khuấy trộn chất lỏng Hình 2: Các vùng dòng âm LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Ứng dụng sóng siêu âm tiền xử lý bùn thải 4.3 Cơ chế việc phát sinh lƣợng sóng siêu âm Để hiểu rõ q trình phân hủy bùn sóng siêu âm, điều quan trọng xem xét phát sinh lượng sóng siêu âm Trong việc sử dụng sóng siêu âm lượng thấp sử dụng rộng rãi y tế không phá hủy vật liệu, việc sử dụng sóng siêu âm lượng cao, đặc biệt xử lý bùn, ngày trở nên phổ biến Trong lịch sử có hai chế để sản xuất lượng sóng siêu âm từ giảo điện áp Mỗi chế có lợi ích hạn chế riêng Công nghệ từ giảo dựa loại vật liệu chịu sức căng tiếp xúc với từ trường Chẳng hạn niken sử dụng trường hợp hợp kim khác gọi Terfenol-D giãn nở lớn tác dụng sức căng từ tính Ngược lại, đầu dị điện áp dựa loại vật liệu bị kéo căng tiếp xúc với dòng điện 4.4 Phân phối lƣợng siêu âm Ba thành phần hệ thống sóng siêu âm cơng cụ chuyển đổi (bộ chuyển đổi), máy tăng thế, phát âm (rung) Công cụ chuyển đổi chuyển lượng điện thành lượng sóng siêu âm (dao động) Máy tăng khí khuếch đại giúp tăng biên độ (độ rung) tạo chuyển đổi Bộ phát âm công cụ thiết kế đặc biệt để mang lại lượng sóng siêu âm đến bùn Hình thể xếp cơng cụ chuyển đổi, máy tăng phát âm hệ thống siêu âm thông thường LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Ứng dụng sóng siêu âm tiền xử lý bùn thải Hình 3: Chi tiết hệ thống sóng siêu âm điện áp 20kHz Như vậy, máy tăng phát âm thiết kế để phóng đại biên độ chuyển động siêu âm Máy tăng đặt chuyển đổi phát âm, độ dịch chuyển điển hình lương siêu âm 20µmpp điều khơng hiệu q trình xử lý bùn, thường dùng lượng siêu âm 50 µmpp Lợi ích máy tăng phát âm lấy xấp xỉ cách đánh giá khối lượng sơ đồ nút (khu vực khơng có chuyển động) Bởi trạng thái cân khả tương thích, lực (F) [MLS−2] sơ đồ nút phải cân Khối lượng M1(M) M2(M ) phải khác gia tốc (a1, a2) [LS−2] phải khác nhau, dẫn đến biên độ dao động khác F1 = F2  m1a1 = m2a2  = (1) Một tiêu chuẩn thiết kế phát âm tính đồng biên độ Đối với phát âm có kết cấu tương đối nhỏ điều khơng quan trọng, nhiên phát âm có kết cấu lớn (hình 4) tính đồng biên độ khó đạt Thường chúng thêm vào ổ đĩa phía sau phát âm cắt xén gần bề mặt phát âm nơi mà có tính đồng biên độ thấp Ngoài ra, với kết cấu có kích thước lớn gọi hiệu ứng “Poisson” tạo chế độ rung động khơng LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Ứng dụng sóng siêu âm tiền xử lý bùn thải mong muốn Trong trường hợp này, vật liệu giãn bên ngồi tỷ lệ vật liệu “Poisson” Có nhiều mẫu thiết kế phát âm, số thiết kế điển hình thể hình Hình 4: Ví dụ phát âm phổ biến 4.5 Định lƣợng lƣợng/ lƣợng đầu vào q trình xử lý bùn Tính kinh tế hệ thống xử lý bùn sóng siêu âm chi phối công suất (W kW) lượng (J or kJ) đầu vào cần thiết để đạt phân hủy bùn hiệu Như vậy, việc định lượng lượng/ lượng đầu vào để có hiệu suất phân hủy mong muốn quan trọng để đánh giá hiệu hệ thống siêu âm Đây yếu tố quan trọng việc lựa chọn hệ thống siêu âm phù hợp với lĩnh vực ứng dụng Năng lượng đầu vào cần thiết để đạt hiệu suất phân hủy bùn mong muốn phụ thuộc vào đặc tính bùn (ví dụ, hàm lượng TS, độ nhớt bùn, thành phần hữu cơ, chất bùn,…) cách thiết kế hệ thống siêu âm Hiện chưa có mơ hình hợp lý cho tất yếu tố Vì hệ thống siêu âm cần nghiên LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Ứng dụng sóng siêu âm tiền xử lý bùn thải Hình 18: Thiết bị siêu âm SonolyzerTM Hình 19: Thiết bị siêu âm Sonico Hệ thống siêu âm Sonico sản xuất để phù hợp với đường ống có đường kính inch, hình 19 Hệ thống tùy chỉnh để cung cấp số lượng horn 41 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Ứng dụng sóng siêu âm tiền xử lý bùn thải cần thiết seri hệ song song Việc cung cấp hệ thống Sonico thường bao gồm bơm cấp, hệ thống thiết bị đo đạc, phần cứng siêu âm, tủ điều khiển hệ thống SCADA tự động với máy tính, đặt container vận chuyển Chi phí trích dẫn năm 2005 dao động từ khoảng $ 500.000 cho đơn vị xử lý với lưu lượng 4000 L/giờ (96 m3/ngày 25.000 gpd) đến $ 900.000 cho 15000 L/giờ (360 m3/ngày 95.000 gpd) $ 2,2 triệu cho hệ thống để xử lý 37.000 L/giờ (888 m3/ ngày 235.000 gpd) Chi phí tương lai thay đổi giá thành hàng hóa nguồn lao động thay đổi Ngồi ra, đơn vị lắp đặt Lắp đặt hệ thống siêu âm dẫn đến chi phí khác, bao gồm chi phí lưu trữ TWAS, chi phí cho đường ống, bổ sung bơm cho hệ thống, điện, chi phí thiết bị kiểm sốt, vị trí lắp đặt, hạ tầng kỹ thuật, chi phí xây dựng chi phí cho cơng trình thay container vận chuyển khơng phải phương tiện thích hợp Vịng đời chi phí-lợi ích có nhiều thuận lợi trường hợp xử lý bùn đặc Các phí tổn điện, khí thiên nhiên chất rắn sinh học ảnh hưởng đến cân kinh tế thời gian hoàn vốn Kinh tế thực tế thời gian hoàn vốn xác định đặc biệt Bảng trình bày ví dụ chi phí vận hành bảo dưỡng cho hệ thống siêu âm phân hủy, so sánh khác biệt tiềm kinh tế TWAS với nồng độ chất rắn 4% 6% Các lợi ích kinh tế tiền xử lý phương pháp siêu âm cao cho nhà máy có cơng suất cao chi phí xử lý chất thải rắn sinh học cao Bảng 3: Ví dụ chi phí hoạt động bảo tri tiên xử lý kỵ khí WAS siêu âm Hoạt động Điện Bảo trì Chi phí đơn vị 0.06 Đơn vị /kWh Chi phí/ Chi phí/ TWAS khơ TWAS khơ (4%TS) (6%TS) 42 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Ứng dụng sóng siêu âm tiền xử lý bùn thải Tổng chi phí Khí thiên nhiên 8.5 Tiết kiệm 120 /GJ 10 30 30 19 19 50 50 40 43 quản lý bùn sinh học Tổng tiết kiệm Dựa liệu từ Sonico: bể phân hủy có tỷ lệ giảm VS 60%, CH4 64%, chi phí quản lý chất thải rắn sinh học $ 30/wt, TS 25% Chi phí để lắp đặt hệ thống siêu âm xử lý RAS để giảm WAS sản sinh từ q trình bùn hoạt tính khác đáng kể Sự sản sinh khí từ bể phân hủy giảm xuống giảm số lượng WAS sinh Tuy nhiên, tiết kiệm chi phí vận hành bảo dưỡng gia tăng vốn cho thiết bị làm đặc, phân hủy, tách nước quản lý chất rắn sinh học tương lai Như trình bày, hệ thống siêu âm cho phép hệ thống bùn hoạt tính hoạt động hiệu nồng độ MLSS thấp giảm thiểu tác động filamemtous lên khả ổn định bùn Điều tạo nên lợi nhà máy xử lý nước thải tập trung có bể lắng thứ cấp thường bị tải Và đề cập trên, trạm xử lý nước thải tập trung Leinetal tránh việc phải lắp đặt thêm đơn vị xử lý hiếu khí giảm 30% WAS sinh nhờ lắp đặt hệ thống siêu âm III MỘT SỐ CASE STUDY Nhà máy xử lý nƣớc thải tập trung Bamberg, Đức 43 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Ứng dụng sóng siêu âm tiền xử lý bùn thải Thông tin nhà máy: - Công suất thiết kế: 222.000 PE - Lưu lượng thực tế: 330.000 PE - Công nghệ xử lý: khử photpho, khử nitrat, nitrat hóa, kết tủa photpho dịng Fe3+, lắng thứ cấp - Đặc tính bùn xử lý: bùn sơ cấp 150 /ngày, WAS 250 m3/ngày - bể phân hủy với dung tích 2000m3 (x2) 3000m3, thời gian lưu nước 18 ngày - Hệ thống hoạt động giảm 34% VS Mục tiêu lắp đặt hệ thống siêu âm Cải thiện phân hủy kị khí để tránh việc lắp đặt bể phân hủy thứ (kế hoạch ban đầu lắp đặt bể phân hủy thứ tư với dung tích 3000m3 để tăng thời gian lưu nước từ 18 ngày lên 25 ngày) 44 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Ứng dụng sóng siêu âm tiền xử lý bùn thải Với mục tiêu trên, hệ thống siêu âm lắp đặt thử nghiệm vào tháng năm 2002 với buồng phản ứng siêu âm công suất kWh chạy tiếng/ngày, xử lý 30% tổng lượng TWAS cần phân hủy Hiệu quả: - Tỷ lệ phân hủy VS tăng từ 34% lên 45% - VS giảm từ 60% cịn 54% - Tăng đáng kể lượng khí biogas (30%) - Không cần phải lắp đặt thêm bể phân hủy  tiết kiệm 1.5 triệu EUR Lắp đặt full scale thời gian hoàn vốn: 45 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Ứng dụng sóng siêu âm tiền xử lý bùn thải Với hiệu khả quan thu được, buồng phản ứng siêu âm thức đưa vào hoạt động 24 giờ/ngày vào tháng năm 2004 Lượng bùn ban đầu qua xử lý siêu âm 30% tăng lên 90% tổng lượng TWAS Thời gian hồn vốn tính tốn năm Hiệu phương pháp siêu âm áp dụng nhà máy từ năm 2004 đến 2007 thể hình sau: 46 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Ứng dụng sóng siêu âm tiền xử lý bùn thải Nhà máy xử lý nƣớc thải tập trung Bünde, Đức Thông tin nhà máy: - Công suất thiết kế: 40.000 PE - Lưu lượng thực tế: 54.000 PE - Công nghệ xử lý: nitrat hóa khử nitơ - Thời gian lưu bùn: 22 ngày - Có tượng bùn tăng trưởng mức vi sinh filamentous 47 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Ứng dụng sóng siêu âm tiền xử lý bùn thải Mục tiêu: - Giảm thiểu tối đa lượng bùn hoạt tính thải - Giảm nồng độ nitơ dịng - Kiểm soát vi sinh filamentous Với mục tiêu trên, hệ thống siêu âm lắp đặt năm 2006 với lưu lượng bùn 30 m3/ngày (30% tổng lượng bùn cần phân hủy), công suất siêu âm: kWh/m3 Hiệu phƣơng pháp siêu âm: - Khơng cịn tượng bùn bùn nở bể bùn hoạt tính - Giảm 25% lượng bùn hoạt tính thải - Giảm nồng độ nito dòng (N < mg/l) 48 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Ứng dụng sóng siêu âm tiền xử lý bùn thải Hiệu giảm nồng độ nitơ dòng Nhà máy xử lý nƣớc thải tập trung Centrum Dabrowa-Gornicza, Ba Lan Thông tin nhà máy: - Công suất thiết kế 130.000 PE 49 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Ứng dụng sóng siêu âm tiền xử lý bùn thải - Lưu lượng thực tế: 200.000 PE (điều kiện tải) - Công nghệ xử lý: xử lý sinh học kết hợp đồng thời trình khử nitrat nitrat hóa, khử photpho - Đặc tính bùn xử lý: WAS - Có bể phân hủy bùn với dung tích 1.680m3 (x2) - Sản phẩm biogas: 438.000 m3/a Mục tiêu việc áp dụng phƣơng pháp siêu âm phân hủy bùn: - Tăng lượng biogas - Tăng tỷ lệ tiêu hủy VS - Loại trừ nhu cầu lắp đặt thêm bể phân hủy bùn Với mục tiêu trên, hệ thống siêu âm lắp đặt thử nghiệm tháng (từ tháng đến tháng năm 2009) gồm buồng phản ứng siêu âm công suất kWh chạy 14 tiếng/ngày, xử lý lượng bùn tuần hoàn sau phân hủy bể phân hủy bùn (chiếm 30% tổng lượng bùn cần phân hủy) Hiệu phƣơng pháp siêu âm: - Tăng 28% lượng biogas - VS giảm từ 70% xuống 65% 50 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Ứng dụng sóng siêu âm tiền xử lý bùn thải Lắp đặt full scale thời gian hoàn vốn: Dựa vào kết trên, buồng phản ứng siêu âm thức đưa vào hoạt động 14 giờ/ngày vào tháng năm 2009 nhà máy Thời gian hoàn vốn tính tốn năm 51 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Ứng dụng sóng siêu âm tiền xử lý bùn thải Kiểm soát bùn công nghệ siêu âm – Nhà máy xử lý nƣớc thải tập trung Meldorf, Đức Thông tin nhà máy: - Công suất thiết kế: 72.000 PE - Lưu lượng thực tế: 40.000 PE - Công nghệ xử lý: khử photpho, khử nitrat gián đoạn, lắng thứ cấp, kết tủa photpho dòng Fe3+ , lọc - Đặc tính bùn xử lý: TWAS - bể phân hủy với dung tích 2000m3 (x2), thời gian lưu nước 22 ngày - Giảm 61% VS - Tách nước buồng lọc áp lực Mục tiêu lắp đặt hệ thống siêu âm - Kiểm soát bùn bể phân hủy cách tiêu diệt vi sinh filamentous - Gia tăng khử VS Hệ thống siêu âm lắp đặt thử nghiệm tháng (từ tháng đến tháng 11 năm 2004) gồm buồng phản ứng siêu âm công suất kWh 52 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Ứng dụng sóng siêu âm tiền xử lý bùn thải Hiệu quả: - Chỉ thời gian ngắn sau áp dụng phương pháp siêu âm tượng bùn bể phân hủy kiểm sốt - VS giảm từ 61% xuống cịn 45% Lắp đặt full scale thời gian hoàn vốn: Hệ thống siêu âm lắp đặt full scale vào tháng năm 2005 hoạt động 24 ngày Thời gian hồn vốn cho hệ thống tính toán năm 53 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Ứng dụng sóng siêu âm tiền xử lý bùn thải TÀI LIỆU THAM KHẢO Qunhui Wang et al, Upgrading Of Anaerobic Digestion Of Waste Activated Sludge By Ultrasound Pretreatment, Bioresource Technology 68, pp 309-313, 1999 Ruth Roxburgh et al, Sludge Minimization Technologies- Doing More To Get Less, Water Environment Foundation, 2006 Sae Eun Oh, Improvement Of Anaerobic Digestion Rate Of Biosolids In Waste Active Sludge (WAS) By Ultrasound Pretreatment, Environ Eng Res Vol.11, No.3, pp 143148, 2006 Samir Kumar Khanal et al, Ultrasound Applications in Waswater Sludge Pretreatment: A Review, Critical Reviews in Environmental Science nad Technology, 37:4, pp 277-313, 2007 www.ultrawaves.de 54 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Ứng dụng sóng siêu âm tiền xử lý bùn thải MỤC LỤC CƠ SỞ LÝ THUYẾT I GIỚI THIỆU TRỞ NGẠI CỦA ỔN ĐỊNH BÙN SINH HỌC CƠ SỞ CỦA QUÁ TRÌNH PHÂN HỦY BÙN SỰ PHÂN HỦY BÙN BẰNG SÓNG SIÊU ÂM 4.1 Ưu nhược điểm trình tiền xử lý siêu âm 4.2 Cơ chế phân hủy bùn sóng siêu âm 4.3 Cơ chế việc phát sinh lượng sóng siêu âm 4.4 Phân phối lượng siêu âm 4.5 Định lượng lượng/ lượng đầu vào trình xử lý bùn 4.6 Đánh giá hiệu phân hủy siêu âm 10 4.6.1 Đánh giá vật lý 11 4.6.2 Đánh giá hóa học 13 4.6.3 Đánh giá sinh học 18 4.7 Các yếu tố ảnh hưởng đến tính hiệu sóng siêu âm 21 4.7.1 Đặc điểm bùn 21 4.7.2 Điều kiện siêu âm 22 HIỆU QUẢ CỦA TIỀN XỬ LÝ SIÊU ÂM TRONG PHÂN HỦY BÙN 30 5.1.Khả phân hủy kỵ khí bùn qua tiền xử lý siêu âm 30 5.2.Phân hủy hiếu khí bùn pretreated phương pháp siêu âm 33 CHẤT HỮU CƠ HÒA TAN TRONG BÙN SINH HỌC PHÂN HỦY 34 ẢNH HƢỞNG CỦA SIÊU ÂM ĐẾN CHẤT LƢỢNG BÙN SINH HỌC 35 II ỨNG DỤNG SÓNG SIÊU ÂM TRONG XỬ LÝ BÙN THỰC TIỄN 36 LẮP ĐẶT 36 HOẠT ĐỘNG 37 TÍNH KINH TẾ 40 III MỘT SỐ CASE STUDY 43 Nhà máy xử lý nƣớc thải tập trung Bamberg, Đức 43 Nhà máy xử lý nƣớc thải tập trung Bünde, Đức 47 Nhà máy xử lý nƣớc thải tập trung Centrum Dabrowa-Gornicza, Ba Lan 49 MỤC LỤC 55 55 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ... tiên xử lý kỵ khí WAS siêu âm 42 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Ứng dụng sóng siêu âm tiền xử lý bùn thải ỨNG DỤNG SÓNG SIÊU ÂM TRONG TIỀN XỬ LÝ BÙN THẢI I CƠ SỞ LÝ... phút siêu âm 28 Hình 13: Loại bỏ VS đối vời bùn xử lý siêu âm không xử lý siêu âm thời gian lưu khác 33 Hình 14: Loại bỏ SCOD đối vời bùn xử lý siêu âm không xử lý siêu âm. .. luanvanchat@agmail.com Ứng dụng sóng siêu âm tiền xử lý bùn thải 22 ngày) phân hủy bùn qua tiền xử lý siêu âm cao gần 9,8% so với bể phân hủy dịng bùn khơng qua hệ thống siêu âm Hiệu phân hủy VS bể phân hủy dịng bùn